Magneta kampo

Elektra kurento kaj produktata de ĝi magneta kampo

En fiziko, magneta kampo estas ento produktita de movantaj elektraj ŝargoj (elektra kurento), kiuj efikas forton al aliaj movantaj ŝargoj. (La kvantummekanika spino de partiklo produktas magnetaj kampoj kaj estas efikata de ili kvazaŭ ĝi estus kurento; tio ĉi donas konton pri la kampoj produktitaj de "konstantaj" feromagnetoj.)

Magneta kampo estas vektora kampo: ĝi asocias kun ĉiu punkto en spaco vektoron, kiu eble varias tempe. La direkto de la kampo estas estas ekvilibra direkto de kompasa nadlo lokita en la kampo.

Magneta kampo kutime signiĝas de la simbolo $\mathbf{B} \$. Historie $\mathbf{B} \$ nomiĝis magnet-fluksa denseco aŭ la magneta indukto, kaj $\mathbf{H} = \mathbf{B} / \mu \mu_0$ nomiĝis magneta kampo (aŭ magnet-kampa forteco), kaj tiu ĉi terminologio estas ankoraŭ uzata por apartigi la du terminojn en la kunteksto de magnetaj materialoj ( permeabla faktoro = μ μ₀). Alifoje, tamen, tiu ĉi malsameco ignoriĝas kaj ambaŭ simboloj referiĝas kiel la magneta kampo. (Kelkaj verkistoj nomas H la rezerva magneta kampo.) En SI unitoj, $\mathbf{B} \$ kaj $\mathbf{H} \$ mezuriĝas en tesloj (T) kaj amperoj/metro (A/m), respektive; aŭ, en CGS unitoj, en gaŭsoj (G) kaj orstedoj (oe), respektive.

Formala Difino

Kiel la elektra kampo, oni povas difini la magnetan kampon per la forto, kiun ĝi produktas. En SI unitoj tio ĉi estas:

$\mathbf{F} = q \mathbf{v} \times \mathbf{B}$

kie

F estas la forto produktata (mezurita en neŭtonoj),

$\times \$ indikas (vektoran produton),

$q \$ estas elektra ŝargo (mezurita kiel kulomboj),

$\mathbf{v} \$ estas rapido (mezurita kiel metroj/sekundo),

B estas la magnet-fluksa denseco (mezurita kiel tesloj).

Tiu ĉi leĝo nomiĝas kiel leĝo de Lorentz pri fortoj. La plej simpla priskribo de produktado de magnetaj kampoj uzas vektoran kalkulon.

En vakuo:

$\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0 \epsilon_0 \frac { \partial \mathbf{E}} {\partial t}$

$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$

kie

$\nabla \times$ estas la kirla operatoro,

$\nabla \cdot$ estas la diverĝenca operatoro,

$\mu_0 \$ estas magneta konstanto,

$\mathbf{J} \$ estas kurenta denseco,

$\partial \$ estas la parta derivaĵo,

$\epsilon_0 \$ estas la elektra konstanto,

$\mathbf{E} \$ estas la elektra kampo,

$t \$ estas tempo.

La unua ekvacio nomiĝas la Leĝo de Ampere kun la ĝustigo de Maxwell. La dua termino en tiu ĉi ekvacio (ĝustigo de Maxwell) malaperas en statikaj aŭ kvazaŭ-statikaj sistemoj. La dua ekvacio estas diraĵo de la konstato de ne-ekzisto de Magneta monoŝargo. Tiuj ĉi estas du el la Ekvacioj de Maxwell.

Ecoj

Maxwell faris multon por unuigi statikan elektro kaj magnetismo, produktante la aron de kvar ekvacioj rilatantaj la du kampoj. Tamen, laŭ la formulado de Maxwell, ankoraŭ restis du malsamajn kampojn priskribantajn du diferencajn fenomenojn. Estis Albert Einstein (Alberto Ejnstejno), kiu montris per uzo de speciala relativeco, ke la elektra kaj magneta kampoj estas du aspektoj de la sama afero, 2-ranga tensoro, kaj ke unu observato eble konstatas magnetan forton dum movanta observanto nur konstatas elektrostatikan forton. Tiel, uze de speciala relativeco, magnetaj fortoj estas manifestaĵoj de elektrostatikaj fortoj de ŝargoj movantaj kaj eble povas esti antaŭdirita de scio de la elektrostatikaj fortoj kaj la movado (relativa al iu observanto) de la ŝargoj.

Pensa eksperimento, kiu oni povas fari por montri tion ĉi, uzas du identajn infinitajn paralelajn liniojn de ŝargo senmovajn relate al la alia sed movajn rilate al observanto. Alia observanto movas apude de la du linioj de ŝargo (ĉe la sama rapido) kaj observas nur elektrostatikajn forpuŝajn fortojn kaj akcelon. La unua aŭ "senmova" observanto vidanta la du liniojn (kaj duan observanton) pretermovi kun sciata rapido ankaŭ observas, ke la horloĝo de la movanta observanto tiktakas pli malrapide (rezulte de tempo-dilato) kaj tiel observas la forpuŝan akcelon de la linioj pli malrapide ol tiu, kiu la "movanta" observanto vidas. La malpliiĝo de forpuŝa akcelo povas pripensiĝi kiel altira forto, en kunteksto de klasika fiziko, kiu reduktas la elektrostatika forpuŝa forto kaj kiu ankaŭ pliiĝas kun pliiĝa rapido. Tiu ĉi kvazaŭ-forto estas precize sama kiel la elektromagneta forto de klasika kunteksto.

Ŝanĝantaj magnetaj kampoj povas indukti elektran kampon kaj tiel induki elektran kurenton; similaj kurentoj povas indukiĝi per movado de konduktantoj en fiksitaj magnetaj kampoj. Tiuj ĉi fenomenoj estas la bazo de multaj magnetoelektraj generatoroj kaj elektraj motoroj.

Precize, la magneta kampo ne estas vektora kampo laŭ la formala difino; ĝi estas kvazaŭ-vektora kampo: ĝi akiras ekstran signan renverson sub malĝustaj rotacioj de la koordinata sistemo. (La distingo gravas, kiam oni uzas simetrio por analizi magnet-kampajn problemojn.) Tiu ĉi estas konsekvenco de la fakto, ke B rilatas al du veraj vektoroj tra la vektora produto (ekz. en la Leĝo Lorentz pri fortoj).

Ĉefaj formuloj por kalkuli elektran igon de magneta kampo

Elektra kurento faras magnetan kampon:

H = I / L

kie H - tensieco de magneto kampo; L - longo de firmita linio de magneto kampo; I - sumo de ĉiuj kurentoj fluantaj tra fenestro de la fermita linio de magneto kampo.

Magneto kampo havas ankaŭ induktecon B:

B = μ μ₀ H

kie μ - indukta relativa permeableco de medio, en kiu estas la kampo; μ₀ - indukta permeableco de vakuo.

Ŝanĝanta magneta kampo igas elektran tension E, se la kampo estas en fenestro de elektra cirkvito:

E = ∫ (dB / dt ) dS

kie S - areo de fenestro de la elektra cirkvito; t - tempo.

Vidu ankaŭ jenon:

• Elektromotoro
• Magneto
• Geofiziko
• Elektromagnetismo
• Kampo (fiziko)
• Magnetismo
• Leĝo de Biot-Savart
• Leĝo de Ampere
• Magneta heliceco
• elektromagneta kampo
• Elektra kampo
• Ekvacioj de Maxwell
• Bobeno Helmholtz
• Bobeno Maxwell