Magnetické pole a proud jsou považovány za dvě strany téže mince kvůli zapojení nábojů a obě jsou odvozeny z elektromagnetického záření nebo pole.
Elektromagnetická vlna je tvořena elektrickými i magnetickými poli. Proud je způsoben elektrickým polem. Mezi magnetickým polem a proudem tedy bude úzký vztah. Tento příspěvek se zabývá vyčerpávajícím vysvětlením a fakty souvisejícími s magnetickým polem a proudem a jejich vztahem k elektromagnetickému poli.
Vztah mezi magnetickým polem a proudem
Elektrický proud v drátu vytváří magnetické pole v důsledku pohybu nábojů. To vede k vysvětlení vztahu mezi magnetickým polem a proudem, který je vysvětlen Biot-Savartovým zákonem. Uvádí, že „proud I protékající proudovým vodičem o malé délce dl není nic jiného než elementární zdroj magnetického pole.
Pokud vezmete v úvahu drát, který vede proud I podél délky dl v drátu, pak magnetické pole způsobené proudem v bodě pozorování vzhledem k drátu je dáno jako,
Kde; μ0 je propustnost frèreho prostoru (4π×10-7N / A2) a R je vzdálenost mezi bodem a drátem.
Integrace výše uvedené rovnice dává magnetické pole v důsledku proudu procházejícího drátěnou smyčkou. Magnetické pole a proud jsou na sobě závislé. S rostoucí rychlostí toku proudu bude síla magnetického pole větší v důsledku pohybu vodivých nábojů.
Jak magnetické pole ovlivňuje proud?
Když se vodič s proudem dostane do kontaktu s měnícím se magnetickým polem, v vodiči se indukuje proud. Tento proud teče díky siločarám magnetického pole, které působí určitou silou na náboje a způsobují jejich pohyb.
Protože magnetické pole a proud spolu úzce souvisejí, malá změna v magnetickém poli vytváří elektromotorickou sílu v drátu. Stává se to proto, že měnící se magnetické pole generuje elektrické pole a náboje mohou volně proudit, a tak se indukuje proud.
Magnetické pole je spojeno se směrem toku proudu. Pokud se změní směr magnetického pole, změní se i tok proudu uvnitř vodiče.
Směr magnetického pole a proudu
Směr orientace magnetického pole a proudu jsou vůči sobě normální. Protože víme, že v elektromagnetické vlně je pohyb elektrického pole a magnetického pole vždy v kolmých směrech. Proud není nic jiného než forma elektrické energie nesoucí volný tok elektronů.
Obecně platí, že pravidlo pravé ruky popisuje směr magnetického pole i proudu. Nejprve udělejte gesto rukou ve tvaru L pomocí palce a ukazováčku, poté namiřte prostředníček kolmo na oba prsty. Zbývající prsty zůstávají stočené. Tento typ gesta pravé ruky pomáhá zapamatovat si směr magnetického pole a proudu.
Magnetické pole nabízí určitou sílu působící na pohybující se náboje. Když jsou náboje v klidu, magnetické pole náboj neovlivňuje. Ale jakmile se začnou pohybovat, síla vytvořená polem tlačí náboje a proud protéká drátem. Směr toku proudu není ve směru siločar, ale místo toho sleduje kolmou dráhu.
Obrázek kreditů: Wikimedia commons
Podle pravidla se vaše ruka podobá drátu vedoucímu proud a směr kladného náboje ukazuje váš ukazatel. A magnetické pole ukazuje váš prostředníček a váš palec ukazuje pohyb proudu v důsledku magnetické síly.
Proč je magnetické pole kolmé na proud?
Magnetická síla působící na náboje je vždy křížovým součinem rychlosti nábojů vedoucích proud a magnetického pole. Křížový součin libovolných dvou vektorových veličin je vždy vyvíjen v pravém úhlu k působící síle. Magnetické pole je tedy kolmé na proud.
Magnetická síla je považována za Lorentzovu sílu, která působí na náboje a nutí je pohybovat se a způsobuje, že vedou proud. Protože magnetické pole je vektorová veličina a rychlost nábojů přispívá k toku proudu, je také vektorovou veličinou. Křížový součin těchto dvou vektorových veličin musí být kolmá síla. Magnetické pole a proud jsou tedy navzájem kolmé.
Je magnetické pole vždy kolmé na proud?
Ano, protože elektrické pole je vždy orientováno kolmo k magnetickému poli v EM vlně, proud je způsoben elektrickým polem. Magnetické pole a proud jsou tedy také kolmé.
Uvažujme proud procházející drátem a magnetické pole B se generuje, když drátem prochází proud. Přímá čára se šipkou uprostřed ukazuje směr proudu v drátu a kruhový prstenec kolem proudu je magnetické pole, jehož směr je označen šipkou.
Jak je magnetické pole kolmé na proud?
Obecně platí, že proud nese pohybující se náboje přes drát, což má za následek generování magnetického pole, které je stočeno kolem drátu ve formě prstence. Kolmá orientace magnetického pole a proudu je způsobena tímto jevem zvlnění znázorněným jako druhé pravidlo pravé ruky.
Pokud podle tohoto pravidla stočíte všechny prsty přes dlaň a palec nahoru, znázorněte, jak je magnetické pole kolmé k proudu. Směr stočení je kolmý na tok proudu naznačený palcem nahoru.
Pokud proud teče ze směru nahoru do dolů, bude magnetické pole ve směru hodinových ručiček kolmé na působící sílu. A pokud se proud pohybuje směrem dolů směrem nahoru, magnetické pole je orientováno proti směru hodinových ručiček.
Když je magnetické pole kolmé na proud?
Když je síla působící na náboje maximální, začnou se náboje pohybovat normálně ve směru siločar. V důsledku pohybu nábojů má výsledný proud tendenci sledovat stejnou cestu kolmo k magnetickému poli.
Interakce síly s magnetickým polem je zcela odlišná. Pokud neexistují žádné silové prostředky, nedojde k žádnému pohybu nábojů a žádnému magnetickému poli. Pokud je magnetické pole rovnoběžné s proudem, je zcela nemožné vytvořit mezi nimi vztah.
Jaký je vztah mezi směrem toku proudu a magnetickou polaritou?
Směr proudu a magnetická polarita jsou ve vzájemném vztahu. Je-li směr magnetického pole od severního k jižnímu pólu, tok nábojů ve vodiči s proudem probíhá od záporných k kladným nábojům.
To znamená, že pokud se změní směr proudu, nabíjí se i směr magnetických siločar. Předpokládejme, že zpočátku proud teče z negativního do pozitivního a magnetické siločáry vystupují ze severního k jižnímu pólu. Obrátením směru toku proudu můžeme pozorovat, že magnetické siločáry také obracejí svůj směr z jižního na severní pól.
Pravidlo levé ruky je obvykle užitečné při demonstraci vlivu na magnetickou polaritu v důsledku směru proudu. V tomto pravidle palec ukazuje směr severního pólu, když elektrony proudí od záporného ke kladnému pólu.
Obrázek kreditů: Wikimedia commons
Jak magnetické pole ovlivňuje proud v magnetickém obvodu?
Magnetická pole v magnetickém obvodu pohánějí magnetomotorickou sílu, podobně jako elektromotorická síla poháněná elektrickým polem. Magnetomotorická síla z magnetického pole závisí na otáčkách cívky a proudu.
Magnetický obvod se skládá z cívky vyrobené z magnetického toku s uzavřenou smyčkou. Pokud zvýšíme počet závitů v cívce, úměrně se zvýší síla magnetického pole, což způsobí zvýšení toku. Tok indukuje větší proud pro vytvoření maximální magneto-motorické síly.
Magnetické obvody jsou analogické s elektrickým obvodem. Rozdíl je ale v elektrickém obvodu, pohyb nábojů způsobuje magnetické pole a v magnetickém obvodu magnetické pole indukuje proud v obvodu.
Magnetické pole a graf proudu
Protože magnetické pole a proud jsou ve vzájemné korelaci, graf magnetického pole a proudu se navzájem lineárně mění. Graf magnetického pole vs. proud dává přímku, která se lineárně zvyšuje.
Lineární nárůst magnetického pole je způsoben tím, jak se zvyšuje proud ve smyčce drátu, zvyšuje se také pohyb nábojů, což způsobuje generování většího magnetického pole ve smyčce.
Sklon grafu udává fyzikální konstantu, která představuje počet vinutí drátěné smyčky.
Řešené úlohy o magnetickém poli a proudu
Vypočítejte magnetické pole způsobené vodičem s jednotkovou délkou, kterým prochází proud 5 ampérů ve vzdálenosti 3 m.
Řešení:
Daný – proud v drátu, I= 5ampér
Vzdálenost mezi drátem r= 3m
Magnetické pole B v bodě r je
Hodnota μ0 je 4π×10-7 N / A2; dosazením hodnot ve výše uvedené rovnici dostaneme
B = 3.33 x 10-7T.
Dva stejně dlouhé vodiče s proudem jsou umístěny paralelně k sobě ve vzdálenosti 2 m. Jeden drát nese proud 12 ampér a druhý proud 15 ampér. Vypočítejte magnetické pole vycházející z obou paralelních vodičů ve vzdálenosti 5m.
Řešení:
Je dán – proud přenášený jedním vodičem I1= 12 ampérů
Drát nesený jiným drátem I2= 15 ampérů
Vzdálenost r1= 5 m.
Vzdálenost r2= 7 m.
Propustnost volného prostoru μ0= 4π×10-7 N / A2
Magnetické pole způsobené oběma dráty je dáno
B=B1+B2
B = 4.8 + 4.28
B = 9.085 x 10-7T
Vypočítejte magnetické pole v bodě vzdáleném 8 m od drátu, kterým prochází proud 14 ampér.
Řešení:
Je dán – bod ve vzdálenosti od drátu r=8m
Drát, kterým prochází proud I=14ampér.
Propustnost volného prostoru μ0= 4π×10-7 N / A2
Dosazením uvedených hodnot ve výše uvedené rovnici
B = 3.5 x 10-7T.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Z tohoto příspěvku jsme pochopili vztah mezi magnetickým polem a proudem a dozvěděli jsme se, že magnetické pole a proud jsou vektorovou veličinou orientovanou kolmo k rovině elektromagnetické vlny. Chování nábojů v magnetickém poli poskytuje proud. Rychlý pohyb nábojů v drátu vedoucím proud je zodpovědný za magnetické pole. takto souvisí magnetické pole a proud.
- Jak funguje větrací otvor mikrovlnné trouby: Věda za tím
- Jak funguje mikrovlnný senzor: Věda za ním
- Jak fungují fúzní reaktory? 5 faktů, které byste měli vědět!
- Kdy začíná jaderná fúze? 7 faktů, které byste měli vědět!
- 9 příkladů nasycených uhlovodíků: Fakta, která byste měli vědět!
- 13 příkladů kapalných uhlovodíků: Fakta, která byste měli vědět!
Také čtení:
- Magnetická hysterezní permeabilita retence
- Je zinek magnetický
- Magnetický tok v solenoidu
- Magnetický tok v drátu
- Je kevlar magnetický
- Příklad magnetického toku
- Magnetický tok a hustota magnetického toku
- Je olovo magnetické
- Je galium magnetické
- Magnetický tok v cívce
Jsem Keerthi K Murthy, absolvoval jsem postgraduální studium fyziky se specializací v oblasti fyziky pevných látek. Fyziku jsem vždy považoval za základní předmět, který souvisí s naším každodenním životem. Jako student přírodních věd mě baví objevovat nové věci ve fyzice. Jako spisovatel je mým cílem oslovit čtenáře zjednodušeným způsobem prostřednictvím mých článků.
Ahoj kolego čtenáři,
Jsme malý tým v Techiescience, tvrdě pracujeme mezi velkými hráči. Pokud se vám líbí, co vidíte, sdílejte náš obsah na sociálních sítích. Vaše podpora znamená velký rozdíl. Děkuji!