Magnetické pole a síly

Interakce magnetického pole s nábojem

Jak se magnetické pole v interakci s nabitou objekt? Pokud je náboj v klidu, nedochází k žádné interakci. Pokud se náboj pohybuje, je však vystaven síle, jejíž velikost se zvyšuje v přímém poměru s rychlostí náboje. Síla má směr, který je kolmý jak ke směru pohybu náboje, tak ke směru magnetického pole., Existují dva možné přesně opačné směry pro takovou sílu pro daný směr pohybu. Tato zjevná nejednoznačnost je vyřešena skutečností, že jeden ze dvou směrů se vztahuje na sílu na pohyblivém kladném náboji, zatímco druhý směr se vztahuje na sílu na pohyblivém záporném náboji. Obrázek 3 ukazuje směr magnetické síly na pozitivní náboj a negativní náboj, jak se pohybovat v magnetickém poli, která je kolmá k pohybu.,

v Závislosti na počáteční orientaci rychlost částic na magnetické pole, poplatky s konstantní rychlostí v homogenním magnetickém poli bude následovat kruhové nebo spirálové cesty.,

elektrické proudy ve vodičích nejsou jediným zdrojem magnetických polí. Přirozeně se vyskytující minerály vykazují magnetické vlastnosti a mají magnetická pole. Tato magnetická pole jsou výsledkem pohybu elektronů v atomech materiálu. Jsou také výsledkem vlastnosti elektronů nazývaných magnetický dipólový moment, který souvisí s vnitřním spinem jednotlivých elektronů. Ve většině materiálů je malé nebo žádné pole pozorováno mimo záležitost kvůli náhodné orientaci různých atomů složek., V některých materiálech, jako je železo, však atomy v určitých vzdálenostech mají tendenci být zarovnány v jednom konkrétním směru.

Magnety mají mnoho aplikací, od používání jako hračky a papír, držáky na domácí chladničky, aby základní součásti v elektrických generátorů a strojů, které mohou urychlit částice na rychlost blížící se světla. Praktická aplikace magnetismu v technologii je výrazně zvýšena použitím železa a dalších feromagnetických materiálů s elektrickými proudy v zařízeních, jako jsou motory., Tyto materiály zesilují magnetické pole produkované proudy a vytvářejí tak silnější pole.

zatímco elektrické a magnetické efekty jsou v mnoha jevech a aplikacích dobře odděleny, jsou úzce spojeny, když dochází k rychlým časovým výkyvům. Faradayův indukční zákon popisuje, jak Časové magnetické pole vytváří elektrické pole. Mezi důležité praktické aplikace patří elektrický generátor a transformátor. V generátoru vytváří fyzický pohyb magnetického pole elektřinu pro energii., V transformátoru je elektrická energie přeměněna z jedné úrovně napětí na druhou magnetickým polem jednoho obvodu indukujícího elektrický proud v jiném obvodu.

existence elektromagnetických vln závisí na interakci mezi elektrickým a magnetickým polem. Maxwell předpokládal, že časově proměnlivé elektrické pole vytváří magnetické pole. Jeho teorie předpovídala existenci elektromagnetických vln, ve kterých pokaždé měnící se pole produkuje druhé pole., Například, rádiové vlny jsou generovány elektronickými obvody známé jako oscilátory, které způsobují rychle oscilující proudy tok v antény; rychle se měnící magnetické pole má přiřazen proměnné elektrické pole. Výsledkem je emise rádiových vln do vesmíru (viz elektromagnetické záření: generování elektromagnetického záření).

mnoho elektromagnetických zařízení lze popsat obvody sestávajícími z vodičů a dalších prvků. Tyto obvody mohou pracovat se stálým proudem proudu, jako v baterce, nebo s časově měnícími se proudy., Důležité prvky v obvodech, patří zdroje energie nazývá elektromotorické síly; odpory, které řídí tok proudu pro dané napětí; kondenzátory, které uchovávají náboj a energii dočasně; a tlumivky, které také ukládání elektrické energie pro omezenou dobu. Obvody s těmito prvky lze zcela popsat algebrou. (Pro složitější obvodové prvky, jako jsou tranzistory, viz polovodičové zařízení a integrovaný obvod).,

Dvě matematické veličiny spojené s vektorové pole, jako elektrické pole E a magnetické pole B jsou užitečné pro popis elektromagnetických jevů. Jedná se o tok takového pole přes povrch a čáru integrál pole podél cesty. Tok pole přes povrch měří, kolik pole proniká povrchem; pro každou malou část povrchu je tok úměrný ploše této sekce a závisí také na relativní orientaci sekce a pole., Křivkový integrál pole podél cesty měří míru, do jaké oblasti je v souladu s cestou; pro každou malou část cesty, je úměrná délce tohoto úseku a je také závislá na zarovnání pole s tím, že část cesty. Když je pole kolmé na cestu, neexistuje žádný příspěvek k integrálnímu řádku. Toky E A B prostřednictvím povrchu a line integrály těchto polí podél cesty hrají důležitou roli v elektromagnetické teorii., Jako příklady, tok elektrického pole E přes uzavřenou plochu měří množství náboje obsažené v povrchu; tok magnetického pole B až uzavřené plochy je vždy nulový, protože neexistují magnetické monopóly (magnetické poplatky, skládající se z jednoho pólu) působit jako zdroje magnetického pole tak, že náboj je zdrojem elektrického pole.