Charakteristickým rysem každého fyzikálního pole je silové působení. V gravitačním poli na sebe každá dvě tělesa působí gravitační silou, v elektrickém poli na sebe vzájemně nabité částice působí elektrickou silou.
loca
Magnetickou silou na sebe působí magnety, vodiče s proudem, pohybující se nabité částice.
Magnetická síla
Vektorová fyzikální veličina
Značka: $ \vec{F_m}$
Jednotka: N
Umístíme-li vodič mezi póly magnetu a necháme jím procházet elektrický proud, vodič se vychýlí. Znamená to, že na vodič působí magnetická síla. Změníme-li směr proudu ve vodiči, vodič se vychýlí opačným směrem.
Velikost magnetické síly, která působí na vodič o délce l, kterým protéká proud I a který svírá s magnetickými indukčními čarami úhel α, spočítáme:
$$ F_m = B \cdot I \cdot l \cdot sin \alpha $$
Kde $ \vec{B} $ je magnetická indukce a α je úhel, který svírá vektor magnetické indukce se směrem elektrického proudu ve vodiči.
Magnetická indukce
Vektorová fyzikální veličina
Značka: $ \vec{B} $
Jednotka: T
Směr: tečna k indukční čáře (směr severního pólu magnetky)
Vyjádřete jednotku Tesla pomocí základních jednotek soustavy SI.
Magnetická indukce Země na povrchu je B = 10-5 T. Velikost magnetické indukce v blízkosti permanentních magnetů je přibližně 10-2 T až 10-1 T.
Výpočet magnetické indukce:
Permeabilita prostředí
skalární fyzikální veličina
Značka: µ
Jednotka: $ N \cdot A^{-2} $
Výpočet: $ µ = µ_0 . µ_r $
Permeabilita prostředí charakterizuje látku z hlediska působení magnetického pole a je dána součinem permeability vakua $ µ_0 \, (1,25 \cdot 10^{-6} H \cdot m^{-1}) $ a relativní permeability $ µ_r $.
Určete velikost a směr magnetické indukce magnetického pole ve vakuu ve vzdálenosti $ 2 \cdot 10^{-2} m $ od velmi dlouhého vodiče, kterým prochází proud 5 A.
Směr síly určujeme pomocí Flemingova pravidla levé ruky.
Flemingovo pravidlo levé ruky
Položíme-li otevřenou levou ruku k vodiči tak, aby prsty ukazovaly směr proudu a magnetické indukční čáry vstupovaly do dlaně, ukazuje odchýlený palec směr magnetické síly.
Největší magnetická síla působí na vodič kolmý k magnetickým indukčním čarám. Jestliže vodič svírá s magnetickými indukčními čarami úhel menší než 90°, je magnetická síla působící na vodič vždy menší. V případě, že vodič je umístěn rovnoběžně s magnetickými indukčními čarami, nepůsobí na něj magnetická síla (Fm = 0N).
Je umístěn kolmo k magnetickým indukčním čarám
Svírá s magnetickými indukčními čarami úhel $ 60^{\circ} $
Je umístěn rovnoběžně s magnetickými indukčními čarami
Magnetická síla nevzniká jen v případě, kdy je vodič s proudem v blízkosti magnetu, ale také pokud je v blízkosti jiného vodiče s proudem. Tyto vodiče na sebe magnetickými poli působí tak, že se přitahují nebo odpuzují v závislosti na směru proudu ve vodičích. Pro jednoduchost uvažujme dva rovnoběžné vodiče.
Zjistíme, kdy se vodiče přitahují a kdy odpuzují. Nejprve použijeme Ampérovo pravidlo pravé ruky a zakreslíme magnetické indukční čáry v okolí vodičů. Poté pomocí Flemingova pravidla levé ruky zjistíme směr magnetické síly.
Velikost magnetické síly dvou vodičů s proudem je tím větší, čím větší jsou proudy protékající vodiči a délka vodičů a čím menší je vzájemná vzdálenost vodičů.
$$ F_m = \frac{μ}{2π} \cdot \frac{I_1 \cdot I_2 \cdot l}{d} $$
Vypočítejte, jakou silou na sebe působí dva rovnoběžné vodiče, jimiž procházejí stejně velké proudy 300 A, jestliže jsou od sebe vzdáleny 5 cm a jejich délka je 50 m.
Pracovní list: magnetická síla