Magnetyzm Oersted

Dwadzieścia lat doświadczeń z ogniwami Volty dało możność zbadania wielu zagadek przepływu prądu w obwodach, lecz nikt nie przypuszczał nawet, że istnieją związki między prądem i magnesami. Nic dziwnego zatem, że doświadczenia wykazujące wpływ prądu na magnesy, wykonane przez Hansa Christiana Oersteda, zainicjowały rewolucję zjawisk elektrycznych, a ściśle mówiąc - rewolucję w spojrzeniu na zjawiska elektryczne.
Oersted umieścił nad igłą magnetyczną przewodnik. Umieścił go w ten sposób, że igła była do niego ustawiona równolegle. Po włączeniu prądu okazało się, że igła odchyla się od poprzednio zajmowanego kierunku północ- południe i ustawia prostopadle do przewodnika. Oersted zmienił kierunek prądu w przewodniku. Wówczas igła odchyliła się w przeciwną stronę niż poprzednio i znowu zatrzymała się prawie prostopadle do przewodnika.
Badacz obserwował wychylenie się igły magnetycznej dla prądów o różnych natężeniach i stwierdził, że prądy płynące w tym samym kierunku zawsze odchylają igłę w tę samą stronę. Małe prądy wychylają igłę nieznacznie, zaś duże prądy ustawiają ją prostopadle do przewodnika z prądem. Zależnie od kierunku prądu igłą odchyla się w lewo lub w prawo.
Innymi słowy, przepływ prądu w przewodniku wywoływał taki efekt, jak gdyby nad igłą umieszczano prostopadle do niej magnes sztabkowy.
"Próbując rzucić nieco światła na mętne w tej dziedzinie koncepcje, Oersted powodowany szczęśliwym impulsem czy też może przypadkowo zamknął obwód baterii, pozostawiany dotąd otwartym, by ku swemu zachwytowi dostrzec, że wskazówka drgnęła. Wydarzyło się to podczas prywatnego wykładu dla zaawansowanych studentów, zimą roku1819- 1820. Oczy Oersteda rozbłysły, rozejrzał się po twarzach studentów i wskazując trzęsącą się ręką aparat, poprosił ich, by sami z kolei powtórzyli eksperyment. Tak oto odkryty został wreszcie sekret związku między elektrycznością i magnetyzmem" - tak pisano sto lat później.
Tak więc Oersted odkrył (1820) drugie oblicze prądu elektrycznego - wokół przewodnika z prądem istnieje pole magnetyczne.
Dzięki temu odkryciu dziś rozmawiamy przez telefon, dzwonimy do drzwi znajomych, słuchamy muzyki itp.












Magnetyzm

Źródłem pola magnetycznego są:
1 Magnesy naturalne (Fe i jego stopy, Ni, Co). Każdy magnes ma dwa bieguny północny N i południowy S. W przyrodzie nie występują magnesy jednobiegunowe. Do badania pola magnetycznego będziemy używać igły magnetycznej czyli cienkiej, lekkiej blaszki wykonanej ze stali, która może się swobodnie obracać. Graficznie pole będziemy przedstawiać za pomocą linii pola, które będą wskazywały kierunek i zwrot siły działającej na biegun północny igły magnetycznej umieszczonej w tym polu. Linie pola magnetycznego są zawsze liniami zamkniętymi, ponieważ nie występują w przyrodzie magnesy jednobiegunowe.
2 Ziemia. W pobliżu północnego bieguna geograf znajduje się południowy biegun magnetyczny Ziemi i odwrotnie.
3 Każdy poruszający się ładunek elektryczny
4 Pole magnetyczne jest wytwarzane przez przewodniki, w których płynie prąd. Linie pola magnetycznego są okręgami otaczającymi przewodnik, leżą w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika. Zwrot tych linii wyznaczamy za pomocą reguły pływaka (reguły Ampere'a). Jeżeli prawą dłoń ustawimy tak żeby kciuk wskazywał kierunek przepływu prądu to zgięte palce wskażą kierunek i zwrot linii pola magnetycznego wokół przewodnika.
Własności magnetyczne przewodnika z prądem odkrył Oersted.
Układ dużej ilości przewodników kołowych nazywamy zwojnicą lub solenoidem. Pole magnetyczne zwojnicy jest identyczne jak pole magnesu sztabkowego. Wewnątrz długiego selenoidu linie biegną równolegle do siebie, pole jest więc jednorodne i ma zwrot od S do N.
Siła Lonenza jest to siła, która działą na ładunek elektryczny poruszający się w polu magnetycznym.
Pole magnetyczne opisuje wektor indukcji magnetycznej, który oznaczamy B. Kierunek i zwrot wektora wyznacza nam biegun północny N igły magnetycznej, jest on w każdym punkcie styczny do linii sił pola magnetycznego.

Wartość wektora indukcji magnetycznej informuje jaka siła działa na jednostkowy ładunek poruszający się prostopadle do linii pola z jednostkową prędkością. Jednostką wektora indukcji magnetycznej jest tesla T. B=F/qv Gdy siła Lorenza jest prostopadłą do prędkości to ładunek porusza się po okręgu r=mv/qB – promień okręgu po jakim porusza się ładunek. Promień okręgu danego ładunku w określonym punkcie zależy tylko od prędkości z jakim wpadnie w to pole. Okres (częstotliwość) obiegu nie zależy od prędkości z jaką ładunek wpadł w pole magnetyczne, zależy tylko od wartości indukcji pola magnetycznego T=2mP/qB – okres, V=1/T=1/2P*qB/m – częstotliwość

Efekt cyklotronowy – niezależność okresu od prędkości.

Siła elektrodynamiczna – siła, która działa na przewodnik z prądem znajdujący się w polu magnetycznym F=BIlKierunek i zwrot siły elektrodynamicznej możemy wyznaczyć za pomocą reguły lewej dłoni. Jeżeli lewą dłoń ustawimy tak, aby linie pola wchodziły do wnętrza dłoni, a palce wskazywały kierunek przepływu prądu w przewodniku, to odchylony kciuk wskaże kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej.
Przewodniki, w których prądy płyną w tym samym kierunku przyciągają się, a przewodniki, w których prąd płynie w przeciwnych kierunkach odpychają się.
Jeżeli dwa nieskończenie długie przewodniki znajdujące się w próżni w odległości 1 m przyciągają się z siłą F=2*10-7N, to płynie w nich prąd 1 ampera.

Oddziaływanie przewodnika z prądem w polu magnetycznym znalazło zastosowanie w przyrządach typu galwanometry, amperomierz, woltomierz oraz w silniku prądu stałego. Silnik składa się z magnesu twardego i zwojnicy zasilanej prądem stałym. W wyniku oddziaływania biegunów magnetycznych magnesu i zwojnicy przy określonym kierunku przepływu prądu uzyskujemy pół obrotu. Aby uzyskać cały obrót należy zmienić kierunek przepływu prądu, do zmiany kierunku przepływu prądu w silniku służy komutator. Zwojnicę w tym silniku nazywamy wirnikiem.
Bo-wektor indukcji magnetycznej opisujący pole magnetyczne zwojnicy (pole zewnętrzne)
B- pole magnetyczne zwojnicy z rdzeniem wykonanym z badanej substancji (mi)=B/Bo – przenikalność magnetyczna danej substancji
Ze względu na wartość przenikalności magnetycznej wszystkie substancje dzielimy na trzy grupy:
1) diamagnetyki mi≤1 (ciekły hel, bizmut, Zn, Au, Ag, Hg, miedź, szkło, H2O)
2) paramagnetyki mi≥1 (O2,tlenek azotu, aluminium, platyna, litowce, berylowce)
3) Ferromagnetyki mi>>1 (magnetyt, nikiel, kobalt)

Related Articles