III. MAGNETVÄLI (0)

§15. Ampirei seadus
Magnetväli mõjub vooluga juhi kõikidele osadele , mis määrab üksikule juhi lõigule(vooluelemendile) mõjuva jõu. Seaduse avastas 1820. aastal Ampere. Ta paigutas hoburaud magneti pooluste vahele sirge juhi, millele mõjuvat jõudu sai mõõta. Katsetes nähtub, et voolutugevuse suurenemisel 2 korda, suurened ka juhile mõjuv jõud 2 korda. Lisades ühele hoburaud magnetile veel teise, suureneb magnetväljas paikneva juhi lõigu pikkus 2 kordseks. Kasutades erinevaid magneteid, saab kindlaks teha, et juhi lõigule magnetväljas mõjuv jõud(Ampirei jõud) on võrdeline induktsiooni vektori mooduliga B. Ampirei jõud- sõltub ka vektori B ja juhi vahelisest nurgast. Vooluelemendi suunaks loeme voolu suuna. Olgu vektori B ja vooluelemendi vaheline nurk α.(joonis 1) Katsed näitavad, et magnetväli mille induktsiooni vektroi suund ühtib vooluelemendi suunaga ei avalda voolule mingit mõju. Seega sõltub ka jõu moodul vektoori B juhiga ristuva kopmonendi mõjuva jõu B2= Bsin α. Magnetväljas paiknevale vooluelemendile mõjuv jõud F väljendub valemiga F=BIlsin α, kus B- magnet induktsiooni vektori moodul , I- voolutugevus juhis, l- magnetväljas paikneva vooluelemendi pikkus ja α- induktsiooni vektori ja vooluelemendi vaheline nurk. Seda valemit nim. Ampieri seaduseks. Jõud F on risti nii voolu elemendiga kui ka vektoriga B. Tema suuna võib määrata vasaku käe reegliga : kui vasak käsi asetada nii, et magnet induktsiooni vektori juhiga ristuv komponent B1( vektor ) ja väljasirutatud sõrme näitavad voolusuunda, siis sõrmedega täis nurga moodustav pöial näitab vooluelemndile mõjuva jõu suunda. (joonis 2). Magnetvälja mõju vooluga kasutatakse elektrimootoris . alaslisvoolu mootori pöörlev osa ehk rootor , sisaldab juhtme keerde (1), mis on sümmeetriliselt rootori pöörlemistelje (2) suhtes. Juhtme keerud lülituvad korda mööda ringi mööda läbi grafiitvarrsate, mida nim. Harjadeks (3), vedrult (4) suruvad harjasid vastu rootori kontakt rõngast (5), kontakt rõngalt paiknevad traadid on juhtm keerdude otsteks. Vooluringi osaks on just see juhtme keerd, mille plaadid on kontaktis harjadega. Rootor koos oma juhtme keerdudega, asub püsimagneti (6) magnetväljas, juhtme keeru lõikudele ab ja cd mõjuvad Ampirei seaduse kohased jõud F ja F(primm+ vektor ). On oluline , et vool läbib just seda voolu keerdu, mis antud hetkel asetseb paralleelselt magnetvälja jõujoontega, sel juhul on magnet jõudude pöörav toime max. Kui vool läbib magnetvälja jõujoontega ristuvat raami, siis mõjuksid jõud F ja F(primm+vektor) sama sirgelt . Nad vaid venitaksid juhtme keerdu laiemaks, kui ei suudaks teda pöörata.
§16. Lorentzi jõud
Magnetvälja mõjuva vooluga juhile on põhjustatud välja mõjust juhis liikuvate laetud osakestele. Jõud millega magnetväli mõjutab laetud osakest nim. Lorenzi jõuks. Lorentzi jõud võib leida Ampirei seaduse abil, see võrdub vooluga juhilõigule F ja selles lõigus suunatud liikuvate positiivselt laetud osakeste arvu N suhtega. Fl= F/N (jooonis 3). Vaatleme peent vooluga sirgega juhilõiku. Olgu selle pikkus l ja ristlõike pindala A nii väikesed, et juhi lõigu ulatuses võib magnetinduktsiooni vektori B const . lugeda. Voolutugevus juhis on seotud osakese laenguga q0 , laetud osakeste arvuga ruumala ühikus n ja suunatud liikumise kiiruseda v järgmiselt: I= q0nvA. Magnetväli mõjutab vooluelemendi jõuga F= BIlsin α kahest viimasest valemist saame , et F=Bq0nvAlsin α= Bq0vNsin α, kus N=nAl on laetud osakeste arv vaadeldavas ruumalas. Seega mõjutab ka magnetväli igat liikuvat laetud osakest lorenzi jõuga
F(indeks L)= F/N=Bq0vsin α, kus α- kiirus vektori v ja magnet induktsiooni vektori B vaheline nurk, lorentzi jõud on risti vektoritega B ja v ning tema suuna määrab vasakukäe reegel nagu Ampieri jõu puhul. Elektriväli mõjub laengule q0 jõuga F(indeks e)=q0E(vektor), ku E(vektor)- elektrivälja tugevus, kui laengule mõjub nii elektriväli kui ka magnetväli , siis laebgule mõjuv kogu jõud on
F(vektor)= F(vektor e) + F(vektor , indeks-risti). Kuna lorentzi jõud on risti osakese kiirusega, siis ta tööd ei tee. Lorentzi jõud ei muuda osakese kineetilist energiat ega kiiruse moodulit, vaid ainult osakese kiiruse suunda(joonis 4). Vaatleme homogeenses magnetväljas liikuvat osaket laenguga q0. Olgu osakese algkiirus v(vektor) risti magnetinduktsiooni vektori B kuna homogeense välja induktsioon on const. ja magnetväli kiiruse moodulit ei muuda , siis jääb muutumatuks ka Lorentzi jõu moodul. See jõud on risti kiirusega, järelikult liigub osake ühtlaselt ringjoonel raadiusega r ja tal on normaalkiirendus r2/r. Vastava dünaamika põhiseadusele ma(vektor)=F(vektor) saame moodustuse kohta mv2/r= F(indeks L) ehk mv2/r= Bq0vsin 90, millest r= mv/Bq0.
§17. Aine magnetilised omadused
Magnetvälja ei tekita mitte ainukt elektrivoolud vaid ka püsimagnetid. Püsimagneteid saab valmistada ainult mõnest ühest ainest, kõik magnetvälja asetatud ained magneetuvad, see on nad ise tekitavad magnetvälja. Seetõttu erineb magnetinduktsiooni vektor homogeenses keskkonnas B(vektor) induktsiooni vektoris vaakumis B0(vektor). Suhe B/B0= µ, iseloomusstab keskkonna magnetilisi omadusi ja seda nim. selle keskkonna magnetiliseks läbitavuseks, seega avaldub magnetinduktsiooni .... järgmiselt: B=µB0(vektor), kus µ- selle keskkoona magnetiline läbitavus, erinevalt elektriväljast võib aine magnetvälja nii nõrgendada kui ka tugevdada. Kehade magnetiliste omaduste põhjuste avastas esimene prantslane Ampiere, ta tegi järgmise üldistuse: iga keha magnetilised omadused on määratud selles kehas toimuvate ringvooludega. Ampiere hüpoteesi kohaselt esinevad molekulide ja aatomite molekulid nn. elementaar voolude, nüüd teame,et need voolud on põhjustatud elektonide liikumisest aatomites. Kui ringvoolude tasandid paiknevad üks teise suhtes kaootiliselt, siis nende mõjud kompentseeruvad vastastiku ja ei ilmne magnetilisi omadusi. Megneetunud kehas on elementaar voolud projekteeritud nii , et nende mõjud liituvad.
Ampirei hüpotees seletab, m
Magnetnõela võib vaadelda keeruka voolu kontuuride kogumikena, kus voolud on orienteeritud ühesuguselt. Suure magnetilise läbitavusega (µ>1) kehades nn. ferromagneetikutes(Fe. koobalt , Ni jt.) ei teki magnetväljal mitte ainult elektroonide ümber tuuma liikumisel vaid ka nende oma pöörlemisel. Elektron just kui pöörleks ümber oma telje. Peale orbitaalliikumises tingitud välja, tekib veel oma pöörlemisest tingitud magnetväli. Igal ferromagneetikul on mingi kindel temp. millest kõrgemal temp. kaovad tema ferromagneetilised omadused. Seda temp. nim. Curie temperatuuriks. Curie temp. on Fe-753 C, koobaltil 100C ja Ni- 365 C.
Fe- või terassüdamiku viimisel pooli suureneb palju kordi magnetinduktsioon poolis. Transformaatorite, generaatorite, elektrimootorite jt. elektrimasinate südamikud valmistatakse ferromagneetikutes. Pärast välise magnetvälja kadumist jääb ferromagneetik magneedituks. Tänu selle ongi olemas püsimagnetid.
Tänapäeval kasutatakse laialdaselt ferriite need on ferromagneetilised materjalid, mis ei juhi elektrivoolu.
VALEMID:

B= M/IA

ɸ= BAcosα

F= BIlsinα

F(indeks L)= Bq0Vsinα

r= mV/Bq0