Најважније из лекције
Електрична струја и магнетизам: Свако наелектрисање у покрету ствара магнетно поље (Ерстедов оглед).
Праволинијски проводник: Магнетне линије су концентричне кружнице. Смер се одређује правилом десне руке (палац = смер струје \(I\), прсти = линије магнетног поља \(\vec{B}\)).
Соленоид: Намотаји стварају јако и хомогено магнетно поље унутар завојнице. Смер се одређује правилом десне руке (прсти = струја \(I\), палац = северни магнетни пол \(N\)).
Електромагнет: Соленоид са гвозденим језгром. Делује само док струја тече, лако се контролише и налази широку примену у индустрији и технологији (звоно, дизалица, мотор).
Праволинијски проводник: Магнетне линије су концентричне кружнице. Смер се одређује правилом десне руке (палац = смер струје \(I\), прсти = линије магнетног поља \(\vec{B}\)).
Соленоид: Намотаји стварају јако и хомогено магнетно поље унутар завојнице. Смер се одређује правилом десне руке (прсти = струја \(I\), палац = северни магнетни пол \(N\)).
Електромагнет: Соленоид са гвозденим језгром. Делује само док струја тече, лако се контролише и налази широку примену у индустрији и технологији (звоно, дизалица, мотор).
Електрична струја (усмерено кретање наелектрисаних честица) ствара магнетно поље у простору око проводника.
Дански физичар Ханс Кристијан Ерстед је 1820. године открио да се магнетна игла постављена у близини проводника креће и поставља нормално на проводник када кроз њега потече струја. Променом смера струје, магнетна игла се окреће за \(180^\circ\).
Извор магнетног поља су увек наелектрисања у кретању (у металним проводницима то су слободни електрони).
Шта доказује Ерстедов оглед?
Ерстедов оглед представља први доказ непосредне повезаности електричних и магнетних појава – доказује да проводник кроз који протиче електрична струја ствара магнетно поље.
Линије магнетног поља око праволинијског струјног проводника имају облик концентричних кружница које леже у равнима нормалним на проводник, са центром на самом проводнику.
Како се удаљеност од проводника повећава, магнетне линије постају све ређе, што значи да интензитет магнетне индукције \(\vec{B}\) опада. Правац вектора \(\vec{B}\) у било којој тачки поклапа се са тангентом на кружну линију поља.
Правило десне руке за праволинијски проводник: Ако десном шаком обухватимо проводник тако да испружени палац показује смер протицања струје, савијени прсти показују смер линија магнетног поља.
Ако струја кроз вертикални проводник тече од таванице ка поду, у ком смеру су усмерене линије магнетног поља посматрано одозго?
Применом правила десне руке: када палац усмеримо надоле (у смеру струје), савијени прсти десне руке показују смер кретања казаљке на сату. Дакле, линије магнетног поља су усмерене у смеру казаљке на сату.
Савијањем проводника у кружни облик (навојак) концентрише се и појачава магнетно поље. Једна страна кружног проводника понаша се као северни (\(N\)), а друга као јужни (\(S\)) магнетни пол.
Соленоид (завојница) је спирално увијени проводник са већим бројем кружних навојака.
Магнетно поље унутар соленоида је хомогено – линије поља су међусобно паралелне и једнако размакнуте, а магнетна индукција \(\vec{B}\) има исту јачину, правац и смер у свакој тачки. Вектор магнетне индукције унутар соленоида значајно је већи него код појединачног навојка.
Правило десне руке за соленоид: Ако савијене прсте десне руке поставимо у смеру протицања струје кроз навојке, испружени палац показује смер линија магнетног поља унутар соленоида, односно показује положај северног магнетног пола (\(N\)).
Електромагнет је соленоид у чију је унутрашњост постављено језгро од меког гвожђа, које поседује магнетна својства само док кроз намотаје протиче електрична струја.
Гвоздено језгро вишеструко појачава магнетно поље соленоида. Након искључивања струје, магнетно дејство готово тренутно престаје, због чега је електромагнет привремени магнет.
Предности и примена: Магнетна сила електромагнета се може лако контролисати (укључивати/искључивати и појачавати променом јачине струје или броја навојака). Због тога се користи у:
- Електромагнетним дизалицама (за пренос гвозденог отпада),
- Електричним звонима,
- Електромоторима и генераторима,
- Релејима и аутоматским прекидачима.
Притиском на тастер струја пролази кроз соленоид, електромагнет привлачи гвоздену котву с чекићем који удара о звоно. Тим покретом се прекида контакт у струјном колу, магнетно поље нестаје, опруга враћа чекић назад, коло се поново затвара и процес се циклучно понавља све док се држи тастер.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Зашто се електромагнет назива привременим, а не сталним магнетом?
Електромагнет испољава магнетна својства искључиво док кроз његове намотаје протиче електрична струја. Када се струјно коло прекине, магнетно поље нестаје, за разлику од сталних магнета који трајно задржавају магнетизам.
Задатак 2 (средњи): На које све начине можемо појачати магнетно дејство соленоида?
Магнетно дејство соленоида може се појачати:
- Повећањем јачине електричне струје која протиче кроз навојке,
- Повећањем броја навојака (густине намотаја),
- Убацивањем гвозденог језгра у унутрашњост соленоида.
Задатак 3 (средњи): Кроз хоризонталан проводник струја тече од запада ка истоку. У ком смеру делује магнетно поље у тачки која се налази тачно изнад проводника?
Примењујемо правило десне руке за праволинијски проводник:
1. Испружени палац десне руке усмеримо ка истоку (смер струје).
2. Прсти који обухватају проводник изнад њега излазе из равни и показују према северу (ка посматрачу / ка северу).
Одговор: Магнетно поље у тачки изнад проводника усмерено је ка северу.
1. Испружени палац десне руке усмеримо ка истоку (смер струје).
2. Прсти који обухватају проводник изнад њега излазе из равни и показују према северу (ка посматрачу / ка северу).
Одговор: Магнетно поље у тачки изнад проводника усмерено је ка северу.
Задатак 4 (тежак): Соленоид је постављен дуж осе исток–запад. Када се укључи струја, утврђено је да је на источном крају соленоида настао јужни магнетни пол (\(S\)), а на западном северни магнетни пол (\(N\)).
а) Како су усмерене линије магнетног поља унутар соленоида?
б) Како струја обилази навојке када се соленоид посматра са источне стране (у смеру казаљке на сату или супротно)?
а) Како су усмерене линије магнетног поља унутар соленоида?
б) Како струја обилази навојке када се соленоид посматра са источне стране (у смеру казаљке на сату или супротно)?
а) Унутар соленоида линије магнетног поља иду од јужног ка северном полу, што значи да су унутар соленоида усмерене од истока ка западу (ка \(N\) полу).
б) На источном крају се налази јужни магнетни пол (\(S\)). Према правилу десне руке (или правилу магнетних полова), на полу \(S\) линије поља улазе у соленоид. Посматрано са источне стране, палац показује унутар соленоида (од нас), па савијени прсти показују смер у смеру казаљке на сату.
б) На источном крају се налази јужни магнетни пол (\(S\)). Према правилу десне руке (или правилу магнетних полова), на полу \(S\) линије поља улазе у соленоид. Посматрано са источне стране, палац показује унутар соленоида (од нас), па савијени прсти показују смер у смеру казаљке на сату.
