Pole magnetyczne - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy pojęcia z zakresu fizyki. Zapoznaj się również z: Pola magnetyczne (literatura).

Linie pola magnetycznego (uzyskane za pomocą opiłków ferromagnetycznego żelaza) dookoła magnesu sztabkowego

Wiązka elektronów poruszających się po orbicie kołowej w stałym polu magnetycznym

Pole magnetyczne — stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

Materiał magnetyczny jest to materiał wykazujący własności magnetyczne. Generalnie, wszystkie pierwiastki chemiczne i wszystkie ich związki chemiczne wykazują pewne własności magnetyczne (zobacz tabela pierwiastków na dole strony).

Pole elektryczne – stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.

Własności pola magnetycznego

Pole magnetyczne jest polem wektorowym. Wielkościami fizycznymi używanymi do opisu pola magnetycznego są: indukcja magnetyczna B oraz natężenie pola magnetycznego H. Między tymi wielkościami zachodzi związek $\vec B = \mu \vec H$

gdzie μ – przenikalność magnetyczna ośrodka.

Obrazowo pole magnetyczne przedstawia się jako linie pola magnetycznego. Kierunek pola określa ustawienie igły magnetycznej lub obwodu, w którym płynie prąd elektryczny.

Pole elektromagnetyczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na obiekt fizyczny mający ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól: pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują równania Maxwella. Własności pola elektromagnetycznego, jego oddziaływanie z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.

Albert Einstein (wym. [ˈalbɐt ˈaɪ̯nʃtaɪ̯n] ?/i) (ur. 14 marca 1879 r. w Ulm w Niemczech, zm. 18 kwietnia 1955 r. w Princeton w USA) – jeden z największych fizyków-teoretyków XX wieku, twórca ogólnej i szczególnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej teorii światła, odkrywca emisji wymuszonej. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Opublikował ponad 450 prac, w tym ponad 300 naukowych. Wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki.

Pole magnetyczne kołowe jest to pole, którego linie układają się we współśrodkowe okręgi. Pole takie jest wytwarzane przez nieskończenie długi prostoliniowy przewodnik. Indukcja magnetyczna takiego pola maleje odwrotnie proporcjonalnie do odległości od przewodnika.

Pole magnetyczne definiuje się przez siłę, jaka działa na poruszający się ładunek w tym polu. W układzie SI siła ta wyraża się wzorem:

Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) – fundamentalna własność materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Oddziaływanie ładunku z polem elektromagnetycznym jest określone przez siłę Lorentza i jest jednym z oddziaływań podstawowych.

Równania Maxwella – cztery podstawowe równania elektrodynamiki klasycznej sformułowane przez Jamesa Clerka Maxwella. Opisują one właściwości pola elektrycznego i magnetycznego oraz zależności między tymi polami.

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

gdzie: $\vec{F}$ – siła działająca na ładunek, $\times \$ – symbol iloczynu wektorowego, q – ładunek elektryczny, $\vec{v} \$ – prędkość ładunku, $\vec{B}$ – wektor indukcji magnetycznej.

Wzór na siłę zapisany skalarnie ma postać: $F = qvB\sin\alpha\,$

gdzie α to kąt pomiędzy wektorem prędkości a indukcji magnetycznej.

Źródła pola magnetycznego

Stałe pole magnetyczne jest wywoływane przez ładunki elektryczne znajdujące się w ruchu jednostajnym. Dlatego też, przepływ prądu (który też jest ruchem ładunków elektrycznych) wytwarza pole magnetyczne. Ładunki poruszające się ruchem zmiennym (np. hamowane) powodują powstawanie zmiennego pola magnetycznego, które rozchodzi się jako fala elektromagnetyczna. Powstawanie pola magnetycznego na skutek przepływu prądu elektrycznego i innych ruchów ładunków elektrycznych opisuje prawo Biota-Savarta, oraz prawo Ampera, które w postaci uogólnionej wchodzą w skład równań Maxwella.

Zjawisko, fenomen (gr. phainomenon obserwowany) – pojęcie filozoficzne oznaczające to, co dane jest w poznaniu zmysłowym, a więc obrazy, dźwięki, zapachy, smaki itd.

W fizyce pole to przestrzenny rozkład pewnej wielkości fizycznej. Inaczej mówiąc – w przestrzeni określone jest pewne pole, jeżeli każdemu punktowi przestrzeni przypisano pewną wielkość.

Niektóre materiały magnetyczne, jak np. ferromagnetyki, wytwarzają stałe pole magnetyczne. Jest to spowodowane superpozycją orbitalnych momentów magnetycznych elektronów (w półklasycznym modelu Bohra przez orbitalny ruch obdarzonych ładunkiem elektrycznym elektronów wokół jądra). Zjawisko to jest dokładniej wyjaśnione w opisie magnetyzmu.

Prawo Biota-Savarta - jest to prawo stosowane w elektromagnetyzmie i dynamice płynów. Pozwala określić w dowolnym punkcie przestrzeni indukcję pola magnetycznego, której źródłem jest element przewodnika przez który płynie prąd elektryczny. Oryginalna wersja została sformułowana dla pola magnetycznego.

Pole wektorowe – funkcja, która każdemu punktowi przestrzeni przyporządkowuje pewną wielkość wektorową. Formalnie definicja pola wektorowego odwołuje się do teorii miary i teorii przestrzeni Hilberta.

Pole magnetyczne jest też wytwarzane przez zmienne pole elektryczne. Z kolei zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Takie wzajemnie indukowanie się pól zachodzi w fali elektromagnetycznej. Stałe w czasie pole magnetyczne nie wytwarza pola elektrycznego - wynika to wprost z równań Maxwella.

Pola magnetyczne, fr. Les champs magnétiques (występuje także pod błędnym tytułem Pole magnetyczne) – proza poetycka napisana przez André Bretona i Philippa Soupaulta w 1919 roku. Składa się z dwóch części: pierwsza to wiersz pt. Uczucia są bezinteresowne, druga – Bariery. Stanowi pierwszy utwór surrealistyczny; jest dialogiem.

W fizyce ferromagnetyk to ciało, które wykazuje własności ferromagnetyczne. Znajdują się w nim obszary stałego namagnesowania (tzw. domeny magnetyczne), wytwarzające wokół siebie pole magnetyczne (jak małe magnesy). Do ferromagnetyków należą m.in. żelazo, kobalt, nikiel i niektóre stopy oraz metale przejściowe z grupy żelaza i metale ziem rzadkich.

Pole magnetyczne jest bezźródłowe, co wyraża prawo Gaussa dla magnetyzmu. Wynika z niego, że linie pola magnetycznego tworzą zamknięte krzywe, nie zaczynają się, ani się nie kończą — inaczej niż w polu elektrycznym, gdzie linie pola elektrostatycznego wychodzą z ładunków dodatnich i zbiegają się w ładunkach ujemnych.

Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Oba pola indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Źródłem zmiennego pola elektromagnetycznego jest przyspieszający ładunek elektryczny. Najczęściej źródłem tego promieniowania jest ładunek wykonujący drgania.

Przenikalność magnetyczna jest to wielkość określająca zdolność danego materiału (ośrodka) do zmiany indukcji magnetycznej pod wpływem natężenia pola magnetycznego.

Pole magnetyczne jako konsekwencja szczególnej teorii względności

Pole magnetyczne, będące składnikiem pola elektromagnetycznego, jest różnie widziane w zależności od obserwatora. Wielkości pól elektrycznego i magnetycznego zależą od układu odniesienia obserwatora (transformata pola). Powstawanie pola magnetycznego w wyniku przepływu prądu (ruchu ładunków) można tłumaczyć jako konsekwencję skrócenia przestrzeni dla poruszających się ładunków (skrócenie Lorentza), skutkującego powstawaniem różnicy między ładunkami poruszającymi się i spoczywającymi. W efekcie tego pojawia się dodatkowa siła kulombowska pomiędzy tymi ładunkami. Pole magnetyczne jest nierozerwalnie związane z polem elektrycznym. Pole magnetyczne jest w istocie swego rodzaju "pomocniczym polem" w rozważaniach oddziaływań elektromagnetycznych. W rzeczywistości jest ono polem elektrycznym, pojawiającym się "dodatkowo" w odniesieniu do wzajemnie ruchomych ładunków jako konsekwencja szczególnej teorii względności Einsteina. Teoretycznie można by tak skonstruować prawa elektromagnetyzmu, by nie było w nich pola magnetycznego, jednak byłyby one niewygodne w użyciu.