http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka2.html
https://eportal.pwr.edu.pl/course/view.php?id=25241
Miejsce konsultacji: pokój 27 bud. A-1; Terminy podam na stronie internetowej! Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak, prof. uczelni
Katedra Optyki i Fotoniki
Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska
Wykład FIZYKA II
ELEKTRYCZNOŚĆ I MAGNETYZM
q, ,
CF E U
F B
B,
B
I
d
Bdt
siła Coulomba p. Gaussa p. Biota-Savarta p. Amperadx
dE
dt
d
B
p. Faradayadx
dB
dt
d
E
qmagnetyczny???I
siła Lorentza uogólnione p. Faradaya
uogólnione p. Ampera p. Gaussa dla magnetyzmuMAGNESY
Pierwszymi poznanym magnesem był magnetyt – minerał, który w stanie naturalnym jest namagnesowany.
Działanie magnesów dowodzi, że mogą one istnieć tylko jako dipole magnetyczne.
PRAWO GAUSSA DLA MAGNETYZMU
PRZYPOMNIENIE:
prawo Gaussa dla pól elektrycznych:
W przypadku pola magnetycznego BRAK monopoli („ładunków”) magnetycznych, wobec tego: wewn E
E
d
S
q
0
0
0
0 0
B
B
d
S
MAGNETYZM ZIEMSKI
Ziemia jest również wielkim magnesem. Biegun magnetyczny nie pokrywa się jednak z biegunem geograficznym (osią obrotu).
Deklinacja magnetyczna to kąt pomiędzy kierunkiem północy geograficznej a kierunkiem poziomej składowej wektora indukcji.
Inklinacja magnetyczna to kąt pomiędzy płaszczyzną poziomą a kierunkiem wektora indukcji.
MAGNETYZM ELEKTRONU
PRZYPOMNIENIE: Jeżeli elektrony poruszają się w przewodzie w postaci prądu elektrycznego, wytwarzają pole magnetyczne wokół tego przewodu
Elektrony wytwarzają też pole magnetyczne na dwa inne sposoby. Są to: spinowy i orbitalny moment magnetyczny. Ich istnienie wyjaśnia mechanika kwantowa.
Spinowy moment pędu (spin ) elektronu jest to „własny” moment pędu elektronu. Ze spinem wiąże się spinowy moment magnetyczny
S
S
m
e
s
s
MAGNETYZM ELEKTRONU
magnetyczna spinowa liczba kwantowa
Właściwości spinu:
1) Nie można zmierzyć wektora – można zmierzyć jego składową wzdłuż wybranej osi (w związku z tym, nie można też zmierzyć );
2) Mierzona składowa wektora jest skwantowana.
S
2
h
m
S
Z
sm
s
1
2
s
T
J
m
eh
S
m
e
Z z s9
,
27
10
/
4
24 ,
magneton BohraS
MAGNETYZM ELEKTRONU
magnetyczna orbitalna liczba kwantowa
Elektron ma także moment pędu względem jądra atomu, zwany orbitalnym momentem pędu, oraz związany z nim orbitalny moment magnetyczny. orb orb
L
m
e
2
,h
m
L
orb z
lJak poprzednio, możemy tylko zmierzyć składową „z”:
l
m
l
0
,
1
,
2
,...,
m
eh
m
l z orb
4
,
MATERIAŁY MAGNETYCZNE
Momenty magnetyczne elektronów w ciele stałym dodają się wektorowo. Wypadkowa może być bardzo różna…
Spinowy moment pędu (spin) => magneton Bohra:
T
J
m
eh
S
m
e
Z z s9
,
27
10
/
4
24 ,
m
eh
m
l z orb
4
,
m
l
l
0
,
1
,
2
,...,
Orbitalny moment magnetyczny:
MATERIAŁY MAGNETYCZNE
Diamagnetyzm to „niemagnetyzm” (por. analogia do dielektryków = izolatorów). Diamagnetyki, umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym, wytwarzają słabe wewnętrzne pole magnetyczne, skierowane przeciwnie do przyczyny, która je wywołała (por. reguła Lenza).
Paramagnetyzm to „trochęmagnetyzm” (por. analogia do „parapsychologia” itp.). Paramagnetyki, umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym, wytwarzają słabe wewnętrzne pole magnetyczne, skierowane zgodnie z przyczynowym, wzmacniając je.
Prawo Curie:
(namagnesowanie)
T
B
C
FERROMAGNETYZM
Ferromagnetyki to najmocniejsze magnetyki; pole magnetyczne, indukowane przez pole zewnętrzne, może być wielokrotnie silniejsze a do tego pozostaje nawet po usunięciu zewnętrznego pola.
Ferromagnetyzm powstaje, gdy wewnętrzna budowa ciała pozwala na powstanie tzw. domen magnetycznych – układów atomów w krysztale, w których uporządkowanie dipoli atomowych jest całkowite.
Histereza magnetyczna to zjawisko, w którym wartość pola magnetycznego zindukowanego w ferromagnetyku zależy od „historii” namagnesowania.
FERROMAGNETYZM
Ferromagnetyki miękkie – koercja mniejsza niż 0,1 A/m (wielokrotne magnesowanie, np. rdzenie transformatorów)
Pozostałość magnetyczna BR (remanencja, namagnesowanie szczątkowe) i pole koercji HC (koercja).
Ferromagnetyki półtwarde – duża histereza, do zapisu informacji w twardych dyskach, kartach kredytowych itp. – kompromis między ilością energii zgromadzonej w magnetyku a łatwością przemagnesowania.
Ferromagnetyki twarde – magnesy trwałe, maksymalna szerokość pętli histerezy, wartość koercji nawet do 20 MA/m
PRAWO AMPERE’A
PRZYPOMNIENIE: Zmienne pole magnetyczne indukuje pole elektryczne (prawo indukcji Faradaya):
dt
d
s
d
E
B
SYMETRIA: Zmienne pole elektryczne może indukować pole magnetyczne:
dt
d
s
d
B
E
0
0
PRZYPOMNIENIE: Prawo Ampera:
I
s
d
B
0
Uogólnione prawo Ampera:
I
dt
d
s
d
B
0
0
E
0
PRAWO AMPERE’A
Uogólnione prawo Ampera:
I
dt
d
s
d
B
0
0
E
0
Pierwszy człon z prawej strony musi mieć wymiar natężenia prądu:
dt
d
I
prz
0
ENazywamy go prądem przesunięcia – jest to fikcyjny prąd, ale można go np. w przypadku kondensatora traktować jak prąd rzeczywisty (równy temu, który ładuje kondensator).
TESTY
1. Efekt diamagnetyczny polega na tym, że pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego:
A) momenty magnetyczne poszczególnych cząsteczek (atomów) ustawiają się przeciwnie do jego kierunku
B) momenty magnetyczne poszczególnych cząsteczek (atomów) ustawiają się zgodnie do jego kierunku
C) domeny o wypadkowym momencie magnetycznym, którego kierunek jest zgodny z kierunkiem zewnętrznego pola magnetycznego, powiększają swój rozmiar kosztem innych domen
D) momenty magnetyczne poszczególnych cząsteczek (atomów) ustawiają się losowo
2. Jeśli kulka zacznie poruszać się tak jak zaznaczono na rysunku, to kulka wykonana jest z substancji:
A) diamagnetycznej B) paramagnetycznej
C) ani para- ani diamagnetycznej D) para- lub diamagnetycznej
