Magnetväli: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Kruusamägi (arutelu | kaastöö) |
Resümee puudub |
||
1. rida:
[[File:VFPt cylindrical magnet thumb.svg|thumb|250px|Ideaalse silindrilise [[magnet]]i magnetväli. S tähistab [[lõunapoolus]]t ja N [[põhjapoolus]]t]]▼
{{Elektromagnetism|cTopic=[[Magnetostaatika]]}}
▲[[File:VFPt cylindrical magnet thumb.svg|thumb|250px|Ideaalse silindrilise [[magnet]]i magnetväli. S tähistab [[lõunapoolus]]t ja N [[põhjapoolus]]t]]
'''Magnetväli''' on tihedalt seotud [[elektriväli|elektriväljaga]] ja need kaks välja moodustavad [[elektromagnetväli|elektromagnetvälja]]. Magnetväli on matemaatiline kirjeldus sellest, kuidas see mõjutab [[elektrivool|elektrivoolu]] ja [[magnet|magnetilisi materjale]]. Magnetvälja igas konkreetses punktis on määratud nii tema suund kui ka suurus (tugevus), seega on tegemist [[vektorväli|vektorväljaga]] <ref group="nb">Tehniliselt võttes on magnetväli [[pseudovektor]]; pseudovektorid on sarnased vektoritega, kuid sisaldavad ka [[pöördemoment|pöördemomenti]] ja [[pöörlemiskiirus|pöörlemiskiirust]] ning nad ei muutu, kui koordinaatsüsteemi käelisust muuta.</ref>. Kõige tavalisemalt on magnetväli defineeritud [[Lorentzi jõud|Lorentzi jõu]] kaudu, mis rakendub liikuvatele elektriliselt laetud kehadele. Magnetväli võib viidata kahe erineva, kuid omavahel tihedalt seotud väljale, mis on tähistatud sümbolitega '''B''' ja '''H'''.
12. rida ⟶ 11. rida:
==Ajalugu==
[[Image:Descartes magnetic field.jpg|thumb|300px|Üks esimesi magnetvälja jooniseid, autor [[René Descartes]], 1644. See
Kuigi magnetid ja magnetism 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 magnetismi kui teaduse loomisel.
Aastal 1750 märkis [[John Michell]], et magnetvälja poolused tõmbuvad ja lükkuvad pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga ([[pöördruutsõltuvus]]). <ref name="Whittaker56">{{harvnb|Whittaker|1951|p=56}}</ref> [[Charles-Augustin de Coulomb]] kontrollis seda katseliselt 1785. aastal ja märkis selgesõnaliselt, et [[põhjapoolus|põhja-]] ja [[lõunapoolus|lõunapoolusi]] ei saa lahutada.<ref name="Whittaker59">{{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="Whittaker64">{{harvnb|Whittaker|1951|p=64}}</ref> Selles mudelis on
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
Laiendades neid eksperimente, avaldas Ampère edukalt oma mudeli magnetismi kohta aastal 1825. Seal näitas ta elektrivoolu ja magnetite samaväärsust <ref name="Whittaker88">{{harvnb|Whittaker|1951|p=88}}</ref>ja püstitas hüpoteesi, et magnetism on tingitud elektrivooluringi püsivast voolust, mitte Poissoni [[magnetilise dipooli]] mudelist<ref group="nb">Väljastpoolt on magnetlaengudipooli väli identne vooluringi magnetväljaga, 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'i jõu seaduse]], mis kirjeldab jõude kahe elektrivoolujuhtme vahel, kui ka [[Ampère'i seadus]]e, mis nagu ka Biot'-
Aastal 1831 avastas [[Michael Faraday]] elektromagnetilise induktsiooni, kui leidis, et muutuv magnetväli tekitab ümbritseva elektrivälja. Ta kirjeldas seda nähtust [[Faraday seadus|Faraday induktsiooni seadusena]]. Pärast seda tõestas [[Franz Ernst Neumann]], et magnetväljas liikuva elektrijuhi jaoks on induktsioon Ampère'i jõu tagajärg. <ref name="Whittaker222">{{harvnb|Whittaker|1951|p=222}}</ref> Selle protsessi käigus tutvustas ta [[magnetvälja potentsiaal]]i vektorit, mis hiljem osutus samaväärseks Faraday pakutud
1850. aastal eristas [[Lord Kelvin]], sel ajal tuntud kui William Thomson, kahte magnetvälja, mida nüüd tähistatakse '''H''' ja '''B'''-ga. Esimene rakendub Poissoni mudelile ja teine Ampère'i ja induktsiooni mudelile. <ref name="Whittaker244">{{harvnb|Whittaker|1951|p=244}}</ref> Veel enamgi, ta tuletas, kuidas '''H''' ja '''B''' omavahel seotud on.
28. rida ⟶ 27. rida:
Aastatel 1861–1865 arendas ja publitseeris [[James Clerk Maxwell]] [[Maxwelli võrrandid]], mis selgitasid ja ühendasid kogu [[klassikaline teooria|klassikalise]] elektri ja magnetismi. Esimesed valemid olid avaldatud artiklis "[[:Commons:File:On Physical Lines of Force.pdf|On Physical Lines of Force"]] aastal 1861. Need võrrandid kehtisid, kuigi olid puudulikud. Maxwell lõpetas oma võrrandid 1865. aastal artiklis "Elektromagnetvälja dünaamiline teooria" ja demonstreeris fakti, et valgus on [[elektromagnetlaine]]. [[Heinrich Hertz]] kinnitas eksperimentaalselt seda fakti aastal 1887.
20. sajandil laiendati elektrodünaamika teooriat, kuhu lisati ka [[
==Mõisted, ühikud ja mõõtmine== <!-- note that [[Hans Christian Ørsted]] links here -->
66. rida ⟶ 65. rida:
:'''v''' on osakese [[hetkkiirus]] (m/s)
:× tähistab [[vektorkorrutis]]t
:'''B''' on magnetiline induktsioon ([[tesla]]des)
Käsk "''mõõda '''B''' suund ja suurus selles ja selles kohas"'' nõuab järgmisi toiminguid: tuleb võtta teatud laenguga ''q'' seisev osake, et teha kindlaks '''E'''. Seejärel tuleb mõõta jõud osakesel, kui selle kiirus on '''v'''. Korrata katset, muutes kiiruse suunda. Nüüd on võimalik leida '''B,''' lahendades Lorentzi jõu võrrandsüsteemi.
72. rida ⟶ 71. rida:
Alternatiivselt võib magnetvälja määratleda läbi magnetdipooli pöördemomendi.
Siin on kaks ''magnetvälja'', '''B''' ja '''H'''. Vaakumis on nad eristamatud, erinedes vaid konstandi korda, mis sõltub füüsikalistest ühikutest. Materjali sees on nad aga erinevad (vaata [[
===Ühikud===
84. rida ⟶ 83. rida:
Lokaalse magnetvälja mõõtmise seadmeid nimetatakse [[magnetomeeter|magnetomeetriteks]]. Magnetomeetreid on erinevaid: pöörleva pooli, [[Halli efekt]]i, [[Magnetresonantstomograafia|tuumamagnetresonants]], ülijuhtiva kvanthäirete seade ning õhuavaga kompassid. Kaugete astronoomiliste objektide magnetväljad on mõõdetavad selle mõju kaudu, mida nad avaldavad kohalikele laetud osakestele. Näiteks elektronide spiraalne liikumine ümber jõujoone tekitab [[sünkrotronkiirgus]]e, mis on kindlaksmääratav [[raadiolaine]]tega.
==Magnetvälja jõujooned==
(vaata ka [[elektrivälja jõujooned]])
94. rida ⟶ 93. rida:
[[Image:Magnet0873.png|thumb|right|Magneti jõujoonte suund on esitatud rauapuru joondumisega]]
Erinevad nähtused võivad esile tuua jõujooned nagu see oleks füüsikaline nähtus. Näiteks rauapuru, mis on asetatud magnetvälja joondub nii, et formeeruvad ''väljajooned'' <ref group="nb" name="ex07">Rauapuru kasutatakse välja visualiseerimiseks, sest sellel on suur [[magnetiline läbitavus]]</ref>. jõujooned on samuti nähtavad [[virmalised|virmalistel]], kus [[plasma]]osakeste dipoolvastastikmõju loob nähtavad valgusejooned taevasse, mis on joondunud Maa magnetvälja suunas.
102. rida ⟶ 101. rida:
==Magnetväli ja elektrivool==
Elektrivool nii
===Elektriliselt laetud kehade ja elektrivoolu magnetväli===
110. rida ⟶ 109. rida:
Kõik liikuvad laetud osakesed tekitavad magnetvälja. Liikuv [[punktlaeng]] nagu elektron tekitab keerulise, kuid hästi tuntud magnetvälja, mis sõltub laengust, kiirusest ja osakese kiirendusest.<ref>{{harvnb|Griffiths|1999|p=438}}</ref>
Magnetvälja jõujooned moodustavad [[
[[Image:Solenoid-1 (vertical).png|50 px|thumb|left|[[Solenoid]]]]
Painutades voolu all olevast juhtmest ringi, kontsentreerime magnetvälja silmuse sisse, väljaspool nõrgeneb samal ajal. Painutades traadi mitmeks üksteisele lähedalasuvaks silmuseks ning moodustades [[pool]]i või [[solenoid]]i, suurendame seda efekti veelgi. Juhe, mis on keritud raudsüdamiku ümber, võib käituda kui [[elektromagnetism|elektromagnet]], tekitades tugeva hästi kontrollitud magnetvälja. Lõpmata pika raudsüdamikuga pooli sees on ühtlane magnetväli ja väljaspool pooli on magnetväli null. Lõpliku pikkusega elektromagnet tekitab välja, mis on sarnane [[püsimagnet]]i väljaga, kus tugevus ja polaarsus on määratud vooluga, mis läbib pooli.
Magnetvälja, mis on ühtlase voolu <math>{I}</math> (konstantne laetud osakeste vool, kus laeng ei kogune ega jää mitte kuskil vähemaks) tekitatud<ref group="nb" name="ex12">Praktikas kasutatakse Biot'-
:<math> \mathbf{B} = \frac{\mu_0I}{4\pi}\int_{\mathrm{traat}}\frac{d\boldsymbol{\ell} \times \mathbf{\hat r}}{r^2},</math>
121. rida ⟶ 120. rida:
kus integraal summeerib üle varda, kus vektor ''d'''''ℓ''' on voolusuunaline, ''μ''<sub>0</sub> on [[magnetiline läbitavus]], ''r'' on vahemaa vektori ''d'''''ℓ''' ja mõõdetava koha vahel, '''r̂''' on '''r'''-suunaline ühikvektor.
Veidi üldisem<ref>{{harvnb|Griffiths|1999|pp=222–225}}</ref><ref group="nb" name="ex13">Biot'-
:<math>\oint \mathbf{B} \cdot d\boldsymbol{\ell} = \mu_0 I_{\mathrm{l\ddot{a}biv}},</math>
kus [[joonintegraal]] on võetud üle suvalise silmuse ja <math>I_{\mathrm{l\ddot{a}biv}}</math> on vool läbi suletud silmuse. Ampère'i seadus on kogu aeg õige püsiva voolu korral ja seda on võimalik kasutada '''B'''-välja arvutamiseks kindlates sümmeetrilistes olukordades, näiteks
Muudetud kujul, kus arvestatakse ka ajas muutuvaid elektrivälju, on Ampère'i seadus üks neljast Maxwelli võrranditest, mis kirjeldavad elektrit ja magnetismi.
173. rida ⟶ 172. rida:
=='''H''' ja '''B''' vahelised seosed==
Valemid, mis on tuletatud eespool magnetvälja jaoks, on korrektsed, kui vaatleme kogu laengut korraga. Magnetiline materjal, mis on paigutatud magnetvälja, tekitab seotud voolu, mida on üsnagi keeruline arvutada. (See seotud vool on tingitud
===Magneetumine===
186. rida ⟶ 185. rida:
kus integraal on joonintegraal üle mistahes suletud ringi ja ''I''<sub>b</sub> on ''seotud vool'', mis asub ringi sees.
Magnetpooluste mudelis magneetumine algab ja lõppeb poolustes. Ki antud piirkonnas, on kogu magnetpoolustejõud positiivne (vastab põhjapoolusele), siis seal on rohkem
:<math>\oint_S \mu_0 \mathbf{M} \cdot \mathrm{d}\mathbf{A} = -q_M</math>,
217. rida ⟶ 216. rida:
:<math>\mathbf{H} = \mathbf{H}_0 + \mathbf{H}_d, \,</math>
kus '''H'''<sub>0</sub> on rakendatud magnetväli ainult vabadest vooludest tingitud, '''H'''<sub>d</sub> on demagneetimise väli, mis on tingitud seotud vooludest.
'''H'''-väli kirjeldab seotud voolu läbi "
==Vaata ka==
| |||