Pole magnetyczne wokół magnesów sztabkowych
Pole magnetyczne to przestrzeń wokół magnesu (lub przewodnika z prądem), w której na inne magnesy, poruszające się ładunki elektryczne i materiały magnetyczne działają siły magnetyczne. Wielkością opisującą pole jest wektor indukcji magnetycznej \( \vec{B} \), którego jednostką w układzie SI jest tesla \( 1\,\mathrm{T} \).
Obraz pola przedstawiamy za pomocą linii pola magnetycznego. Na zewnątrz magnesu biegną one od bieguna północnego \( \mathrm{N} \) do południowego \( \mathrm{S} \), a wewnątrz magnesu — od \( \mathrm{S} \) do \( \mathrm{N} \). Linie pola magnetycznego są zawsze krzywymi zamkniętymi i nigdy się nie przecinają. Tam, gdzie linie przebiegają gęściej, wartość indukcji \( B \) jest większa.
Bieguny magnetyczne występują zawsze parami — każdy magnes jest dipolem magnetycznym. Rozcięcie magnesu na pół nie rozdziela biegunów: powstają dwa mniejsze magnesy, każdy z własną parą biegunów. Bieguny jednoimienne odpychają się, a różnoimienne przyciągają. W dużej odległości od magnesu wartość indukcji pola dipola maleje z odległością jak \( B \propto \dfrac{1}{r^3} \) — znacznie szybciej niż natężenie pola pojedynczego ładunku elektrycznego (\( E \propto \dfrac{1}{r^2} \)).
Ta symulacja jest dostępna w Premium
Uruchamiaj pomiary na żywo, buduj wykresy i analizuj błędy w pełnej, interaktywnej wersji.
Odblokuj w PremiumInstrukcja
Kliknij magnes, aby go zaznaczyć, a następnie przeciągaj go wskaźnikiem. Gdy obszar symulacji ma fokus, zaznaczony magnes przesuniesz klawiszami strzałek (z Shift — precyzyjnie), a kolejne magnesy zaznaczysz klawiszami PageUp/PageDown lub [/]. Suwaki zmieniają obrót i względną siłę zaznaczonego magnesu oraz gęstość rysowanego pola — w widoku linii jest to liczba linii na magnes, a w widoku wektorów gęstość siatki strzałek. Przyciski „Dodaj magnes” i „Usuń zaznaczony” pozwalają zestawić od 1 do 4 magnesów, a przełącznik widoku pokazuje pole jako linie albo jako siatkę wektorów. Najedź kursorem na obszar symulacji, aby w wybranym punkcie odczytać wartość i kierunek indukcji \( B \) (igiełka kompasowa przy kursorze ustawia się wzdłuż pola). Wartości \( B \) podawane są w jednostkach względnych modelu. W symulacji każdy magnes jest modelowany jako para „ładunków magnetycznych” umieszczonych na biegunach, a wypadkowe pole jest superpozycją pól wszystkich biegunów. Model opisuje pole na zewnątrz magnesów, dlatego rysowana jest tylko zewnętrzna część zamkniętych linii pola — odcinek biegnący wewnątrz magnesu (od \( \mathrm{S} \) do \( \mathrm{N} \)) nie jest pokazywany, a sonda nie działa wewnątrz magnesu i tuż przy biegunach.
Ćwiczenia
- Wybierz układ „1 magnes” i sprawdź na podstawie strzałek, że na zewnątrz magnesu linie pola biegną od bieguna \( \mathrm{N} \) do bieguna \( \mathrm{S} \).
- Porównaj układy „2 — przyciąganie” i „2 — odpychanie”. Jak wygląda obraz linii pola w obszarze między magnesami w obu przypadkach? Gdzie pole jest silne, a gdzie bliskie zeru?
- Najedź kursorem na punkt leżący na osi magnesu tuż przy biegunie, a potem oddalaj kursor wzdłuż osi. Obserwuj na odczycie sondy, jak szybko maleje wartość \( B \) — to skutek zależności \( B \propto \dfrac{1}{r^3} \).
- Obróć jeden z magnesów o 90° i obserwuj, jak zmienia się obraz linii pola. Przełącz widok na „Wektory pola” i sprawdź, czy kierunki wektorów zgadzają się z przebiegiem linii.
- W układzie „2 — odpychanie” znajdź za pomocą sondy punkt między magnesami, w którym pole jest bliskie zeru (punkt neutralny). Co dzieje się z tym punktem, gdy zwiększysz siłę jednego z magnesów?
© medianauka.pl, , A-5252/
