Kampo (magneto)

El Vikipedio

En fiziko, magneta kampo estas ento produktita de movantaj elektraj ŝargoj (elektra kurento) kiuj efikas forton al aliaj movantaj ŝargoj. (La kvantummekanika spino de partiklo produktas magnetaj kampoj kaj estas efikata de ili kvazaŭ ĝi estus kurento; tio ĉi donas konton pri la kampoj produktitaj de "konstantaj" feromagnetoj.)

Magneta kampo estas vektora kampo: ĝi asocias kun ĉiu punkto en spaco vektoron kiu eble varias tempe. La direkto de la kampo estas estas ekvilibra direkto de kompasa nadlo lokita en la kampo.

Magneta kampo kutime signiĝas de la simbolo $\mathbf{B} \$ . Historie $\mathbf{B} \$ nomiĝis magnet-fluksa denseco aŭ la magneta indukto, kaj $\mathbf{H} = \mathbf{B} / \mu \$ nomiĝis magneta kampo(aŭ magnet-kampa forteco), kaj tiu ĉi terminologio estas ankoraŭ uzata por apartigi la du terminojn en la kunteksto de magnetaj materialoj(ne-bagatela permeableco μ). Alifoje, tamen, tiu ĉi malsameco ignoriĝas kaj ambaŭ simboloj referiĝas kiel la magneta kampo. (Kelkaj verkistoj nomas H la rezerva magneta kampo.) En SI unitoj, $\mathbf{B} \$ kaj $\mathbf{H} \$ mezuriĝas en tesloj (T) kaj amperoj/metro (A/m), respektive; aŭ, en cgs unitoj, en gaŭsoj (G)kaj orstedoj (oe), respektive.

[redaktu] Formala Difino

Kiel la elektra kampo, oni povas difini la magnetan kampon per la forto kiu ĝi produktas. En SI unitoj tio ĉi estas:

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

kie

F estas la forto producktita, mezurita en neŭtonoj

$\times \$ indikas vektora produto

$q \$ estas elektra ŝarĝanco, mezurita kiel kulomboj

$\mathbf{v} \$ estas rapido, mezurita kiel metroj/sekundo

B estas la magnet-fluksa densceco, mezurita kiel tesloj

Tiu ĉi leĝo nomiĝas La Leĝo Lorentz pri Fortoj. La plej simpla priskribo de produktado de magnetaj kampoj uzas vektora kalkuluso.

En vakuo:

$\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0 \epsilon_0 \frac { \partial \mathbf{E}} {\partial t}$

$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$

kie

$\nabla \times$ estas la curl operatoro

$\nabla \cdot$ estas la diverĝence operatoro

$\mu_0 \$ estas magneta konstanto

$\mathbf{J} \$ estas kurenta denseco

$\partial \$ estas la parta derivaĵo

$\epsilon_0 \$ estas la elektra konstanto

$\mathbf{E} \$ estas la elektra kampo

$t \$ estas tempo

La unua ekvacio nomiĝas la Leĝo Ampere kun la ĝustigo de Maxwell. La dua termino en tiu ĉi ekvacio (ĝustigo de Maxwell) malaperas en statikaj aŭ kvazaŭ-statikaj sistemoj. La dua ekvacio estas diraĵo de la konstato de ne-ekzisto de Magneta monoŝargo. Tiuj ĉi estas du el la Ekvacioj de Maxwell.

[redaktu] Ecoj

Maxwell faris multon pur unuigi statikan elektro kaj magnetismo, produktante la aron de kvar ekvacioj rilatantaj la du kampoj. Tamen, laŭ la formulado de Maxwell, ankoraŭ restis du malsamajn kampojn priskribantajn du diferencajn fenomenojn. Estis Alberto Ejnstejno kiu montris per uzo de speciala relativeco, ke la elektra kaj magneta kampoj estas du aspektoj de la sama afero, 2-ranga tensoro, kaj ke unu observato eble konstatas magnetan forton dum movanta observanto nur konstatas elektrostatikan forton. Tiel, uze de speciala relativeco, magnetaj fortoj estas manifestaĵoj de elektrostatikaj fortoj de ŝargoj movantaj kaj eble povas esti antaŭdirita de scio de la elektrostatikaj fortoj kaj la movado (relativa al iu observanto) de la ŝargoj.

Pensa eksperimento, kiu oni povas fari por montri tion ĉi, uzas du identajn infinitajn paralelajn liniojn de ŝargo senmovajn relate al la alia sed movajn rilate al observanto. Alia observanto movas apude de la du linioj de ŝargo (ĉe la sama rapido) kaj observas nur elektrostatikajn forpuŝajn fortojn kaj akcelon. La unua aŭ "senmova" oservanto vidanta la du liniojn (kaj duan observanton) pretermovi kun sciata rapido ankaŭ observas ke la horloĝo de la movanta observanto tiktakas pli malrapide (rezulte de tempo-dilato) kaj tiel observas la forpuŝan akcelon de la linioj pli malrapide ol tiu kiu la "movanta" observanto vidas. La malpliiĝo de forpuŝa akcelo povas pripensiĝi kiel altira forto, en kunteksto de klasika fiziko, kiu reduktas la elektrostatika forpuŝa forto kaj kiu ankaŭ pliiĝas kun pliiĝa rapido. Tiu ĉi kvazaŭ-forto estas precize sama kiel la elektromagneta forto de klasika kunteksto.

Ŝanĝantaj magnetaj kampoj, laŭ la Leĝo Faraday, povas indukti elektran kampon kaj tiel induki elektran kurenton; similaj kurentoj povas indukiĝi per movado de konduktantoj en fiksitaj magnetaj kampoj. Tiuj ĉi fenomenoj estas la bazo de multaj magnetoelektraj generatoroj kaj elektraj motoroj.

Precize, la magneta kampo ne estas vektora kampo laŭ la formala difino; ĝi estas kvazaŭ-vektora kampo: ĝi akiras ekstran signan renveson sub malĝustaj rotacioj de la koordinata sistemo. (La distingo gravas kiam oni uzas simetrio por analizi magnet-kampajn problemojn.) Tiu ĉi estas konsekvenco de la fakto ke B rilatas al du veraj vektoroj tra la vektora produto. (ekz. en la Leĝo Lorentz pri fortoj).

[redaktu] Ĉefaj formuloj por kalkuli elektran igon de magneta kampo

Elektra kurento faras magnetan kampon:

H = I / L

kie H - tensieco de magneto kampo; L - longo de firmita linio de magneto kampo; I - sumo de ĉiuj kurentoj fluantaj tra fenestro de la fermita linio de magneto kampo.

Magneto kampo havas ankaŭ induktecon B:

B = μ μ₀ H

kie μ - (relativa) indukta permeableco de medio, en kiu estas la kampo; μ₀ - indukta permeableco de vakuo.

Ŝanĝanta magneta kampo igas elektran tension E, se la kampo estas en fenestro de elektra cirkvito:

E = ∫ (dB / dt ) dS

kie S - areo de fenestro de la elektra cirkvito; t - tempo.