Magnetväli: erinevus redaktsioonide vahel

[[FilePilt:VFPt cylindrical magnet thumb.svg|thumb|250pxpisi|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]]u 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]]i ja [[pöörlemiskiirus|pöörlemiskiirust]]t 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'''.

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]]u liigutamine), näiteks [[elektrivool|elektrivoolu]]u juhtmes, et valmistada [[elektromagnet|elektromagneteid]]eid. Teine võimalus on kasutada [[elementaarosake|elementaarosakesi]]si nagu [[elektron|elektronid]]id, 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 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 kiirusest]] ja laengust. [[kvantfüüsika|KvantfüüsikasKvantfüüsika]]s on elektromagnetväli kvanditud ja elektromagnetiline vastasmõju on footonite vahetamise tulemus.

[[ImagePilt:Descartes magnetic field.jpg|thumbpisi|300px|Üks esimesi magnetvälja jooniseid, autor [[René Descartes]], 1644. See illustreerib tema teooriat, et magnetism on põhjustatud väikeste spiraalsete/keermeliste osakeste ringlusest läbi magnetite pooride]]

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]]i 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 magneti '''H'''-väli tekitatud magnetpooluste poolt ja magnetism on tingitud väikeste põhja-lõunapooluste paaride poolt.

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'-Savart'i seadus kirjeldab täpselt magnetvälja tekkimist ühtlase voolu korral. Selles töös võttis Ampère elektri ja [[magnetism]]i vaheliste seoste kirjeldamiseks kasutusele termini "[[elektrodünaamika]]".

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 tekkemehhanismiga.

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.

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.

==Mõisted, ühikud ja mõõtmine== <!-- note that [[Hans Christian Ørsted]] links here -->

:'''B''' on magnetiline induktsioon ([[tesla]]des) ja 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]]des (sümbol T) ja vastav [[magnetvoog]] Φ_''B'' on mõõdetav [[Veeber|veeberitesveeber]]ites (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 magnetosast ''F'' = ''qvB''sinθ</ref>. [[CGS-süsteem]]is mõõdetakse '''B''' [[gauss]]ides (sümbol G) (konverteerimine on 1 T = 10 000 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>

[[ImagePilt:Magnetic field near pole.svg|thumbpisi|uprightpüsti=0.7|leftvasakul|[[Kompass]]id paljastavad lokaalse magnetvälja suuna. Nagu näha, osutab magnetväli lõunapooluse suunas ja põhjapoolusest eemale]]

Objekti magnetvälja kaardistamine on põhimõtte poolest lihtne. Esmalt tuleb mõõta magnetvälja sõud ja suund paljudes erinevates kohtades (võib igas ruumipiirkonnas). Seejärel tuleb iga asukoht kirjeldada noolega ([[vektor|vektoriga]]iga), mis osutab lokaalse magnetvälja suunas ja selle pikkus on proportsionaalne magnetvälja tugevusega.

[[ImagePilt:Magnet0873.png|thumb|rightpisi|Magneti jõujoonte suund on esitatud rauapuru joondumisega]]

[[ImagePilt:Manoderecha.svg|thumb|rightpisi|[[Parema käe kruvireegel]]: vool valge noole suunas tekitab magnetvälja punase noole suunas]]

[[ImagePilt:Solenoid-1 (vertical).png|50 px|thumbpisi|leftvasakul|[[Solenoid]]]]

[[FilePilt:charged-particle-drifts.svg|300px|thumbnail|rightpisi|'''Laetud osake triivib''' magnetväljas, kus (A) pole täiendavat jõudu, (B) elektriväli '''E''', (C) laengukandja sõltumatu jõud '''F''' (nt raskusjõud), ja (D) mittehomogeenne magnetväli, grad '''H''']]

[[ImagePilt:Regla mano derecha Laplace.svg|right|thumb|250pxpisi|[[Parema käe reegel]]: suunates parema käe pöidla tingliku laengu suunas ja sõrmed '''B''' suunas, siis jõud, mis mõjub osakestele, on suunatud peopesast eemale. Jõud on vastupidine negatiivse laengu korral]]