MAGNETYZM
I. Bieguny magnetyczne
1. Każdy magnes ma dwa bieguny: północny (N) i południowy (S). Magnesy zwrócone do siebie takimi samymi (jednoimiennymi) biegunami odpychają się, a różnoimiennymi przyciągają się wzajemnie.
2. Każdy magnes wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Pole magnetyczne to przestrzeń, w której działają siły magnetyczne.
Pole magnetyczne przedstawiamy na rysunku w postaci tzw. linii pola magnetycznego. Przyjęto umowę, że zwrot tych linii wskazuje biegun północny igiełki magnetycznej umieszczonej w tym polu (są one umownie zwrócone do bieguna N w stronę bieguna S).
3. Ziemia zachowuje się jak wielki magnes. Południowy biegun magnetyczny Ziemi jest w okolicach północnego bieguna geograficznego, a północny biegun magnetyczny w okolicach południowego bieguna geograficznego Ziemi. Ziemskie pole magnetyczne wykorzystuje się w działaniu kompasów, których najważniejszym elementem jest igła magnetyczna.
Igła magnetyczna to mała blaszka w kształcie dwustronnej wskazówki, wskazująca kierunki północ-południe.
4. Różne substancje wykazują różne własności magnetyczne. Substancje, które wykazują najsilniejsze własności magnetyczne nazywają się ferromagnetykami. W ich budowie wewnętrznej można wyróżnić małe obszary namagnesowania, tzw. domeny magnetyczne, które zachowują się jak małe magnesy. Są one najczęściej ułożone chaotycznie. Uporządkowanie domen nazywamy namagnesowaniem, ferromagnetyk staje się wtedy trwałym magnesem. Substancjami ferromagnetycznymi są np. żelazo, kobalt, nikiel.
II Właściwości magnetyczne przewodnika, przez który płynie prąd.
1. Przewodniki, przez które płynie prąd wykazują właściwości magnetyczne. Igła magnetyczna ustawiona w pobliżu przewodnika z prądem odchyla się. Oddziaływanie pola magnetycznego na igłę jest tym silniejsze, im większe jest natężenie prądu w przewodniku i mniejsza odległość igły od przewodnika.
2. Linie pola magnetycznego występującego wokół przewodnika z prądem są zamknięte i mają kształt okręgów o wspólnym środku. Zwrot linii pola magnetycznego określa reguła prawej dłoni:
Jeżeli prawa dłoń obejmuje przewodnik tak, że kciuk wskazuje kierunek prądu, to palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego.
3. Zwojnica z prądem wytwarza pole magnetyczne takie jak pole magnesu sztabkowego. Jego bieguny możemy wyznaczyć w ten sposób, że jeśli prawą dłonią obejmiemy zwojnicę tak, aby palce wskazywały kierunek prądu, to odgięty kciuk wskaże biegun magnetyczny północny (N). Linie pola magnetycznego wewnątrz zwojnicy są do siebie równoległe, czyli pole magnetyczne jest jednorodne.
4. Dwa przewodniki z prądem oddziałują na siebie wzajemnie. Jeśli prąd płynie w nich w tę samą stronę – przewodniki przyciągają się, jeśli w przeciwne strony – odpychają się.
III Elektromagnes. Budowa, działanie, zastosowanie.
1. Elektromagnes to urządzenie składające się ze zwojnicy, przez którą płynie prąd i umieszczonego w niej rdzenia wykonanego z ferromagnetyka. Rdzenie najczęściej wykonuje się z tzw. stali miękkiej, która łatwo się magnesuje i rozmagnesowuje. Elektromagnesy działają jak magnesy.
2. Działanie elektromagnesu można wzmocnić zwiększając liczbę zwojów nawiniętych na rdzeń lub wartość natężenia prądu w uzwojeniach.
Elektromagnesy znalazły duże zastosowanie m.in. do transportu żelaznych elementów, do budowy dzwonków elektrycznych, w głośnikach, kolei magnetycznej, w medycynie itp.
IV Oddziaływanie elektromagnesów z magnesami.
1. Siła magnetyczna (elektrodynamiczna).
Na umieszczony w polu magnetycznym przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, działa siła elektrodynamiczna.
Siła ta ma największą wartość, gdy przewodnik umieszczony jest prostopadle do linii pola magnetycznego. Jeśli przewodnik ustawiony jest równolegle do linii pola magnetycznego, to siła elektrodynamiczna jest równa zeru.
Kierunek siły elektrodynamicznej jest zawsze prostopadły do kierunku prądu w przewodniku i do kierunku linii pola magnetycznego.
Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej określa reguła lewej dłoni:
Jeżeli lewą dłoń ustawimy tak, aby palce wskazywały kierunek prądu, a linie pola magnetycznego wbiegały do wewnętrznej części dłoni, to odchylony kciuk wskaże kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej.
2. Działanie siły magnetycznej wykorzystano w konstrukcji silnika elektrycznego. Silnik elektryczny jest urządzeniem przetwarzającym energię elektryczną na energię mechaniczną. W silniku oddziałują na siebie wirnik, składający się z kilku zwojnic umieszczonych w polu magnetycznym i nieruchomy stojan. Na zwojnice działa siła magnetyczna powodująca obrót wirnika. Razem z wirnikiem obracają się metalowe półpierścienie tzw. komutator, połączony za pośrednictwem szczotek ze źródłem prądu. Zadaniem komutatora jest zmiana kierunku prądu w uzwojeniach, aby utrzymać ciągły ruch obrotowy wirnika.
