pole magnetyczne i siły

oddziaływanie pola magnetycznego z ładunkiem

W Jaki Sposób pole magnetyczne oddziałuje z ładowanym obiektem? Jeśli ładunek jest w spoczynku, nie ma interakcji. Jeśli ładunek porusza się, jest jednak poddawany sile, której wielkość wzrasta proporcjonalnie do prędkości ładunku. Siła ma kierunek prostopadły zarówno do kierunku ruchu ładunku, jak i do kierunku pola magnetycznego., Istnieją dwa możliwe dokładnie przeciwstawne kierunki dla takiej siły dla danego kierunku ruchu. Ta pozorna dwuznaczność jest rozwiązana przez fakt, że jeden z dwóch kierunków odnosi się do siły na poruszającym się ładunku dodatnim, podczas gdy drugi kierunek odnosi się do siły na poruszającym się ładunku ujemnym. Rysunek 3 ilustruje Kierunki siły magnetycznej na dodatnich i ujemnych ładunkach, gdy poruszają się one w polu magnetycznym prostopadłym do ruchu.,

w zależności od początkowej orientacji prędkości cząstek do pola magnetycznego, ładunki o stałej prędkości w jednolitym polu magnetycznym będą podążać kolistą lub spiralną ścieżką.,

prądy elektryczne w przewodach nie są jedynym źródłem pola magnetycznego. Naturalnie występujące minerały wykazują właściwości magnetyczne i posiadają pola magnetyczne. Te pola magnetyczne wynikają z ruchu elektronów w atomach materiału. Wynikają one również z własności elektronów zwanej magnetycznym momentem dipolowym, która jest związana z wewnętrznym spinem poszczególnych elektronów. W większości materiałów obserwuje się niewielkie lub żadne pole poza materią ze względu na przypadkową orientację różnych atomów składowych., W niektórych materiałach, takich jak żelazo, jednak Atomy w pewnych odległościach mają tendencję do wyrównywania się w jednym określonym kierunku.

magnesy mają wiele zastosowań, od zastosowania jako zabawki i uchwyty na papier w domowych lodówkach po podstawowe komponenty w generatorach elektrycznych i maszynach, które mogą przyspieszać cząstki do prędkości zbliżających się do prędkości światła. Praktyczne zastosowanie magnetyzmu w technologii jest znacznie wzmocnione przez użycie żelaza i innych materiałów ferromagnetycznych z prądami elektrycznymi w urządzeniach takich jak silniki., Materiały te wzmacniają pole magnetyczne wytwarzane przez prądy i tym samym tworzą silniejsze pola.

podczas gdy efekty elektryczne i magnetyczne są dobrze oddzielone w wielu zjawiskach i zastosowaniach, są one ściśle ze sobą sprzężone, gdy występują gwałtowne wahania czasu. Prawo indukcji Faradaya opisuje, w jaki sposób zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Ważne zastosowania praktyczne obejmują generator elektryczny i transformator. W generatorze fizyczny ruch pola magnetycznego wytwarza energię elektryczną dla mocy., W transformatorze moc elektryczna jest przekształcana z jednego poziomu napięcia na drugi przez pole magnetyczne jednego obwodu indukującego prąd elektryczny w innym obwodzie.

istnienie fal elektromagnetycznych zależy od oddziaływania pola elektrycznego i magnetycznego. Maxwell postulował, że zmienne w czasie pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. Jego teoria przewidywała istnienie fal elektromagnetycznych, w których każde pole różniące się czasem wytwarza inne pole., Na przykład fale radiowe są generowane przez obwody elektroniczne znane jako oscylatory, które powodują szybkie przepływanie prądów oscylacyjnych w antenach; szybko zmieniające się pole magnetyczne ma związane z nim zmienne pole elektryczne. Rezultatem jest emisja fal radiowych w Przestrzeń Kosmiczną (patrz promieniowanie elektromagnetyczne: generowanie promieniowania elektromagnetycznego).

wiele urządzeń elektromagnetycznych można opisać obwodami składającymi się z przewodników i innych elementów. Obwody te mogą pracować ze stałym przepływem prądu, jak w latarce, lub z prądami zmiennymi w czasie., Ważnymi elementami w obwodach są źródła mocy zwane siłami elektromotorycznymi; Rezystory, które sterują przepływem prądu dla danego napięcia; kondensatory, które tymczasowo magazynują ładunek i energię; oraz cewki, które również magazynują energię elektryczną przez ograniczony czas. Układy z tymi elementami można opisać całkowicie za pomocą algebry. (W przypadku bardziej skomplikowanych elementów układu, takich jak tranzystory, patrz urządzenie półprzewodnikowe i układ scalony).,

dwie wielkości matematyczne związane z polami wektorowymi, takie jak Pole elektryczne E i pole magnetyczne B, są przydatne do opisu zjawisk elektromagnetycznych. Są one strumieniem takiego pola przez powierzchnię i całką linii pola wzdłuż ścieżki. Strumień pola przez powierzchnię mierzy, ile pola przenika przez powierzchnię; dla każdego małego odcinka powierzchni strumień jest proporcjonalny do obszaru tej sekcji i zależy również od względnej orientacji sekcji i pola., Całka liniowa pola wzdłuż ścieżki mierzy stopień, w jakim pole jest wyrównane ze ścieżką; dla każdego małego odcinka ścieżki jest proporcjonalna do długości tego odcinka i zależy również od wyrównania pola z tym odcinkiem ścieżki. Gdy pole jest prostopadłe do ścieżki, nie ma wkładu do całki liniowej. Strumienie E i B przez powierzchnię a i całki liniowe tych pól wzdłuż ścieżki odgrywają ważną rolę w teorii elektromagnetycznej., Jako przykład, strumień pola elektrycznego E przez zamkniętą powierzchnię mierzy ilość ładunku zawartego w powierzchni; strumień pola magnetycznego B przez zamkniętą powierzchnię jest zawsze zerowy, ponieważ nie ma Monopoli magnetycznych (ładunków magnetycznych składających się z jednego bieguna), które mogłyby działać jako źródła pola magnetycznego w sposób, w jaki ładunek jest źródłem pola elektrycznego.