Mágneses alapjelenségek, kvalitatív leírásuk

A mágneses tér kvantitatív jellemzése. Mágneses indukció vektor. Mágneses indukció fluxus

Egyenes vezeték, tekercs mágneses tere.

Áram átjárta vezetékek kölcsönhatása, az 1 amperes áram definíciója

 

 

Mágneses alapjelenségek, kvalitatív leírásuk.

 

Tapasztalatok:

- Vasérc darabok egymást tudják taszítani és vonzani is.

- Az ilyen vasércdarabok a lágyvas darabokat minden esetben vonzzák.

- Lágyvas, mágneses állapotban levő testekkel érintkezve, mágneses állapotba hozható. A neodímium is mutatja ezt a jelenséget.

- Az alumínium, a réz, az arany, az ezüst, stb.,  nem mutatnak ilyen kölcsönhatást.

- Az állandó mágnesnek két pólusa van.

- Szétvágás után újabb kétpólusú állandó mágnest kapunk.

- Az azonos nemű pólusok taszítják, az ellentétes neműek vonzzák egymást.

- Egy hosszúkás permanens mágnest, közepénél, tű hegyén alátámasztva, engedjük függőleges tengely körül elfordulva, beállni egy helyzetbe. Ez mindig úgy következik be, hogy egybe esik a földrajzi Északi-Déli iránnyal.

- Egy permanens mágnest felébe vágva két újabb, kétpólusú mágnest kapunk

- Mágneses hatást észlelünk áram átjárta vezeték környezetében is

 

A mágneses tér kvantitatív jellemzése. Mágneses indukció vektor.

 

Def.: Mágneses tér, ahol mágneses kölcsönhatást tapasztalunk.

 

A permanens mágnesek terének „láthatóvá tételét” vasreszelékkel tudjuk elérni. Homogén, megfelelően erős mágneses teret tudunk előállítani egy rúdmágnes U-alakúra hajlításával (un. patkómágnes elkészítésével). A mágneses tér az egyenes, áram átjárta vezetőre, a hosszára merőleges irányban erőt, míg az áram átjárta vezetőkeretre pedig forgatónyomatékot gyakorol. Az utóbbi tapasztalat vezette oda a kísérletezőket, hogy Cardano-felfüggesztésű, áram átjárta vezetőkerettel valósítsák meg a mágneses teret kvantitatíve jellemző, mérő eszközt, a Magnetométert. A magnetométer, a tér minden irányába elfordulni képes, áram átjárta vezetőkeret, amely alkalmas a mágneses tér irányának és nagyságának detektálására.

Mágneses térben a vezető keretre a tér által gyakorolt maximális forgatónyomaték, (Mmax) arányos az átfolyó áramerősséggel (I) és a keret felületével (A). Az Mmax/IA hányados állandó. Ez a mágneses tér erősségével arányos.

                   (m1.1)

 

Def.:  A mágneses tér erősségét jellemző fizikai mennyiséget mágneses indukciónak nevezzük (jele: B) vektoriális fizikai mennyiségként fogjuk fel. A mágneses indukció mértékegysége N/Am, röviden Tesla, T.

                (m1.2)

 

A B mágneses indukcióval jellemzett mágneses térben levő, l hosszúságú, a mágneses tér irányára merőlegesen elhelyezkedő, I árammal átjárt vezetékre a mágneses tér F erőt gyakorol:

 

            (m1.3)

 

Def.:  A mágneses indukció fluxus (jele F) a mágneses indukció (B) és a felület (A) szorzata által definiált fizikai mennyiség. Egysége: Nm/A.

         (m1.4)

 

Egyenes vezeték, tekercs mágneses tere:

 

Egyenes vezeték körül, r távolságban, ha I erősségű áram folyik a vezetékben, a mágneses tér körkörös, nagysága:

              (m1.5)

 

Tekercs belsejében (és kívül), ha l a tekercs hossza és N a menetszáma, a mágneses tér:

 

Áram átjárta vezetékek kölcsönhatása, az 1 amperes áram definíciója

 

Def.:  Az 1 amperes áram definíciója: Egy amperes az áram abban a két, vákuumban levő párhuzamos vezetékben, amelyek közül az egyik egy végtelen hosszú, a másik pedig egy méteres, és amennyiben egy méter távolságból 2 10-7 N erővel hatnak egymásra.

 

Tétel: Két vezeték, amelyekben (I1 és I2) áram folyik, és l1 az egyes vezeték hossza, valamint d a köztük levő távolság, a köztük ható erő (F) a következő (Amper-féle törvény):

                  (m1.7)

ahol az együttható értéke:         (m1.8)

 

Def.: A vákuum mágneses szuszceptibilitása (mo) a következő összefüggés alapján vezethető be:

                (m1.9)