Mgneses mez jellemzse Trtneti ttekints A miltoszi THALSZ

Mágneses mező jellemzése

Történeti áttekintés A milétoszi THALÉSZ i. e. 600 -ban a kisázsiai MAGNESIA városában, mely a mai Törökország területén található, olyan ércet talált (magnetit nevű vasérc Fe 3 O 4) mely magához vonz apró vasdarabokat és fogva is tarja. Ezeket természetes állandó mágnesnek nevezzük. Iránytű: A hajók és a utazók navigálására is alkalmas mágnestűt Kínában használták először a II. században. Nápolyi hajósok révén a mágnestű a XII. század körül jutott el Európába, és alkalmazták hajókon iránymeghatározásra a XX. század elejéig.

Vannak olyan anyagok, melyeket mágnes közelébe helyezve, majd a mágnest elvéve, átveszik annak tulajdonságát és hosszú időn át meg is tartják. Ezeket az anyagokat ferromágneses anyagoknak, az így előállított mágnest mesterséges állandó mágnesnek nevezzük. A mágnestű észak-déli irányú beállását Wiééiam Gilbert (I. Erzsébet királyné udvari orvosa) 1600 -ban a Föld mágneses hatására vezette vissza. De Magnete, Magneticisque Corporibus et De Magnó Magnete Tellure (1600) „Az egész Föld úgy tekinthető, mint egy nagy mágnes” William Gilbert (1544 -1603) Az első mesterséges mágnest Giambattista della Porta olasz fizikus állította elő. William Gilbert előtt írt a mágnességről. Számon tartják, mint a hőmérő, a teleszkóp és a gőzerővel Giambattista della Porta (1535 – 1615) történő vízemelés feltalálóját.

Gilbert kísérletet mutat be Erzsébet királynőnek

Mágneses alapjelenségek Mágneses erőhatás A mágnesek egymásra és a vastárgyakra erőhatást fejtenek ki. Kölcsönhatás: vonzó és taszító erő is lehet.

Mágneses pólusok Pólus görög eredetű szó: forgástengelyt, a Föld tengelyét jelenti Északi pólus: a mágnes északi irányba mutató pólusa Déli pólus: a mágnes déli irányba mutató pólusa A földi mágneses mező egy mágneses dipólus, melynek déli mágneses pólusa a földrajzi Északisark közelében, az északi mágneses pólusa a földrajzi Déli-sark közelében található. A mező több tízezer km-re terjed ki a világűrbe, ez a magnetoszféra. A magnetoszféra megvédi a Föld felszínét anapszél töltött részecskéitől.

Pólusváltozások A Föld mágneses tere pólusváltozásokat szenved néhány tízezer évtől néhány millió évig tartó periódusok során, átlagosan 250 000 évenként. A legutóbbi ilyen esemény 780 000 évvel ezelőtt volt. A pólusváltás időtartama átlagosan 5000 év, de tarthat 1000 -től 20 000 évig is. A Föld mágneses védőpajzsa rohamosan gyengül. A Swarm névre keresztelt küldetés 2009 -ben indult útjára. 3 műhold mérései alapján a következő pólusváltás várhatóan 2000 éven belül fog bekövetkezni. A múltban történt pólusváltások ideje alatt a régészeti leletek alapján nem történt tömeges fajpusztulás. A pólusváltás ideje alatt várhatóan a földi életet nem fogja védeni a magnetoszféra.

Mágneses mező szerkezete A mágneses mező vasreszelékkel szemléltethető

A mágneses mező

Az áram mágneses hatása Oersted kísérlete Hans Christian Oersted (1777 -1851) dán fizikus, vegyész 1820 -ban egy dán fizikus Hans Christian Ørsted észrevette, hogy az árammal átjárt vezető közelében elhelyezett iránytű az áram hatására elfordul. Megállapította, hogy az elektromos áram mágneses teret létesít.

Mágneses indukció A mágneses tér erősségét jellemző vektormennyiség. Jele: B mértékegysége: Tesla (Vs / m 2) (A mágneses indukcióvektor a mező erősségét jellemzi a mágneses mező adott pontjaiban. ) A mágneses indukció nagysága: egyenesen arányos az árammal átjárt vezetők közötti erővel fordítottan arányos a mérőhuzalban folyó áramerősséggel és a huzal hosszával. A mágneses indukció vektor iránya: Az egyensúlyi helyzetbe beállt próbatekercs, vagy iránytű déli pólusából az északi pólusa felé mutató irány.

Mágneses indukció mérése Mágneses mező vizsgálatára alkalmas minden olyan eszköz, amely kölcsönhatásba lép a mágneses mezővel. Magnetométer: lapos, áramjárta tekercs (próbatöltés – „próbamágnes”) A mágneses mező a magnetométerre forgatónyomatékot gyakorol , amíg beáll az egyensúlyi helyzete. A mágneses mező erőssége: B (mágneses indukció) A forgató nyomaték: M=B*N*A*I => B= M/(N*A*I) Magnetométerre jellemző: N*A*I, magnetométer mágneses nyomatéka.

Fluxus Egy adott felületen átmenő (merőlegesen) erővonalak száma. B A (fi): mágneses fluxus Mértékegysége: Weber Jele: Wb B: mágneses indukció nagysága A: felület nagysága

Mágneses indukció nagysága áram járta egyenes vezető körül „r” távolságban: áramirány : vákuum permeabilitása Jobbkéz-szabály: a jobb kéz behajlított ujjai mutatják meg az irányt, ha a kinyújtott hüvelykujj az áram irányába mutat iránya

Mágneses indukció A mágneses indukció mértékegysége: T ( tesla) Horvát születésű fizikus, dolgozott a budapesti Ganz gyárban, majd Párizsban és Londonban. 1884 -től az USA-ban Edison munkatársa volt. Nikola Tesla (1856 -1943)

Mágneses indukcióvonalak olyan zárt görbék, melyeknek bármely pontjába húzott érintő megadja a mágneses indukció vektor irányát. A mágneses indukció nagyságát a mágneses indukcióvonalak sűrűsége jellemzi.

Az áram mágneses hatása Árammal átjárt vezetők által létrehozott mágneses mező Egyenes vezető körvezető tekercs Árammal átjárt vezetők kölcsönhatása: • azonos áramirány esetén vonzás • ellentétes áramirány esetén taszítás tapasztalható. „ Az amper olyan állandó elektromos áram erőssége, amely két párhuzamos, egyenes, végtelen hosszúságú, elhanyagolhatóan kicsiny kör keresztmetszetű és vákuumban egymástól 1 m távolságban levő vezeték között méterenként 2* 10 -7 N erőt hoz létre. ”

Egyenes tekercs mágneses mezője A tekercs(szolenoid) belsejében a mágneses mező homogén. A tekercsben a mágneses indukció: N: menetszám I: tekercsben folyó áram erőssége l : tekercs hossza μ 0 : vákuum permeábilitása μ 0= 4π*10 -7 Vs/Am

Mágneses térerősség: az áram által gerjesztett mágneses térre jellemző fizikai mennyiség Az mennyiség, amely az egyenes vezetőben folyó „I” áramot körülvevő „ r” sugarú kör kerületének hosszegységre jutó árama. Jele: H Mértékegysége: A mágneses térerősség erővonalai önmagukban záródnak, nem keletkeznek és nem végződnek.

Vasmagos tekercs Ha a tekercs belsejét nem levegő tölti ki. Réz és alumínium esetén nincsen változás. Vasrúd esetén a mágneses mező erőssége megnövekedett. μr : relatív permeabilitás (anyagi jellemző) Ferromágnesség: A vas, kobalt, nikkel és ezek ötvözetei, erősen mágnesezhető anyagok, a mágneses mezőből kiemelve többé-kevésbé megőrzik a mágnesességüket.

Vasmagos tekercs: elektromágnes Az elektromágnes általában egy lágyvas mag, amelyet legalább egy tekercs vesz körül. Az elektromágnes erőssége függ: a tekercsben folyó áram nagyságától a tekercs menetszámától a vasmag anyagától, relatív permeabilitásától a vasmag alakjától, méretétől,

Elektromágnes alkalmazásai

Erőhatások mágneses mezőben, Lorentz-erő Egy mágneses mező megfelelően elhelyezett áramjárta vezetőre erőt fejt ki. Ez az erő a Lorentz-erő. nagysága: Fl A Lorentz erő maximuma akkor észlelhető, ha az egyenes vezető merőleges a mezőre.

Szabad töltésre ható erő a mágneses mezőben Nyugvó töltésekre a mágneses mező nem hat. Mozgó töltésekre hat a Lorentz erő: Az erőhatás a mozgó töltéseket a homogén mágneses mező Bvonalaira merőleges körpályára állítja. I=Q / t , l = v*t FL= I*B*l = Q*v*B A Lorentz erő a centripetális erő. Q*v*B = m*v 2 / r A körpálya sugara: r= m*v/ Q*B

Katódsugárcső 1. 2. 3. 4. Izzó katódból (negatív töltésű elektróda) elektronok lépnek ki A gyorsító anódok (pozitív töltésű elektródok) hatására felgyorsulnak Az eltérítő tekercsek közötti kialakuló mágneses tér hatására eltérülnek (Lorentzerő) Az elektron a fluoreszens képernyőbe csapódva egy fényfelvillanást okoz.

Ciklotron • Részecskegyorsító • Töltött részecskék (pl. l protonok, ionok) mágneses tér hatására spirális pályán haladnak belülről kifelé. • Minden egyes körbefordulás során a váltóáram elektromos tere kétszer gyorsít a részecskén, egyre nagyobb sugarú körpályára juttatva azt. • Fénysebességhez közel tömegnövekedés, frekvenciát csökkenteni kell: szinkrociklotron • Max. energia: 600 -800 Me. V (proton) Egy elektronvoltnak nevezzük azt az energiát amelyet az elektron 1 V (megfelelő irányú) potenciálkülönbség hatására nyer.

CERN-LHC 27 km átmérőjű CERN-LHC:

Van Allen övek • A Van Allen sugárzási övezet (röviden: Van Allen -öv) a Föld feletti, elektromosan töltött részecskéket tartalmazó dupla réteg • A belső öv a Föld felett 2000 km-től 5000 km-ig terjed és 10 -50 Me. V (=megaelektronvolt) energiájú protonokból áll, melyet a kozmikus sugárzás hoz létre. • A külső öv nagyjából 6000 -10 000 km vastag, legsűrűbb része 15 000 -20 000 km magasságban van. A külső öv főleg elektronokból áll.

Sarki fény

Kölcsönhatások összehasonlítása