ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

Toto navzájom sa generovať striedavé elektrické a magnetické polia.
Vytvorila sa teória elektromagnetického poľa James Maxwell v roku 1865
Teoreticky dokázal, že:
Akákoľvek zmena magnetického poľa v priebehu času vedie k zmene elektrického poľa a akákoľvek zmena v elektrickom poli v priebehu času vedie k meniacemu sa magnetickému poľu.
Ak sa elektrické náboje pohybujú so zrýchlením, elektrické pole, ktoré vytvárajú, sa periodicky mení a samo vytvára striedavé magnetické pole v priestore atď.
Zdroje elektromagnetického poľa môžu byť:
- pohyblivý magnet;
- elektrický náboj pohybujúci sa zrýchlením alebo kmitaním (na rozdiel od náboja pohybujúceho sa konštantnou rýchlosťou napr. pri jednosmernom prúde vo vodiči tu vzniká konštantné magnetické pole).
Elektrické pole existuje v okolí je vždy elektrický náboj, v akomkoľvek referenčnom systéme, magnetickom – v systéme, vzhľadom na ktorý sa pohybujú elektrické náboje,
elektromagnetické– v referenčnom systéme, vzhľadom na ktorý sa elektrický náboj nabíja pohybuje sa zrýchlením.

SKÚŠAJTE RIEŠIŤ!

Kúsok jantáru sa trel o látku a nabila sa statickou elektrinou. Aké pole možno nájsť okolo nehybného jantáru? Okolo pohyblivého?

Nabité teleso je v pokoji vzhľadom k povrchu zeme. Automobil sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro vzhľadom na zemský povrch. Je možné zistiť konštantné magnetické pole v referenčnom rámci spojenom s autom?

Aké pole sa zobrazí okolo elektrónu, ak: je v pokoji; pohybuje sa konštantnou rýchlosťou; pohybuje sa zrýchlením?

Tok sa v kineskope vytvára rovnomerne pohybujúce sa elektróny. Je možné detekovať magnetické pole v referenčnom systéme spojenom s jedným z pohybujúcich sa elektrónov?

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY

Toto je elektromagnetické pole šíriace sa v priestore s konečnou rýchlosťou,
v závislosti od vlastností prostredia.

Vlastnosti elektromagnetických vĺn:
- šíriť sa nielen v hmote, ale aj vo vákuu;
- šíria sa vo vákuu rýchlosťou svetla (C = 300 000 km/s);
- sú to priečne vlny;
- sú to putujúce vlny (prenášajú energiu).

Zdrojom elektromagnetických vĺn sú rýchlo sa pohybujúci elektrické náboje.
Oscilácie elektrických nábojov sú sprevádzané elektromagnetickým žiarením s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii oscilácií náboja.

Každý vodič prenášajúci prúd vytvára v okolitom priestore magnetické pole. Elektrický prúd je usporiadaný pohyb elektrických nábojov. Preto môžeme povedať, že akýkoľvek náboj pohybujúci sa vo vákuu alebo médiu vytvára okolo seba magnetické pole. V dôsledku zovšeobecnenia experimentálnych údajov

bol ustanovený zákon vymedzujúci pole B bodového poplatku Q, voľne sa pohybujúce nerelativistickou rýchlosťou v. V rámci voľného pohybu sa vzťahuje na jeho pohyb konštantnou rýchlosťou. Tento zákon je vyjadrený vzorcom

Kde r - polomerový vektor čerpaný z náboja Q do pozorovacieho bodu M(obr. 168). Podľa výrazu (113.1) je vektor B nasmerovaný kolmo na rovinu, v ktorej sa nachádzajú vektory v a z, a to: jeho smer sa zhoduje so smerom translačného pohybu pravej skrutky pri jej rotácii z v do z modul (113.1) sa vypočíta podľa vzorca

kde a je uhol medzi vektormi v A r.

Porovnaním výrazov (110.1) a (113.1) vidíme, že pohybujúci sa náboj je svojimi magnetickými vlastnosťami ekvivalentný prúdovému prvku:

ja d l=Q v.

Uvedené zákony (113.1) a (113.2) platia len pri nízkych rýchlostiach (v<

Vzorec (113.1) určuje magnetickú indukciu kladného náboja pohybujúceho sa rýchlosťou v. Ak sa záporný náboj pohybuje, potom Q treba nahradiť - Q. Rýchlosť v - relatívna

rýchlosť tela, teda rýchlosť vzhľadom na pozorovateľa. Vektor IN v uvažovanom referenčnom rámci závisí od času aj od polohy bodu M pozorovania. Preto je potrebné zdôrazniť relatívnu povahu magnetického poľa pohybujúceho sa náboja.

Pole pohybujúceho sa náboja ako prvý objavil americký fyzik G. Rowland (1848-1901). Túto skutočnosť napokon zistil profesor Moskovskej univerzity A. A. Eikhenwald (1863-1944), ktorý študoval magnetické pole konvekčného prúdu, ako aj magnetické pole viazaných nábojov polarizovaného dielektrika. Magnetické pole voľne sa pohybujúcich nábojov meral akademik A. F. Ioffe, ktorý dokázal ekvivalenciu v zmysle vybudenia magnetického poľa elektrónového lúča a vodivého prúdu.

§ 114. Vplyv magnetického poľa na pohybujúci sa náboj

Prax ukazuje, že magnetické pole pôsobí nielen na vodiče s prúdom (pozri §111), ale aj na jednotlivé náboje pohybujúce sa v magnetickom poli. Sila pôsobiaca na elektrický náboj Q pohybujúci sa v magnetickom poli rýchlosťou v sa nazýva Lorentzova sila a vyjadruje sa vzorcom

F=Q[vB], (114.1) kde B je indukcia magnetického poľa, v ktorom sa náboj pohybuje.

Smer Lorentzovej sily sa určuje pomocou pravidlá ľavej ruky: ak je dlaň ľavej ruky umiestnená tak, že do nej vstupuje vektor B a štyri vystreté prsty sú nasmerované pozdĺž vektora v (napr. Q> 0 smerov ja a v sú rovnaké, pre Q<0-противоположны), то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на kladný náboj. Na obr. 169 je znázornená vzájomná orientácia vektorov v, B (pole smeruje k nám, znázornené na obrázku bodkami) a F za kladný náboj. Pri zápornom náboji pôsobí sila v opačnom smere.

Modul Lorentzovej sily (pozri (114.1)) sa rovná

F=QvB hriech,

kde  je uhol medzi v A IN.

Ešte raz si všimnime (pozri § 109), že magnetické pole nepôsobí na stacionárny elektrický náboj. To je podstatný rozdiel medzi magnetickým poľom a elektrickým poľom. Magnetické pole pôsobí iba na náboje, ktoré sa v ňom pohybujú.

Keďže veľkosť a smer vektora B možno určiť pôsobením Lorentzovej sily, na určenie vektora magnetickej indukcie B možno použiť (spolu s inými, pozri § 109) výraz pre Lorentzovu silu.

Lorentzova sila je vždy kolmá na rýchlosť pohybu nabitej častice, takže mení iba smer tejto rýchlosti bez zmeny jej modulu. V dôsledku toho Lorentzova sila nefunguje. Inými slovami, konštantné magnetické pole nepracuje na nabitú časticu, ktorá sa v ňom pohybuje, a kinetická energia tejto častice sa pri pohybe v magnetickom poli nemení.

Ak na pohybujúci sa elektrický náboj okrem magnetického poľa s indukciou B pôsobí aj elektrické pole s intenzitou E, potom výsledná sila F, aplikovaný na náboj, sa rovná vektorovému súčtu síl - sile pôsobiacej z elektrického poľa a Lorentzovej sile:

F=QE + Q[vB].

Tento výraz sa nazýva Lorentzov vzorec. Rýchlosť v v tomto vzorci je rýchlosť náboja vzhľadom na magnetické pole.

Okolo akéhokoľvek vodiča s prúdom, t.j. pohybujúce sa elektrické náboje, existuje magnetické pole. Prúd by sa mal považovať za zdroj magnetického poľa! Okolo stacionárnych elektrických nábojov je len elektrické pole a okolo pohybujúcich sa nábojov je elektrické aj magnetické pole. HANS ØRSTED ()

1. Magnetické pole sa vyskytuje len v blízkosti pohybujúcich sa elektrických nábojov. 2. Zoslabuje, keď sa vzďaľuje od vodiča s prúdom (alebo pohybujúceho sa náboja) a presné hranice poľa nie je možné špecifikovať. 3. Pôsobí určitým spôsobom na magnetické ihly 4. Má energiu a má vlastnú vnútornú štruktúru, ktorá sa zobrazuje pomocou magnetických siločiar. Magnetické čiary magnetického poľa prúdu sú uzavreté čiary obklopujúce vodič

Ak sú obvody s prúdom zapojené do série na jednom mieste v priestore, potom sa takýto útvar nazýva solenoid. Magnetické pole je sústredené vo vnútri solenoidu, rozptýlené vonku a siločiary magnetického poľa vo vnútri solenoidu sú navzájom rovnobežné a pole vo vnútri solenoidu sa považuje za homogénne, mimo solenoidu - nehomogénne. Umiestnením oceľovej tyče dovnútra solenoidu získame jednoduchý elektromagnet. Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, magnetické pole elektromagnetu je oveľa silnejšie ako magnetické pole solenoidu.

Zhodujú sa magnetické póly Zeme s geografickými pólmi? Zmenilo sa umiestnenie magnetických pólov v histórii planéty? Čo je spoľahlivým ochrancom života na Zemi pred kozmickým žiarením? Aký je dôvod výskytu magnetických búrok na našej planéte? S čím sú spojené magnetické anomálie? Prečo má magnetická strelka na každom mieste na Zemi presne stanovený smer? Kam ukazuje?