fizika fb
 

Jakost magnetnega polja



Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


Jakost magnetnega polja (ali magnetno poljsko jakost) najlažje razumemo, če potegnemo vzporednico med električnim in magnetnim poljem. Za primerjavo z magnetno poljsko jakostjo se ozrimo nazaj na električno poljsko jakost.


V gradivu Električna poljska jakost smo videli, da električni naboj v svoji okolici ustvari električno polje. V vsaki točki polja lahko določimo električno poljsko jakost E. Zapisali smo tudi zakon o električnem pretoku. Ta pravi:

  • če ploskev S zaobjame vse silnice električnega polja, ki ga povzroča naboj e

  • potem je električni pretok skozi to ploskev enak samemu naboju.

Napisali smo ga z enačbo:




S pomočjo tega zakona smo izračunali električno poljsko jakost E v okolici preprostih električno nabitih teles.


Podobno želimo ovrednotiti tudi magnetno polje. V ta namen uvedemo magnetno poljsko jakost in ji damo oznako H. Pogoj za nastanek magnetnega polja z električnim nabojem je, da se električni naboj giblje. Gibajoči naboj pa je električni tok.


Električni tok in magnetna poljska jakost sta povezana preko Amperovega zakona o magnetni napetosti.


Magnetna poljska jakost ni del srednješolskega programa fizike. Pri razlagi bomo izhajali iz enačbe Amperovega zakona, ki opisuje magnetno napetost. Izpeljava te enačbe se obravnava na visokošolskem nivoju, tukaj jo le zapišemo.



V tem zakonu je upoštevana možnost, da imamo enega ob drugem več vzporednih vodnikov, po katerih teče tok v isto smer. Vsi tokovi zato prispevajo k skupnemu magnetnemu polju. Amperov zakon o magnetni napetosti se v poenostavljeni obliki glasi:




Tu je:

  • H - magnetna poljska jakost,

  • l - dolžina silnice, ki zaobjame vodnik,

  • n - število vzporednih vodnikov,

  • I - električni tok skozi vodnike.


Izraz se imenuje tudi magnetna napetost, zato se ta zakon imenuje Amperov zakon o magnetni napetosti.


Iz zgornje enačbe izrazimo magnetno poljsko jakost H:




enota je .


S pomočjo Amperovega zakona lahko izračunamo magnetno poljsko jakost okoli ravnega vodnika ali dolge in ozke tuljave.


Magnetna poljska jakost je sorazmerna toku in obratno sorazmerna dolžini silnice, ki zaobjame enega ali več tokovnih vodnikov.



Jakost magnetnega polja nam med drugim olajša izračune gostote magnetnega polja.


Magnetna poljska jakost okoli ravnega vodnika



Vzemimo žico, skozi katero teče električni tok, kot kaže slika.




Magnetno polje okoli ravnega tokovnega vodnika ima obliko koncentričnih krogov. To lahko ugotovimo s pomočjo železnih opilkov ali pa z magnetno iglo - magnetnico, ki se bo postavila vedno tangencialno na silnico magnetnega polja.


Izberemo točko T v prostoru v okolici tokovnega vodnika in izračunamo H:



Smer vektorja H dobimo s pomočjo pravila desne roke: palec desne roke poravnamo s smerjo toka v žici, oviti prsti okoli vodnika pa kažejo smer silnic magnetnega polja. Vektor H ima smer tangente na silnico v tisti točki.


Silnice pri ravni žici so vase zaključene krivulje brez začetka in brez konca. Magnetno polje torej nima jasno izraženih polov, kot električni naboj. Ne moremo določiti severnega in južnega pola "magneta".


Magneta poljska jakost v dolgi in ozki tuljavi



Tuljavo imenujemo žico, navito na ozek valj. Vsak navoj žice je tokovna zanka, ki ustvari magnetno polje. Če ima tuljava n navojev, je jakost magnetnega polje znotraj tuljave n krat večja od magnetnega polja, ki ga povzroči ena tokovna zanka.




Magnetno polje posameznih navojev se znotraj tuljave sešteva. Če je tuljava dolga in ozka, lahko smatramo, da je polje znotraj tuljave homogeno. Magnetno polje je homogeno, če so silnice magnetnega polja povsod enako goste, ravne in vzporedne. V tem primeru je magnetna poljska jakost znotraj tuljave neodvisna od točke opazovanja.


Smer magnetnega polja tuljave lahko določimo z:

  • magnetnico,

  • s pomočjo pravila desne roke,

  • desnega vijaka.


Na zgornji sliki levo je narisana tuljava. Opazujmo tok skozi navoje. Za določitev smeri polja je dovolj, če opazujemo tok skozi en sam navoj, saj skozi vse navoje teče tok v isto smer. Po pravilu desne roke povzroča tok znotraj tuljave magnetno polje, ki poteka od spodnjega dela tuljave proti zgornjemu. Silnice zgoraj izstopajo iz tuljave. Podobno kot pri paličastem magnetu smatramo, da je to severni pol (N) tuljave. Spodaj silnice vstopajo v tuljavo, zato je to južni pol (S).


Tuljavo lahko narišemo tudi v preseku - zgornja slika desno. Slika nam pomaga za določitev smer magnetnega polja, saj nam olajša predstavo o smeri toka. Na levi strani tuljave so preseki ovojev, kjer teče tok iz zaslona proti nam (krogec s piko). Na desni strani tuljave pa v zaslon (krogec s križcem).


Znotraj tuljave so silnice enako goste in vzporedne. Tu je tudi najmočnejše polje. Polje je homogeno. Zunaj tuljave se silnice razširijo in magnetna poljska jakost pade praktično na nič. Vedno pa so silnice zaključene krivulje. Nimajo začetka in konca, kot na primer električne silnice, ki izhajajo iz pozitivnega naboja in poniknejo v negativni naboj.


Za približni izračun magnetne poljske jakosti v tuljavi lahko uporabimo Amperov zakon, kjer vzamemo, da je dolžina silnice kar enaka dolžini tuljave.




kjer je n število ovojev.




glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana