FIZIKA II. Az áram és a mágneses tér kapcsolata

Átírás

1 Az áram és a mágneses tér kapcsolata

2 Mágneses tér jellemzése: Mágneses térerősség: H (A/m) Mágneses indukció: B (T) B = μ 0 μ r H 2Seres.Istvan@gek.szie.hu

3 Sztatikus terek Elektrosztatikus tér: forrásos erőtér Magnetosztatikus tér: örvényes erőtér (az eltérés a mágnes belsejében van, ott visszafele mutat, örvény) Ok: nincs mágneses monopólus 3Seres.Istvan@gek.szie.hu

4 Magnetosztatikus tér: örvényes erőtér (az eltérés a mágnes belsejében van, ott visszafele mutat, örvény) Permanens mágnes mágneses tere: nehéz szabályozni Áram mágneses tere 4Seres.Istvan@gek.szie.hu

5 Áram mágneses tere Biot-Savart törvény: I ds áramelem mágneses tere egy tőle R vektornyira levő pontban: db = μ 0 4π I ds r r 3 ds I R db 5Seres.Istvan@gek.szie.hu

6 Körvezető mágneses tere Biot-Savart törvény: db = μ 0 4π B = db = I ds r r 3 μ 0 4π I ds r r 3 I ds R db Mivel ds merőleges R-re, így ds r = ds r, amiből: B = μ 0 4π I r 2 ds = μ 0 4π I r 2 2rπ = μ 0 2 I r 6Seres.Istvan@gek.szie.hu

7 Áram mágneses tere Gerjesztési törvény: Egy zárt görbe mentén a mágneses indukció vektor integrálja a görbe által határolt felületen átmenő eredő áramerősség 0 -szorosával egyezik meg. B ds = μ 0 ΣI Alkalmazás: hosszú egyenes vezető mágneses tere Tekercs mágneses tere I R 7Seres.Istvan@gek.szie.hu

8 Gerjesztési törvény B ds = μ 0 ΣI Hosszú egyenes vezető mágneses tere: Zárt görbe: kör B ds = B ds cos0 = I R B ds = B ds = B 2rπ = μ 0 I Innét átrendezve: B = μ 0 2π I r 8Seres.Istvan@gek.szie.hu

9 Áram mágneses tere Hosszú egyenes vezető mágneses tere: Jobbkéz szabály B = μ 0 2π I r I R 9Seres.Istvan@gek.szie.hu

10 Áram mágneses tere Gerjesztési törvény Egyenes tekercs mágneses tere ( a belsejében homogén mágneses tér): N I B = μ 0 μ r l Toroid mágneses tere: B = μ 0 μ r N I 2 r π 10 Seres.Istvan@gek.szie.hu

11 Lorentz erő: mágneses térben mozgó töltésre ható erő F = q v B nagysága: iránya: F = q v B sina F, v és B jobbsodrású koordináta-rendszert alkot. (jobbkéz szabály) Erő merőleges a sebességre! körmozgás?! 11 Seres.Istvan@gek.szie.hu

12 Lorentz erő kísérlet Közelítsünk mágnest a képcsöves tv képernyőjéhez Eltorzítja a képet, illetve a színes képek kiszínezi Magyarázat: mágneses tér eltéríti a mozgó elektronokat. 12 Seres.Istvan@gek.szie.hu

13 Lorentz erő: mágneses térben mozgó töltésre ható erő merőlegesen belőtt töltés (a=90º): egyenletes körmozgás F = q v B = ma cp = mv 2 /R v B R T mv qb 2R v a pályasugár. 2 m qb a periódusidő. 13 Seres.Istvan@gek.szie.hu

14 Lorentz erő ciklotron T 2 m qb Periódusidő független a sebességtől Egyszerű vezérlés! (állandó frekvenciájú polaritás váltás) - + X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X B X X X B Seres.Istvan@gek.szie.hu

15 Lorentz erő Térre merőleges irányban körmozgás: R mv sin qb a T 2 m qb v sina v a v cosa B Térrel párhuzamos irányban nincs erőkomponens: h = v cosa T Spirálpálya! 2 mv cos a h qb R h B 15 Seres.Istvan@gek.szie.hu

16 Lorentz erő sarki fény (aurora borealis, aurora australis) Hogy védi meg a mágneses tér a Földet a töltött részecskéktől 16 Seres.Istvan@gek.szie.hu

17 Lorentz erő sarki fény (aurora borealis, aurora australis) 17

18 Lorentz erő árammal átjárt vezetőre mágneses térben ható erő A mozgó töltésekre (elektronokra) ható Lorentz erők eredője. F B v F = l I x B F = l I B sina F, I, B jobbkéz szabály 18 Seres.Istvan@gek.szie.hu

19 árammal átjárt vezetőre mágneses térben ható erő Egyenáramú motor F a modellje I B R A tengellyel párhuzamos szakaszokra ható erők v forgatónyomatéka: A R M = 2 F R cos a M = 2 BIL R cos a M = B I A cos a, ahol A = L 2R a L B F 19 Seres.Istvan@gek.szie.hu I t