Pole magnetyczne: działanie, linie pola i proste doświadczenie
Jak działa pole magnetyczne?
Pole magnetyczne to obszar wokół magnesu lub przewodnika z prądem elektrycznym, w którym działają siły magnetyczne. Dzięki niemu przeciwne bieguny magnesów się przyciągają, jednakowe odpychają, a materiały ferromagnetyczne reagują na zbliżenie magnesu.
- Każdy zwykły magnes ma biegun północny i południowy.
- Przeciwne bieguny się przyciągają, a jednakowe odpychają.
- Linie pola magnetycznego tworzą zamknięte krzywe.
- Pole magnetyczne wytwarza również prąd elektryczny.
Jak powstaje pole magnetyczne?
W magnesie trwałym pole magnetyczne wiąże się przede wszystkim z momentami magnetycznymi elektronów i ich uporządkowaniem w materiale.
W substancjach ferromagnetycznych, takich jak żelazo, nikiel lub kobalt, powstają małe obszary zwane domenami magnetycznymi. Jeśli domeny są zorientowane w różnych kierunkach, ich oddziaływania w dużej mierze się znoszą.
Podczas magnesowania więcej domen ustawia się w tym samym kierunku i przedmiot zaczyna wytwarzać wyraźne pole magnetyczne.
Pole elektromagnetyczne
Pole magnetyczne powstaje również wokół przewodnika, przez który przepływa prąd elektryczny. Gdy zwiniemy przewodnik w cewkę, pola poszczególnych zwojów łączą się i wzmacniają wewnątrz cewki.
Na tej zasadzie działają na przykład:
- elektromagnesy,
- silniki elektryczne,
- transformatory,
- przekaźniki,
- głośniki,
- generatory.
Dlaczego magnesy się przyciągają i odpychają?
Magnes ma dwa obszary biegunowe:
- biegun północny N,
- biegun południowy S.
Po zbliżeniu bieguna północnego i południowego powstaje siła przyciągania. Jeśli zbliżysz dwa bieguny północne lub dwa południowe, magnesy się odpychają.
Co się stanie, gdy przełamiesz magnes?
Nie powstaną osobne bieguny północny i południowy. Każda część stanie się mniejszym magnesem z własnym biegunem północnym i południowym.
Czym są linie pola magnetycznego?
Linie pola magnetycznego to umowne linie służące do przedstawiania kierunku i kształtu pola magnetycznego.
Obowiązują dla nich następujące zasady:
- tworzą zamknięte pętle,
- na zewnątrz magnesu biegną od bieguna północnego do południowego,
- wewnątrz magnesu wracają do bieguna północnego,
- nie przecinają się wzajemnie,
- gęściej rozmieszczone linie oznaczają silniejsze pole.
Kształt pola można łatwo obserwować za pomocą opiłków żelaza lub małego kompasu.
Stałe i zmienne pole magnetyczne
Stałe pole magnetyczne
Jego wielkość i kierunek w danym miejscu nie zmieniają się w czasie. Wytwarza je na przykład nieruchomy magnes trwały lub cewka zasilana stałym prądem.
Zmienne pole magnetyczne
Jego wielkość lub kierunek zmieniają się w czasie. Może powstać na przykład:
- podczas przepływu prądu przemiennego przez cewkę,
- podczas ruchu magnesu względem miejsca pomiaru,
- przy włączaniu i wyłączaniu elektromagnesu.
Jeśli zmienia się strumień magnetyczny przechodzący przez obwód elektryczny, może powstać w nim indukowane napięcie elektryczne. Zjawisko to nazywa się indukcją elektromagnetyczną.
Reguła prawej dłoni
Kierunek pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem można określić za pomocą reguły prawej dłoni:
- Wyobraź sobie, że obejmujesz przewodnik prawą dłonią.
- Skieruj kciuk zgodnie z kierunkiem prądu elektrycznego.
- Zgięte palce wskazują kierunek linii pola magnetycznego.
W przypadku cewki palce prawej dłoni obejmują zwoje zgodnie z kierunkiem prądu, a kciuk wskazuje kierunek pola magnetycznego wewnątrz cewki i położenie jej bieguna północnego.
Prosty eksperyment z opiłkami żelaza
- Połóż magnes na równej powierzchni.
- Przykryj go papierem lub cienką płytką plastikową.
- Ostrożnie rozsyp niewielką ilość opiłków żelaza.
- Lekko postukaj w podkładkę.
- Opiłki ułożą się zgodnie z przebiegiem pola magnetycznego.
Bezpieczeństwo podczas eksperymentu
Opiłki żelaza są ostre i nie mogą dostać się do oczu ani ust. Używaj zamkniętego, przezroczystego pojemnika lub szczelnie zamkniętego woreczka, a po eksperymencie sprawdź, czy na magnesie nie pozostały żadne opiłki.
Wybrane magnesy do praktycznych zastosowań
Kolorowy magnes okrągły 26 × 5 mm
Słabszy niebieski magnes ferrytowy do mocowania papierów, kopert i zdjęć na odpowiedniej tablicy magnetycznej lub powierzchni stalowej.
- Średnica 26 mm
- Wysokość 5 mm
- Siła oderwania 3 N
- Siła oderwania około 0,3 kg
- Masa 12,65 g
- Ferryt izotropowy
- Wersja niebieska
- Kod produktu 60016
Magnes neodymowy walcowy 10 × 1,5 mm
Cienki magnes neodymowy odpowiedni do lekkich zamknięć, modelarstwa i małych projektów technicznych.
- Średnica 10 mm
- Wysokość 1,5 mm
- Siła odrywania 9,9 N
- Siła odrywania około 0,99 kg
- Masa 0,9 g
- Klasa magnetyczna N35
- Powierzchnia niklowana
- Odporność na temperaturę do 80 °C
- Kod produktu 24048
Magnes ferrytowy prostopadłościenny 30 × 20 × 6 mm
Anizotropowy magnes ferrytowy do prostych uchwytów, eksperymentów szkolnych i mniej wymagających zastosowań technicznych.
- W nazwie i oznaczeniu wymiary 30 × 20 × 6 mm
- Siła oderwania 14 N
- Siła oderwania około 1,4 kg
- Masa 17,45 g
- Anizotropowy ferryt MF35
- Odporność termiczna do 250 °C
- Kod produktu 10342
Uwaga: tabela parametrów na stronie produktu obecnie pokazuje inne wymiary niż nazwa i oznaczenie produktu. Przed zamówieniem potwierdź wymiary u sprzedawcy.
Zobacz produktNajczęściej zadawane pytania
Dlaczego przeciwne bieguny się przyciągają?
Ich pola magnetyczne układają się w sposób, który tworzy siłę przyciągania między magnesami.
Dlaczego jednakowe bieguny się odpychają?
Gdy jednakowe bieguny zbliżają się do siebie, pola magnetyczne ulegają odkształceniu i między magnesami powstaje siła odpychająca.
Czy linie pola magnetycznego są rzeczywiste?
To poglądowy model służący do przedstawiania kierunku i wielkości pola magnetycznego.
Czy prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne?
Tak. Wokół przewodnika z prądem powstaje pole magnetyczne w kształcie współśrodkowych okręgów.
Czy magnes trzyma się każdego metalu?
Nie. Silnie przyciąga głównie żelazo, zwykłą stal, żeliwo i inne materiały ferromagnetyczne.
Podsumowanie
Pole magnetyczne powstaje wokół magnesów trwałych i przewodników z prądem elektrycznym. W magnesie trwałym wiąże się z uporządkowaniem momentów magnetycznych elektronów w materiale.
Linie pola magnetycznego tworzą zamknięte pętle. Przeciwne bieguny się przyciągają, a jednakowe odpychają. Kierunek pola wokół przewodnika lub cewki można określić regułą prawej dłoni.
Zbadaj pole magnetyczne w praktyce
Wybierz magnes biurowy, ferrytowy lub neodymowy według siły, rozmiaru i planowanego zastosowania.