Zvláštní forma existence hmoty – magnetické pole Země přispělo ke vzniku a zachování života. Fragmenty tohoto pole, kusy rudy, přitahující železo, vedl elektřina do služby lidstvu. Bez elektřiny by bylo přežití nemyslitelné.
Obsah
Co jsou to čáry magnetické indukce
Magnetické pole je určeno silou v každém bodě v jeho prostoru. Křivky, které spojují body pole se stejnou intenzitou, se nazývají čáry magnetické indukce. Síla magnetického pole v určitém bodě je výkonová charakteristika a k jejímu vyhodnocení se používá vektor magnetického pole B. Jeho směr v určitém bodě magnetické indukční čáry se k němu vyskytuje tečně.
Pokud je bod v prostoru ovlivněn několika magnetickými poli, pak je intenzita určena součtem vektorů magnetické indukce každého působícího magnetického pole. V tomto případě se intenzita v konkrétním bodě sečte v absolutní hodnotě a vektor magnetické indukce je definován jako součet vektorů všech magnetických polí.
Navzdory skutečnosti, že čáry magnetické indukce jsou neviditelné, mají určité vlastnosti:
- Obecně se uznává, že siločáry magnetického pole vycházejí z pólu (N) a vracejí se z (S).
- Směr vektoru magnetické indukce je tečný k přímce.
- I přes složitý tvar se křivky nekříží a nutně uzavírají.
- Magnetické pole uvnitř magnetu je rovnoměrné a hustota čar je maximální.
- Bodem pole prochází pouze jedna čára magnetické indukce.
Směr čar magnetické indukce uvnitř permanentního magnetu
Historicky byla na mnoha místech na Zemi dlouho pozorována přirozená kvalita některých kamenů přitahujících železné výrobky. Postupem času se ve staré Číně šípy vyřezávané určitým způsobem z kousků železné rudy (magnetická železná ruda) proměnily v kompasy, které ukazovaly směr k severnímu a jižnímu pólu Země a umožňovaly navigaci v terénu.
Studie tohoto přírodního jevu zjistily, že silnější magnetické vlastnosti vydrží déle ve slitinách železa. Slabšími přírodními magnety jsou rudy obsahující nikl nebo kobalt. V procesu studia elektřiny se vědci naučili, jak získat uměle magnetizované produkty ze slitin obsahujících železo, nikl nebo kobalt.K tomu byly zavedeny do magnetického pole vytvořeného stejnosměrným elektrickým proudem a v případě potřeby demagnetizovány střídavým proudem.
Produkty magnetizované v přírodních podmínkách nebo získané uměle mají dva různé póly – místa, kde se magnetismus nejvíce koncentruje. Magnety na sebe vzájemně působí pomocí magnetického pole, takže se podobné póly odpuzují a na rozdíl od pólů přitahují. Tím vznikají momenty pro jejich orientaci v prostoru silnějších polí, jako je pole Země.
Vizuální znázornění interakce slabě magnetizovaných prvků a silného magnetu dává klasický zážitek s ocelovými pilinami rozptýlenými na kartonu a plochým magnetem pod ním. Zvláště pokud jsou piliny podlouhlé, je jasně vidět, jak se řadí podél magnetických siločar. Změnou polohy magnetu pod kartonem je pozorována změna konfigurace jejich obrazu. Použití kompasů v tomto experimentu dále zvyšuje účinek pochopení struktury magnetického pole.
Jedna z vlastností magnetických siločar, objevená M. Faradayem, naznačuje, že jsou uzavřené a spojité. Linky vycházející ze severního pólu permanentního magnetu vstupují do jižního pólu. Uvnitř magnetu se však neotevírají a vstupují od jižního pólu k severu. Počet čar uvnitř produktu je maximální, magnetické pole je rovnoměrné a při demagnetizaci může dojít k oslabení indukce.
Určení směru vektoru magnetické indukce pomocí gimletova pravidla
Na počátku 19. století vědci zjistili, že kolem vodiče se vytváří magnetické pole, kterým prochází proud. Výsledné siločáry se chovají podle stejných pravidel jako u přírodního magnetu.Navíc interakce elektrického pole vodiče s proudem a magnetickým polem sloužila jako základ elektromagnetické dynamiky.
Pochopení prostorové orientace sil v interagujících polích nám umožňuje vypočítat axiální vektory:
- magnetická indukce;
- Velikost a směr indukčního proudu;
- Úhlová rychlost.
Takové chápání bylo formulováno v pravidle gimlet.
Kombinací translačního pohybu pravostranného závěsu se směrem proudu ve vodiči získáme směr magnetických siločar, který je indikován otáčením rukojeti.
Nebýt fyzikálního zákona, používá se gimletovo pravidlo v elektrotechnice nejen k určení směru siločar magnetického pole v závislosti na vektoru proudu ve vodiči, ale také naopak, k určení směru proudu ve vodičích elektromagnetu. v důsledku rotace magnetických indukčních čar.
Pochopení tohoto vztahu umožnilo Ampère doložit zákon rotujících polí, což vedlo k vytvoření elektromotorů různých principů. Všechna zatahovací zařízení používající induktory se řídí pravidlem gimlet.
Pravidlo pravé ruky
Určení směru proudu pohybujícího se v magnetickém poli vodiče (jedna strana uzavřené smyčky vodičů) jasně demonstruje pravidlo pravé ruky.
Říká, že pravá dlaň otočená k pólu N (siločáry vstupují do dlaně) a palec vychýlený o 90 stupňů ukazuje směr pohybu vodiče, pak v uzavřeném obvodu (cívce) magnetické pole indukuje elektrický proud , jehož pohybový vektor ukazují čtyři prsty.
Toto pravidlo ukazuje, jak se původně objevily generátory stejnosměrného proudu. Jistá přírodní síla (voda, vítr) roztáčela uzavřený okruh vodičů v magnetickém poli a vyráběla elektřinu. Poté motory, které přijaly elektrický proud v konstantním magnetickém poli, přeměnily jej na mechanický pohyb.
Pravidlo pravé ruky platí i pro induktory. Pohyb magnetického jádra uvnitř nich vede ke vzniku indukčních proudů.
Pokud jsou čtyři prsty pravé ruky zarovnány se směrem proudu v závitech cívky, pak palec odchýlený o 90 stupňů bude ukazovat na severní pól.
Pravidla gimletu a pravé ruky úspěšně demonstrují interakci elektrického a magnetického pole. Umožňují pochopit fungování různých zařízení v elektrotechnice téměř každému, nejen vědcům.
Podobné články:
