Fysiikka 7 Sähkömagnetismi
Magneetti Aineen magneettiset ominaisuudet ovat seurausta atomiydintä kiertävistä elektroneista (ytimen kiertäminen ja spin). Magneettinen vuorovaikutus Etävuorovaikutus Magneetilla on aina kaksi kohtiota eli se on dipoli Samannimiset kohtiot hylkivät toisiaan, erinimiset vetävät toisiaan puoleensa
Magneettikenttä Magneetin vaikutusta kuvaa magneettikenttä, joka voidaan esittää kenttäviivojen avulla Kenttäviivat ovat suljettuja käyriä, jotka piirretään magneetin ulkopuolella pohjoiskohtiosta (N) eteläkohtioon (S) Homogeenisessä magneettikentässä kenttäviivat on ovat yhdensuuntaisia ja yhtä kaukana toisistaan
Magneettivuon tiheys തB ja permeabiliteetti μ Magneettivuon tiheys kuvaa magneettikentän voimakkuutta ja suuntaa. തB: n SI-yksikkö: [ തB] = 1 T (tesla) Permeabiliteetti μ kuvaa aineen magneettista käyttäytymistä. Suhteellinen permeabiliteetti on r 0 μ = aineen permeabiliteetti μ 0 = 4π 10 7 Vs/(Am) = tyhjiön permeabiliteetti
Ferromagneettinen aine Esimerkiksi rauta, koboltti ja nikkeli Sisältää alkeismagneettien muodostamia alkeisalueita Magnetoituu magneettikentässä Poistettaessa ulkoinen magneettikenttä, voi jäädä pysyvästi magneettiseksi (magneettisesti kova aine) tai menettää magneettisuutensa (magneettisesti pehmeä aine) Vahvistaa voimakkaasti ulkoista magneettikenttää (μ r 1) Menettää magneettisuutensa ns. Curie-lämpötilassa (esim. raudalle 770 C)
Paramagneettinen aine Esimerkiksi alumiini, platina ja happi Vahvistaa vähän ulkoista magneettikenttää (μ r 1) Heikosti magneettinen
Diamagneettinen aine Esimerkiksi grafiitti, kupari, vesi ja ruokasuola Ei magneettisuutta ilman ulkoista magneettikenttää vastustaa ulkoista kenttää (μ r 1) Vaikutus ulkoiseen kenttään (yleensä) vähäinen
Varattu hiukkanen magneettikentässä Kohtisuorasti magneettikenttää vastaan liikkuvaan varattuun hiukkaseen kohdistuu voima, joka on suuruudeltaan F m qvb q = varauksen itseisarvo v = varatun kappaleen vauhti B = magneettivuon tiheyden suuruus Magneettisen voiman suunta määräytyy oikean käden säännön mukaan
Oikean käden sääntö Positiivisen varauksen liikesuunta Voiman suunta Magneettikentän suunta
Syklotroni eli hiukkaskiihdytin ja massaspektrometri Vesa Maaselän video syklotronista: https://www.youtube.com/watch?v=hu4sk3bods8 Vesa Maaselän video massaspektrometriasta: https://www.youtube.com/watch?v=fo_aeduhovy
Virtajohdin magneettikentässä Sähkövirta synnyttää johtimen ympärille magneettikentän. Kokeellinen havainto: magneettivuon tiheyden suuruus on kääntäen verrannollinen etäisyyteen johtimesta (eli B~ 1 r ). Oikean käden sääntö
Biot n ja Savartin laki Suoran johtimen synnyttämän magneettivuon tiheyden suuruus on B I 0 2 r μ 0 = tyhjiön permeabiliteetti I = johtimessa kulkevan virran suuruus r = etäisyys johtimesta
Johdin magneettikentässä Johtimen suhteen kohtisuora ulkoinen magneettikenttä kohdistaa siihen voiman, jonka suuruus on F m IlB I = virta johtimessa l = johtimen pituus B = magneettivuon tiheyden suuruus Huom! Kuvan mukaisessa tilanteessa, jossa johdin ei ole kohtisuorasti magneettivuon tiheyttä vastaan, saa voima muodon F m Il sin B α = johtimen ja magn.vuon välinen kulma Voiman suunta saadaan kuten varatun hiukkasen tapauksessa (virran suunta = positiivisen varauksen liikesuunta )
Yhdensuuntaiset virtajohtimet Vetävät toisiaan puoleensa, jos virrat yhdensuuntaiset Hylkivät toisiaan, jos virrat vastakkaiset
Käämin magneettikenttä Käämi saadaan kun virtajohdin kierretään silmukoille Käämin luoma magneettikenttä saadaan kuvan mukaisesti oikean käden säännöstä Peukalo osoittaa pohjoisnavan suuntaan N Sormet osoittavat virran suuntaan I
Käämi magneettikentässä Magneettikentässä olevaan käämiin kohdistuva momentti on M NIABsin N = Käämin kierrosten/silmukoiden määrä I = Virran suuruus käämissä A = Yhden silmukan poikkipinta-ala B = Ulkoisen magneettikentän magn. vuon tiheyden suuruus α = Silmukan tason normaalin ja magneettikentän välinen kulma