Магнетно поље
| Електромагнетизам |
|
| Кључне ставке |
| Електрицитет • Магнетизам |
| Електростатика |
| Магнетостатика |
| Електродинамика |
| Електрична мрежа |
| Коваријантна формулација |
Научници
|
Магнетско поље је простор око природних и умјетних магнета и унутар њих у којем дјелују магнетске силе. Магнетско поље постоји такођер у простору око тока електричне струје, па се најчешће обрађује као електромагнетско поље. Разликују се магнетостатичко поље, на примјер у околини сталнога магнета, и магнетодинамичко поље, на примјер код асинкроног електричнога мотора. Опћенито, магнетско поље слично је електричном пољу с обзиром на математичку обраду, али је битна разлика у томе што не постоје слободни магнетски набоји као што постоје слободни електрони. Магнетско поље настаје око низа електричних набоја у гибању, то јест око електричног водича којим тече електрична струја. Магнетско поље стварају и елементарне честице које посједују магнетски момент. [1]
Јакост магнетског поља
[уреди | уреди извор]Јакост магнетског поља (ознака Х) је векторска физикална величина која описује узроке настанка магнетскога поља, једнака је магнетској индукцији Б подијељеној с магнетском пермеабилношћу μ средства:
Мјерна јединица јакости магнетскога поља је ампер по метру (А/м). [2]
Магнетско поље и магнетска пермеабилност
[уреди | уреди извор]Ако ставимо на магнет тврди папир и поспемо са ситном жељезном пиљевином, видјет ћемо да ће се пиљевина највише скупити на крајевима магнетима и поређати у облику црта које иду од једног пола према другоме. Те се црте називају магнетске силнице. Ако пак поставимо врло близу истоимене полове двају магнета и прекријемо их тврдим папиром са жељезном пиљевином, видјет ћемо да ће магнетске силнице ићи у страну као да се одбијају.
Ако се противни полови двају магнета поставе близу, а између њих се стави мањи комад жељеза, опазит ћемо да су силнице на том мјесту гдје се налази мањи комад жељеза много гушће. Из тога видимо да жељезо упија магнетске силнице. Способност средства да магнетске силнице пропушта у већем или мањем броју зове се магнетска пермеабилност μ. Будући да све твари осим феромагнетских имају исти пермеабилитет, узима се да је пермеабилност свих твари, па и вакуума једнак јединици, то јест μ = 1. Пермеабилитет жељеза је много пута већи од 1. Он може бити од 300 до 2 500. То значи да кроз 1 м2 пресјека жељеза пролази од 300 до 2 500 више магнетских силница него кроз 1 м2 зрака.
Простор у којем се јавља привлачна и одбојна сила магнета зове се магнетско поље. Магнетско поље је то јаче што је магнет јачи. Смјер магнетског поља је онај који иде од сјеверног пола према јужном. У магнету силнице теку од јужног пола према сјеверном.
Магнетско поље може бити хомогено или нехомогено. Хомогено магнетско поље је оно гдје је јакост поља у свим точкама поља иста, то јест константна. У таквом су пољу магнетске силнице свуда паралелне, као што је на примјер у простору између два разноимена пола магнета чије су плохе међусобно паралелне. Нехомогено магнетско поље је оно код којег силнице нису паралелне. [3]
Магнетска инфлуенција
[уреди | уреди извор]Причврстимо ли на штапу магнет, а до њега на доњем крају на малу удаљеност ставимо комад меког жељеза (феромагнетични материјал), онда ће доњи крај меког жељеза држати доста жељезне пиљевине, што значи да је меко жељезо постало магнетично и дјеловањем на даљину. Одмакнемо ли магнет, пиљевина ће пасти; меко жељезо је, дакле, изгубило магнетизам. Знаци да није висе намагнетисано.
Меко жељезо је магнетично док се налази у магнетском пољу. Ова појава да меко жељезо постане магнетично у близини другог магнета зове се магнетска инфлуенција. Учинимо ли исти покус с челиком, видјет ћемо да он остаје магнетичан и након удаљења магнета. Челик, дакле, магнетском инфлуенцијом постаје сталан или перманентан магнет.
Енергија магнетског поља
[уреди | уреди извор]Магнетско поље у себи садржава енергију. Густоћа енергије садржане у магнетском пољу јест:
гдје је: - густоћа енергије, - пермеабилност вакуума, - магнетска индукција или густоћа магнетског тока. Квадрат магнетског поља значи да се магнетско поље скаларно множи само са собом, па је он идентички једнак квадрату апсолутне вриједности магнетског поља.
Укупна енергија магнетског поља садржана у волумену V је стога:
гдје је: У - енергија магнетског поља, а дV - елемент волумена.
Магнетско поље и електрицитет
[уреди | уреди извор]С електрицитетом имају велику сродност и магнетске појаве. Повијесно је проучавање магнетских појава претходило електричним. У природи се појављују стални (перманентни) магнети, који се лако могу прорачунати. Магнети дјелују међусобно привлачним и одбојним силама. Према томе можемо, као и код електрицитета, говорити о негативном и позитивном магнетском набоју. За одбијање и привлачење таквих магнетских набоја вриједи Цоуломбов закон као и за електричне набоје. Из Цоуломбове силе можемо, као и у електростатици, одредити јединице магнетског набоја. Магнетски набој означит ћемо са м. Анализа сила води нас опет до схваћања магнетских поља, која окружују магнетске набоје. Сила на мали магнетски набој може се приказати умношком тог набоја и једног физикалног чимбеника, магнетског поља Х:
У природи никада не долази сам позитивни или негативни магнетски набој. Они се појављују увијек као полови магнета. Сваки магнет има одређени магнетски момент. Магнетски момент једнак је умношку удаљености обају полова и величине набоја. Са л ћемо означити удаљеност између оба пола, а са м набој на полу. На једном крају магнета набој је једнак + м, а на другом - м. Магнетски момент μ једнак је умношку л∙м. Често је важно знати колику потенцијалну енергију има магнет у магнетском пољу. Та потенцијална енергија може се врло једноставно израчунати. Сила на позитивни пол једнака је м∙Х, а сила на негативни пол једнака је - м∙Х, гдје је Х вањско магнетско поље које дјелује на магнет. Са x означит ћемо удаљеност од неке окомите равнине у смјеру вањског магнетског поља Х. Негативни набој има на удаљености x1 потенцијалну енергију једнаку м∙Х∙x1, а позитивни пол на удаљености x2 негативну потенцијалну енергију једнаку - м∙Х∙x2. Магнет има, дакле, укупну потенцијалну енергију једнаку - м∙Х∙(x2 - x1). Смјер магнета узима се од негативног према позитивном полу. Дуљина x2 - x1 једнака је пројекцији дуљине л магнета у смјеру магнетског поља, а према томе је и м∙(x2 - x1) пројекција магнетског момента у смјеру магнетског поља. Потенцијална енергија У магнета у вањском пољу је, према томе, једнака:
Негативан предзнак потенцијалне енергије је очигледан. Магнет има најмању потенцијалну енергију (- μ∙Х) када стоји својим магнетским моментом паралелно према магнетском пољу, а највећу потенцијалну енергију (+ μ∙Х) када стоји антипаралелно са својим моментом.
Између електрицитета и магнетизма не постоји тако савршена симетрија како се чини у први тренутак. Чињеница је да се магнетизам појављује само у облику магнета, а никада као само позитиван или само негативан набој. Ако магнетски штап пресијечемо на половини, тада нипошто не добивамо на једној половини позитивни, а на другој негативни магнетски набој. Обје половице магнета показују опет и позитивни и негативни пол на својим крајевима. Ово темељно искуство уопће је водило до мишљења да не постоји нека магнетска твар попут електрицитета, већ је појава магнета проузрокована електричним струјама. [4]
Извори
[уреди | уреди извор]- ↑ магнетско поље, [1] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2017.
- ↑ јакост магнетскога поља, [2] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2017.
- ↑ Велимир Круз: "Техничка физика за техничке школе", "Школска књига" Загреб, 1969.
- ↑ Иван Супек: "Нова физика", Школска књига Загреб, 1966.