Podsumowanie

Podsumowanie

12.1 Prawo Biota-Savarta

  • Wektor indukcji pola magnetycznego wytwarzanego przez przewód z prądem można wyznaczyć, stosując prawo Biota-Savarta.
  • Element prądu I ⁢ d l → I⁢ d l → w odległości r r od siebie wytwarza pole magnetyczne.

12.2 Pole magnetyczne cienkiego, prostoliniowego przewodu z prądem

  • Wartość indukcji pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd płynący w długim, prostoliniowym przewodzie dana jest wzorem B = μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ R B= μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ R , w którym I I jest natężeniem prądu, R R – najmniejszą odległością od przewodu, μ0=4⁢π⋅10-7⁢T⁢m∕Aμ0=4⁢π⋅10-7⁢T⁢m∕A \mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}\si{\tesla\metre\per\ampere} – przenikalnością magnetyczną próżni.
  • Kierunek pola magnetycznego długiego, prostoliniowego przewodu określa drugi wariant reguły prawej dłoni: jeżeli kciuk prawej dłoni wskazuje kierunek przepływu prądu, palce będą obejmować przewód zgodnie z kierunkiem linii wytwarzanego pola.

12.3 Oddziaływanie magnetyczne dwóch równoległych przewodów z prądem

  • Wartość siły oddziaływania między dwoma równoległymi, odległymi o r r przewodami, w których płynie prąd o natężeniach I 1 I 1 oraz I 2 I 2 – odniesiona do ich jednostkowej długości – dana jest wzorem: F ∕ l = μ 0 ⁢ I 1 ⁢ I 2 ∕ 2 ⁢ π ⁢ r F ∕ l = μ 0 ⁢ I 1 ⁢ I 2 ∕ 2 ⁢ π ⁢ r .
  • Przewody przyciągają się, gdy prąd płynie w tym samym kierunku, a odpychają, gdy kierunki przepływu prądu są przeciwne.

12.4 Pole magnetyczne pętli z prądem

  • Wartość indukcji pola magnetycznego w środku kołowej pętli o promieniu R R, przewodzącej prąd o natężeniu I I dana jest równaniem B = μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ R B= μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ R . Zwrot wektora indukcji określa drugi wariant reguły prawej dłoni.

12.5 Prawo Ampère’a

  • Pole magnetyczne wytwarzane przez prąd elektryczny płynący wzdłuż dowolnej drogi jest sumą (bądź całką) pól – przyczynków do indukcji pola magnetycznego wytwarzanych przez elementy prądu rozmieszczone wzdłuż tej drogi. Wartość i kierunek wektora indukcji poszczególnych przyczynków pola oblicza się tak, jak w przypadku prostoliniowego przewodu. Przedstawiony sposób myślenia prowadzi do uogólnionego związku pomiędzy natężeniem prądu a indukcją pola magnetycznego – znanego jako prawo Ampère’a.
  • Prawo Ampère’a można wykorzystać do określenia pola magnetycznego cienkiego lub grubego przewodu z prądem, stosując wygodny do obliczeń kontur całkowania. Otrzymane rezultaty obliczeń zgodne są z wynikami uzyskanymi z zastosowaniem prawa Biota-Savarta.

12.6 Solenoidy i toroidy

  • Wartość indukcji pola magnetycznego wewnątrz solenoidu wynosi
    B = μ 0 ⁢ n ⁢ I ⁢ , B= μ 0 ⁢ n ⁢ I ⁢ ,
    12.40
    gdzie n n jest liczbą zwojów przypadających na jego jednostkową długość. Pole magnetyczne wewnątrz solenoidu jest wysoce jednorodne – zarówno pod względem wartości indukcji, jak i kierunku linii.
  • Wartość indukcji pola magnetycznego wewnątrz toroidu wynosi
    B = μ 0 ⁢ N ⁢ I 2 ⁢ π ⁢ r ⁢ , B= μ 0 ⁢ N ⁢ I 2 ⁢ π ⁢ r ⁢ ,
    12.41
    gdzie N N jest liczbą zwojów. Pole magnetyczne wewnątrz toroidu nie jest jednorodne i zmienia się z odległością zgodnie z funkcją 1 ∕ r 1∕r.

12.7 Magnetyzm materii

  • W zależności od ich zachowania się w zewnętrznym polu magnetycznym materiały dzielimy na paramagnetyczne, diamagnetyczne i ferromagnetyczne.
  • Uporządkowanie dipoli magnetycznych paramagnetyków w kierunku zgodnym z zewnętrznym polem magnetycznym jest jedynie częściowe. Oznacza to dodatnią podatność magnetyczną. W próbce pozostają jedynie niezerowe prądy powierzchniowe, wytwarzające pole magnetyczne analogiczne do pola solenoidu.
  • W materiałach diamagnetycznych indukowane zewnętrznym polem magnetycznym dipole skierowane są przeciwnie do tego pola. Oznacza to ujemną podatność magnetyczną.
  • W materiałach ferromagnetycznych występują grupy dipoli, zwane domenami, które ustawiają się zgodnie z zewnętrznym polem magnetycznym. Jednakże w przeciwieństwie do paramagnetyków po usunięciu zewnętrznego pola materiały ferromagnetyczne pozostają namagnesowane. Efekt takiego namagnesowania w stosunku do wartości indukcji zewnętrznego pola magnetycznego zwany jest histerezą.