Magnetväli: erinevus redaktsioonide vahel

[[File:VFPt cylindrical magnet thumb.svg|thumb|250px|Ideaalse silindrilise [[magnet]]i magnetväli. S tähistab [[lõunapoolus]]t ja N [[põhjapoolus]]t]]

Kuna elektriväli '''E''' ümbritseb elektrilaengut, siis on mõistlik eeldada, et magnetväli '''B''' ümbritseb magnetlaengut. Ometigi magnetlaengute eksistentsi ei ole suudetud tõestada, kuigi osa teooriatest seda ennustab. Magnetvälja tekitamiseks on olemas aga kaks teist viisi. Esimene võimalus oleks kasutada liikuvaid laetud osakesi ([[elektrilaeng|elektrilaengu]] liigutamine), nagu näiteks [[elektrivool|elektrivoolu]] juhtmes, et valmistada [[elektromagnet|elektromagneteid]]. Teine võimalus on kasutada [[elementaarosake|elementaarosakesi]] nagu [[elektron|elektronid]], sest neil osakestel on seesmine võime tekitada enda ümber magnetvälja <ref group="nb">Spinnmagnetmoment tekib, kui elementaarosakesel on nii laeng kui ka nullist suurem spinn.</ref>. Teatud materjalides elektronide magnetväljad liituvad ja materjali ümbritsevas keskkonnas on olemas summaarne magnetväli. Sellise liitumise tulemusena tekib [[püsimagnet]]<ref>"Füüsika põhikursus" (David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker ''Füüsika Põhikursus. 2. köide'' Tartu, Eesti Füüsika Selts, 2012 lk 736 ISBN 9789985907894</ref>. [[Erirelatiivsusteooria]] kohaselt on elektri- ja magnetväli omavahel tihedalt seotud sama objekti erinevad aspektid. Seda objekti kirjeldab [[elektromagnetiline tensor]], kus elektri- ja magnetväljaks lahutamine sõltub vaatleja [[suhteline kiirus|suhtelisest kiiruseskiirusest]] ja laengust. [[kvantfüüsika|Kvantfüüsikas]] on elektromagnetväli kvanditud ja elektromagnetiline vastasmõju on footonite vahetamise tulemus.

Kuigi magnetid ja magentism olid teada juba varem, hakkas selle põhjalikum uurimine aastal 1269, kui Prantsuse teadlane [[Petrus Peregrinus de Maricourt]] kaardistas magnetvälja sfäärilise magneti pinnal kasutades raudnõelu <ref group="nb">Tema ''Epistola Petri Peregrini de Maricourt ad Sygerum de Foucaucourt Militem de Magnete'', mis on sageli lühendatud ''Epistola de magnete'', on dateeritud 1269 AD</ref>. Märgates, et vastava [[väljajoon]]ed ristusid kahes punktis, nimetas ta neid punkte ''[[poolus]]teks'' analoogselt [[Maa poolus]]tega. Peaaegu kolm sajandit hiljem imiteeris [[William Gilbert]] Colcheterist Petrus Peregrinuse tööd ja oli esimene, kes märkis selgesõnaliselt, et ka [[Maa (planeet)|Maa]] on [[magnet]]. <ref name="Whittaker">{{cite book |title= A History of the Theories of Aether and Electricity|last= Whittaker|first=E. T. |authorlink=E. T. Whittaker |year= 1951 |publisher= [[Dover Publications]]|isbn=0-486-26126-3 |page=34 |url=http://www.archive.org/details/historyoftheorie00whitrich |ref=harv}}</ref> 1600. aastal avaldatud Gilbert'i töö, "[[De Magnete]]", aitas kaasa magentismi kui teaduse loomisel.

Aastal 1750 märkis [[John Michell]], et magnetvälja poolused tõmbuvad ja lükkuvad pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga ([[pöördruutsõltuvus]]). <ref name="Whittaker">{{harvnb|Whittaker|1951|p=56}}</ref> [[Charles-Augustin de Coulomb]] kontrollis seda katseliselt 1785. aastal ja märkis selgesõnaliselt, et [[põhjapoolus|põhja-]] ja [[lõunapoolus]]eid ei saa lahutada.<ref name="Whittaker">{{harvnb|Whittaker|1951|p=59}}</ref> Tuginedes sellele poolusevahelistele jõule, [[Siméon-Denis Poisson]] (1781–1840) lõi esimese õnnestunud mudeli magnetväljast, mida ta tutvustas 1824. aastal.<ref name="Whittaker">{{harvnb|Whittaker|1951|p=64}}</ref> Selles mudelis on magnet '''H'''-väli tekitatud magnetpoooluste poolt ja magentism on tingitud väikeste põhja-lõuna poolustelõunapooluste paaride poolt.

Kolm avastust viisid magnetismi teadusharu loomiseni. Esiteks, 1819. aastal avastas [[Hans Christian Oersted]], et [[elektrivool]] tekitab seda ümbritseva magnetvälja. Edasi aastal 1820 näitas [[André-Marie Ampère]], et kaks paralleelset juhet, milles on samasuunaline elektrivool, tõmbuvad. Viimaks [[Jean-Baptiste Biot]] ja [[Félix Savart]] avastasid 1820. aastal [[Biot-Savart seadus|Biot-Savarti seaduse]], mis kujutab õigesti voolu all oleva juhtme ümber olevat magnetvälja.

Laiendades neid eksperimente, avaldas Ampère edukalt oma mudeli magnetismi kohta aastal 1825. Seal näitas ta elektrivoolu ja magnetite samaväärsust <ref name="Whittaker">{{harvnb|Whittaker|1951|p=88}}</ref>ja tegi ettepaneku, et magnetism on tingitud elektrivooluringi püsivast voolust mitte Poisson'i [[magnetilise dipooli]] mudelist<ref group="nb">Väljaspoolt on magnetlaengudipooli väli identne vooluringi mangetväljaga, kui mõlemad on küllaltki väiksed. Selle pärast erinevad need mudelid vaid magnetmaterjalisiseselt</ref>. Sellel on täiendav eelis seletamaks, miks magnetlaengut ei saa isoleerida. Lisaks tuletas Ampère nii [[Ampère'i jõud|Ampère jõu seaduse]], mis kirjeldab jõude kahe elektrivoolujuhtme vahel kui ka [[Ampère'i seadus]]e, mis nagu ka Biot-Savart'iSavarti seadys,seadus kirjeldab täpselt magnetvälja tekkimist ühtlase voolu korral. Selles töös võttis Ampère kasutusele mõiste [[elektrodünaamika]], et kirjeldada elektri ja [[magnetism]]i vahelisi seoseid.

1850. aastal eristas [[Lord Kelvin]], sel ajal tuntud kui William Thomson, kahte magnetvälja, mida nüüd tähistatakse '''H''' ja '''B'''-ga. Esimene rakendub Poisson'i mudelile ja teine Ampère'i ja induktsiooni mudelile. <ref name="Whittaker">{{harvnb|Whittaker|1951|p=244}}</ref> Veel enamgi, ta tuletas, kuidas '''H''' ja '''B''' omavahel seotud on.

Kuigi kaudselt oli Ampère'i jõu seaduses magnetvälja tekitatud jõud liikuval elektrilaengul vale ja mitte kuigi detailselt seletatud, siis 1892. aastal parandas [[Hendrik Lorentz]] selle tuginedes Maxwell'i võrranditele.<ref name="Whittaker">{{harvnb|Whittaker|1951|p=422}}</ref> Sellega sai viimane tükk [[klassikaline elektrodünaamika|klassikalise elektrodünaamika]] teooria puslesse lisatud.

:'''B''' on magnetiline induktsioon ([[tesla]]des), on defineeritud kui vektorväli, mida on vaja, et Lorentzi jõud kirjeldaks õigesti laetud osakese liikumist. <ref name="purcell">{{cite book|author=Purcell, E.|title=Electricity and Magnetism|pages=173&ndash;4|year=2011|edition=2nd|publisher=Cambridge University Press|isbn=1107013607}}</ref>

[[SI-süsteemi ühikud|SI ühikutes]] on '''B''' mõõdetav [[tesla|teslades]] (sümbol T) ja vastav [[magnetvoog]] Φ_''B'' on mõõdetav [[Veeber|veeberites]] (sümbol Wb), nii et voo 1&nbsp;Wb/m² tihedus on 1&nbsp; teslat. SI ühik tesla on võrdne [[njuuton|njuuton]]*[[sekund]]/[[kulon]]*[[meeter]] (N*s/C*m)<ref group="nb"> See on nähtav Lorentzi jõu seaduse mangetosast ''F'' = ''qvB''sinθ</ref>. [[CGS-süsteem]]is mõõdetakse '''B''' [[gauss]]ides (sümbol G) (konverteerimine on 1 T = 1000010 000 G). '''H'''-välja mõõdetakse [[amper|amprites]] [[meeter|meetri]] kohta (A/m) SI ühikutes ja [[örsted]]ides (Oe) CGS-ühikutes.<ref>{{cite web|title=International system of units (SI) |url=http://physics.nist.gov/cuu/Units/units.html |work=NIST reference on constants, units, and uncertainty |publisher=National Institute of Standards and Technology |accessdate=9. mai 2012}}</ref>

Kõige suurem täpsus magnetvälja mõõtmisel<ref>{{cite web|url=http://www.nasa.gov/pdf/168808main_gp-b_pfar_cvr-pref-execsum.pdf|title=Gravity Probe B Executive Summary|pages=10, 21}}</ref> on attoteslade suurusjärgus (10⁻¹⁸ tesla); suurim tekitatud mangetväli laboris on 2.,8&nbsp;kT ([[VNIIEF]] in [[Sarov]]is, [[Venemaa]]l, 1998).<ref>{{cite web|url=http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=823621|title=With record magnetic fields to the 21st Century|work=[[IEEE Xplore]]}}</ref> Mõne [[astroniimiline objekt|astronoomilise objekti]], nagu [[magnetar]], mangetväli võib olla väga tugev, 0.1 to 100,1–100&nbsp;GT (10⁸ to– 10¹¹&nbsp;T).<ref>Kouveliotou, C.; Duncan, R. C.; Thompson, C. (February 2003). "[http://solomon.as.utexas.edu/~duncan/sciam.pdf Magnetars]". ''[[Scientific American]]''; Page 36.</ref> VaataVt [[Mõõtühikute detsimaaleesliited]].

Alternatiivne meetod kaardistamiseks on ühendada magnetjõujoonte ''nooled'', mis moodustuvad ''väljajooned''. Magnetvälja suund on igas punktis selliselsel juhul paralleelne selle lähima väljajoonega. Väljajoonte tihedus on proportsionaalne väljatugevusega.

Laetud osake liikudes '''B'''-väljas tunnetab ''külgsuunas'' jõudu, mis on võrdeline magnetvälja tugevusega, kiiruse ristsuunalise komponendiga ja laenguga. See jõudu tuntakse Lorentzi jõu nime all ja see on antud kui:

Voolu all olevale juhtmele mõjub jõud sarnaselt liikuvaleliikuva laetud osakeseleosakesega, sest juhet läbiv vool on liikuvate laetud osakeste kogum. Vooluga juhe tunnetab jõudu magnetvälja olemasolul. Makroskoopilise voolu korral viidatakse Lorentzi jõule kui ''Laplace jõule''.

Ampere'i ahela mudelis on magneetumisemagneetumine tingitud paljude väikeste Ampere'i ahelate kombineerumisel, luues resultantvoolu, mida nimetatakse ''seotud vooluks,'' ja see on '''B'''-välja tekitaja [[magnet]]ites. Võttes arvesse magnetdipooli mõistet, on magneetumise väljal sarnane seadus kui Ampere'i seadus:<ref>{{harvnb|Griffiths|1999|pp=266&ndash;268}}</ref>

kus integraal on suletud pinna integraal üle suletud pinna ''S'' ja ''q_M'' on 'magnetiline laeng' ([[magnetvoog|magnetvoo]] mõõtühikutes) ümbritsetud ''S''-gaiga. (Suletud pind ümbritseb täielikult piirkonda, kus pole auke, mis laseb väljajoontel väljuda.) Miinusmärk esineb, kuna magneetumise väli liigub lõunast põhja.