Magneti i magnetska indukcija

Magneti

Magneti su tvari koje su dipoli. To znači da svaki magnet ima dva pola: sjeverni (N) i južni (S) pol. Ne postoji magnetski monopol, tj. magnet koji ima samo sjeverni ili samo južni pol. Magneti koje možemo naći u prirodi su rude željeza (magnetit) i takve magnete zovemo prirodnim magnetima. S druge strane, postoje magneti koji su nastali pod nekim vanjskim utjecajem i takve magnete zovemo umjetnima. Umjetne magnete dijelimo na permanentne magnete koji zadržavaju magnetska svojstva i elektromagnete koji su privremeni magneti, tj. pokazuju magnetska svojstva samo dok je prisutan "električni podražaj".

Magnetsko polje štapićastog magneta

Magnetsko polje je prostor koji nastaje u blizini magneta i u kojemu se osjeti djelovanje magnetske sile. Magnetsko polje (kao i električno) opisujemo silnicama, zamišljenim linijama čija gustoća i smjer određuju magnetsko polje. Kao i kod električnog polja razlikujemo izvore i ponore magnetskog polja. Ulogu izvora (analogno pozitivnom naboju) ima sjeverni pol, a ulogu ponora (analogno negativnom naboju) ima južni pol magneta.

Jakost magnetskog polja opisujemo veličinom koju zovemo indukcija magnetskog polja. Označavamo ju slovom \(B\) i njegova je mjerna jedinca Tesla [T].

Međudjelovanje magneta

Kada približimo dva magneta oni se mogu odbijati ili privlačiti ovisno o orijentaciji njihovih polova.

Na prvoj slici približeni su različiti polovi dvaju magneta. Ta se dva magneta međusobno privlače. Ukoliko približimo istoimene polove ta će se dva magneta međusobno odbijati.

Ukoliko prepolovimo magnet on ne gubi magnetska svojstva već svaka polovica postaje novi magnet. Dva novonastala magneta imaju polove orijentirane na način da se u trenutku prepolavljanja ta dva nova magneta međusobno privlače.

Magnetsko polje zemlje

Planet Zemlja je također magnet. Za orijentaciju često koristimo kompas, uređaj koji ima magnetsku iglu. Magnetski polovi Zemlje ne podudaraju se s geografskim polovima Zemlje. Sjeverni pol magnetske igle kompasa privlači južni magnetski pol Zemlje i stoga je sjeverni geografski pol zapravo bliže južnom magnetskom polu dok se južni geografski pol poklapa sa sjevernim magnetskim polom. Vrijednost magnetske indukcije Zemljina polja iznosi oko \(5\cdot 10^{-5} \mathrm{T}\).

Magnetsko polje ravnog vodiča

Ravni vodič kojim teče struja \(I\) stvara oko sebe magnetsko polje indukcije \(B\). Jakost tog magnetskog polja opada udaljavanjem od toga vodiča i računamo ga po formuli:

Udaljenost od vodiča označavamo s \(r\), dok je \( (\mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}\)) konstanta koju nazivamo magnetska permeabilnost vakuuma. Kada se vodič nalazi u nekom sredstvu onda magnetsku permeabilnost vakuuma moramo pomnožiti s relativnom permeabilnosti sredstva \(\mu_r\). Relativna permeabilnost za vakuum iznosi 1.

Smjer magnetskog polja ravnog vodiča određujemo pravilom desne ruke: palac postavljamo u smjeru struje, a ostale prste zakrećemo oko vodiča i oni predstavljaju smjer magnetskog polja.

Magnetsko polje strujne petlje

Strujna petlju možemo zamisliti kao prsten kojim teče električna struja. Smjer električne struje kroz prsten može biti u smjeru kazaljke na satu ili suprotan smjeru gibanja kazaljke na satu (ako promatramo 2D). Kada želimo odrediti smjer magnetskog polja koje nastaje u sredini takve petlje, ponovno koristimo pravilo desne ruke, ali ovoga puta prste zakrećemo u smjeru struje kroz petlju, a palac tada pokazuje smjer magnetskog polja.

Iznos indukcije magnetskog polja u sredini prstena možemo izračunati po formuli:

Kao i kod ravnog vodiča, konstante \(\mu_0\) i \(\mu_r\) predstavljaju apsolutnu i relativnu permeabilnost, \(I\) je jakost struje koja teče petljom, a \(R\) je polumjer te petlje.

Magnetsko polje zavojnice

Zavojnica je element strujnog kruga spiralnog oblika i karakterizira ju veličina koju zovemo induktivitet \(L\). Mjerna jedinica induktiviteta je Henrij [H]. Induktivitet zavojnice ovisi o njenim geometrijskim svojstvima, a to su: površina presjeka jednog navoja \(S\), broj namotaja zavojnice \(N\), duljina zavojnice \(l\) te sredstvo unutar zavojnice \(\mu_r\).

Kada zavojnicom teče električna struja, unutar zavojnice se stvara magnetsko polje čiji smjer određujemo na isti način kao kod strujne petlje (dovoljno je promatrati prvi navoj), a iznos indukcije toga polja računamo po formuli: