Магнетно поле

Магнетно поле — механичко поле, кое се создава од честички со ненулев магнетен момент (на пример од магнетни момент на електроните во атомите на постојан магнет) или од промената во времето на електричното поле. Ова е една од двете компоненти на електромагнетното поле. Неговите главни одлики се неговата сила и насока, дефинирани од векторот на електромагнетната индукција, односно тоа е векторско поле. SI силата на магнетното поле се мери со тесли (ознака Т).

Шематски приказ на силовите линии кои одат од северниот магнетен пол (црвена боја) и влегуваат во јужниот магнетен пол (зелена боја). Во таа смисла условно Северниот Пол може да се смета како позитивен, а јужниот како негативен.

Сложената математика на магнетното поле на еден објект обично е претставена преку силови линии. Овие таканаречени линии се чиста математичка апстракција и не постојат физички. Сепак, растурен железен прав во близина на магнет формира слични на имагинарните линии и дава претстава за нивното располагање.

Магнетите дејствуваат еден на друг со сили. Електричната струја и во принцип на движење на вчитани честички создава магнетно поле. Магнетното поле на постојан магнет опстојува главно благодарение на електроните неповрзани во двојки. За да се создаде магнетно поле потребна е енергија која се ослободува кога полето се уништува. Електричните и магнетните полиња се неразделно поврзани. Промената во електричното поле создава магнетно поле и промените во магнетното поле создаваат електрична енергија. Ова се опишува со Максвеловите равенки. Од гледна точка на специјалната теорија на релативноста овие две полиња се всушност различна манифестација на ист предмет - електромагнетното поле. Од гледна точка на квантната механика тоа електромагнетно поле се создава од виртуелни фотон. Во некои едноставни случаи полето може да се утврди со Био-Саваровиот закон или од теорема за циркулацијата (во понатамошниот исто така Амперов закон). Во посложени случаи се бара како решение за Максвеловите равенки.

Ова магнетно поле се манифестира преку содејство врз магнетните моменти на честичките и телата, движејќи електрични вчитани честички. Силата, дејствувајќи врз движењето во магнетното поле се нарекува Лоренцова сила. Таа е пропорционална на наполнетоста на ова честичка и на векторско поле и брзината на движењете на ова честичка.

Магнетните полиња веќе долго време наоѓаат широка примена. Земјата има свое магнетно поле, што е важно за навигацијата, бидејќи Северниот Пол на компасите всушност е свртен кон јужниот магнетен пол на Земјата, кој се наоѓа во близина на северниот географски пол. Денес, ефектот на магнетните полиња е искористен во направи како електромоторите, трансформаторите, генераторите и многу други електрични уреди.

Историја

До XIX век

Едно од првите презентации на магнетно поле, Рене Декарт, 1644.

Иако магнетите и магнетизмот се познати од антиката, еден од првите описи на магнетното поле е она на францускиот деец Петар Перегрин од 1269 година, врз основа на сликата на која може да се види магнетното поле на сферичен магнет добиена по растурање на железен прав на рамна површина. Забележале дека линиите се собираат во две точки, тој ги нарекува овие точки „полови“ по аналогија со половите на Земјата. Три века подоцна, Вилијам Гилберт го образложил експериментот на Перегрин и прв тврдел дека Земјата е исто така еден огромен магнет. Се заложил за воведувањето на магнетизмот во науката, особено со делото De Magnete од 1600 г.

Едни од првите успешни описи и карти на магнетното поле се создадени во 1824 година од Симеон Дени Поасон. Тој претпоставува дека магнетизмот се должи на „магнетни полначи, кои можат да се привлекуваат или одбиваат“. Овој модел е сосем сличен на современиот модел од електростатиката, според кој електричните полиња се создаваат од позитивни и негативни електрични полначи. Овој модел правилно го предвидува дејството на северното поле кај постојаните магнети, силите меѓу нив, па дури и правилно ја пресметува енергијата која се содржи во магнетното поле. Моделот сепак има два важни недостатоци. Прво, магнетните полначи не постојат — ако располовиме еден магнет, не добиваме два одделни магнетни столбови, туку се добиваат два нови двополови магнети. Второ, моделот не може да ја објасни врската помеѓу струјата и магнетот.

Современа теорија на магнетизмот

Основите на современата теорија на магнетизмот се составени од неколку револуционерни откритија од пред 1820 година. Ханс Кристијан Оерстед открива дека електричната струја, која тече низ кабел може да генерира магнетно поле околу него. Андре Мари Ампер покажува дека две паралелни жици, по кои тече струја во еден и ист правец се привлекуваа. И на крај, Жан Батист Био и Феликс Савар ги откриваат закони на Био-Савар, кое го претскажува магнетното поле околу проводник по кој тече струjа.

Hans Christian Ørsted, Der Geist in der Natur, 1854

Во 1825 година Ампер ги дополнува откритијата со својот Амперов закон, кои го втемелуваат електромагнетизмот во науката. Во 1831 година Мајкл Фарадеј покажува дека спротивното е исто така точно, односно магнетното поле создава електрично поле и на тој начин ја докажал тесната врска меѓу електрична енергија и магнетизмот.

Помеѓу 1861 и 1865 година, Џејмс Кларк Максвел ги објавил неговите Максвелови равенки, која заедно ги опфаќа и струјата и магнетизмот. Овие равенки првпат ги објавува во делото „За физичките силови линии“ (1861). Овој збир равенки е нецелосен, додека крајната верзија е објавена во 1865 г. со наслов „Динамичка теорија на магнетното поле“ и покажува дека светлината е електромагнетен бран. Овој факт е потврден експериментално од страна на Хајнрих Херц во 1887 година.

Во XX век, теоријата е проширена и обработена. Алберт Ајнштајн, во својата статија во 1905 година за релативноста покажува дека електричното и магнетното поле се отелотворение на една иста појава, гледано од различни почетни координативни системи. Квантната теорија ги дава и основите на квантната електродинамика.

B и H

Поимот „магнетно поле“ се однесува на две различни векторска полиња, означени со H и B. Величината ${H}$ се нарекува „напон на магнетното поле“. Историски, „магнетно поле“ се однесува на H, додека ${B}$ се нарекува магнетна индукција. Магнетна индукција B претставува основна одлика на магнетното поле, бидејќи токму таа ја одредува делотворната сила на полнежот, а исто така бидејќи B и E се составни делови на истиот тензор на електромагнетното поле. Покрај тоа, еден тензор се здружуваат износите H и D (електрична индукција). Поделбата на електромагнетното поле на магнетно и електрично е сосема условно и зависи од изборот на почетниот систем. Единиците во кои се мери големината B во СИ се амер (Т), додека H се мери во ампер-метар (А/m).

Магнетното поле на постојани магнети

Обликот на магнетните силови линии е претставен преку поставеноста на одделните честички на железен прав, кои се ориентираат по овие линии. Честички се расфрлани на лист хартија, ставена на постојан магнет. Опитот е во изведба на проф. Оливер Зајков. Институт за физика, ПМФ, Скопје

Според современите претстави, секое заемодејство се врши преку „поле“. Постојат различни видови на полиња и нивното изучување зазема централно место во современата физика.

Англискиот физичар Мајкл Фарадеј прв дошол до заклучок дека постојаните магнети содејствуваат преку нивните полиња. Секој магнет е извор на магнетното поле што го исполнува просторот околу него и му дава нови својства. Овие својства се изразуваат на пример со тоа што на секој друг магнет, поставен во полето, дејствува одредена сила. Магнетното поле на Земјата дејствува на стрелката на компасот со сили, кои ја вртат во насока север-југ. На овој начин магнетните сили дејствуваат од далечина, а тие произлегуваат од полето на местото каде што се наоѓа магнетна стрелка и се спроведени врз неа.

Магнетното поле како тема во уметноста

• „Магнетни полиња“ - поетска збирка на француските писатели Андре Бретон и Филип Супо од 1919 година.

Галерија

• Магнетно поле на прав спроводник
• Магнетно поле на соленоид

Поврзано

• Земјино магнетно поле
• Холов ефект

Надворешни врски

• Магнетни полиња Архивирано на 3 јуни 2011 г.
• Магнетно поле Архивирано на 9 јули 2006 г.
• Како изгледаат магнетните полиња Архивирано на 19 февруари 2011 г.