9 . Magnetické pole … 9.3 Pohyb nabitých částic v elektrickém a magnetickém poli

1. 9. Magnetické pole … 9.3 Pohyb nabitých částic v elektrickém a magnetickém poli 9.4 Magnetické pole v látkách • Elektromagnetické pole, střídavé obvody 10.1 Elektromagnetická indukce 1 Fyzika I-2014, přednáška 12

2. Pohyb určen silou homogenní mag. pole, ┴ ┴,┴ 9.3 Pohyb nabitých částic v elektrickém a magnetickém poli Lorentzova síla • poloměr trajektorie • frekvence (cyklotronová) • mag. síla ┴ k trajektorii • mag. síla nekoná práci • nemění se kin. energie a tudíž rychlost 2 Fyzika I-2014, přednáška 12

3. hom. mag. pole, hom. mag. pole, úhel (,) = a ≠ 0°, 90°, 180°, … Př. polární záře Fyzika I-2014, přednáška 12

4. ┴ • d) homogenní magnet. a hom. el. pole: • rychlostní filtr – • na výstupu z filtru • funguje pro kladné i záporné náboje • aplikace: získání nabitých částic žádané rychlosti Fe >Fm - - - - - - - vf Fe =Fm + + + + + + Fm>Fe 4 Fyzika I-2014, přednáška 12

5. částice o urč. rychlosti kolmo do homogenního mag. pole, pohyb po kruž. • e) hmotnostní spektrometr • určování hmotnosti iontů nesoucích známý náboj Q • princip: rychlostní filtr • svazek iontů projde rychl. filtrem: • danou rychl. vstoupí kolmo do hom. mag. pole • pohybuje se po kružnici o poloměru • důležitý nástroj určení struktury, přesné, rozliší izotopy Fyzika I-2014, přednáška 12

6. B • Cyklotron • získání nabitých částic s velkou kinetickou energií • homogenní mag. pole v „duantech“, mezi duanty střídavé napětí • výsledná kinetická energie • cyklotronová frekvence • rychlost částice vystupující z cyklotronu R-poloměr cyklotronu • tabule Fyzika I-2014, přednáška 12

7. Hallův jev • vznik elektrického pole ve vodiči, kterým prochází proud a nachází se v magnetickém poli kolmém na směr proudu • směr elektrického pole kolmý ke směru proudu a mag. pole Užití: drift. rychl. určení využití – teslametry – měření magnetického pole

8. 9.4 Magnetické pole v látkách Magnetismus elektronu v atomu Bohrův model atomu vodíku moment hybnosti ke středu traj.,orbitální orbitální mag. moment elektronu gyromagnetický poměr proud „porudovou smyčkou“ mag. moment spojený se smyčkou vnitřní moment hybnosti čili spin spinový magnetický moment spinový gyromagnetický poměr 8

9. Magnetický moment atomu – vekt. součet orbit. a spin. mag. momentů všech elektronů v atomu 9 Fyzika I-2014, přednáška 12

10. Magnetika dielektrika ovlivňují „vnější“ el. pole, magnetika ovlivňují vnější mag. pole bez vnějšího mag. pole látky většinou nevykazují magnetický moment obj. elementu (jsou tvořeny atomy/molekulami bez vlastního mag. momentu, nebo částice mající mag. moment jsou nahodile uspořádány) po vložení do magnet. pole popis slabě magnet. látek – analogie s elektr. polem: dielektrikum magnetikum slabě magnetické látky silně magnetické látky relativní permeabilita látky permeabilita látky mag. susceptibilita

11. diamagnetické látky: (cm<0) paramagnetické látky: (cm>0) Diamagnetismus, paramagnetismus, feromagnetismus Diamagnetismus bez vnějšího mag. pole – částicenemají vlastní mag. moment po vložení do mag. pole –se pro částici indukuje mag. dipól proti poli některé kovy, některé nekovové pev. látky,plyny,většina organ. látek slabší než paramagnetismus → zeslabují mag. pole → zesilují mag. pole Fyzika I-2014, přednáška 12

12. Paramagnetismus způsoben přítomností částic s vlast.mag. momentem, částice spolu téměř neinteragují, jsou uspořádánynahodile po vložení do vněj. mag. pole se orientují souhlasně s polem, tj.zesilují toto pole • diamagnetické látky: (cm<0) • paramagnetické látky: (cm>0) → zeslabují magnetické pole → zesilují magnetické pole Fyzika I-2014, přednáška 12

13. diamagnetické látky: (cm<0) • paramagnetické látky: (cm>0) → zeslabují magnetické pole → zesilují magnetické pole magnetizace Fyzika I-2014, přednáška 12

14. Feromagnetika nelineární magnetika, tj. ve vztahu není konstanta závislost magnetizace na vnějším mag. poli závisí na historii vzorku, tzv. hysterezní smyčka • MS – spontánní magnetizace • Mr – remanentní magnetizace = zbytková, při nulovém poli • Bc – koercitivní pole = hodnota pole, při níž se dosáhne nulové magnetizace • magneticky tvrdá feromagnetika – široká křivka, velká hodnota BC , využití: zdroj magnet. pole • magneticky měkká feromagnetika – úzká křivka, nízká hodnota BC, využití: jádra transformátorů, v elektromotorech Fyzika I-2014, přednáška 12

15. atomy feromagnetik (železo, kobalt, nikl, gadolinium, dysprosium..) mají magnet. momenty, které spolu interagují, vytvářejí domény, v nich magnet. momenty orientovány souhlasně: feromagnetikum Fyzika I-2014, přednáška 12

16. 10. Elektromagnetické pole 10.1 Elektromagnetická indukce na nosiče nábojů působí síly mající charakter vtištěných sil, které vedou ke vzniku proudu → indukované elektromotorické napětí= práce při přenesení jedn. náboje 16 Fyzika I-2014, přednáška 12

17. Faradayův zákon elektromagnetické indukce magnetický (indukční) tok plochou Somezenou vodivou smyčkou celkový mag.tok plochou S, Z závitů souvislost induk. elektromot. napětí s celkovým mag. tokem : • Faradayův zákon elektromagnetické indukce • velikost indukovaného napětí je rovna změně celkového mag. toku připadajícího na jednotku času • směr indukovaného napětí je takový, že jeho účinek působí proti změně, která ho vyvolala, tzv. Lenzovo pravidlo • mag. indukce vnějšího pole roste • mag. indukce vnějšího pole klesá 17 Fyzika I-2014, přednáška 12

18. Lenzovo pravidlo 18 Fyzika I-2014, přednáška 12

19. Lenzovo pravidlo 19 Fyzika I-2014, přednáška 12

20. Diskutujme F. zák. Kdy je ≠ 0 ? B se mění s časem S se mění s časem úhel mezi a se mění s časem kombinace a) – c) situace a) v na předchozích obrázcích 20 Fyzika I-2010, přednáška 11

21. Diskutujme F. zák. ad b) S se mění s časem • l – délka vodiče, v – rychlost pohybu • indukované napětí pomocí síly na pohybující se náboj: • indukované napětí pomocí F. zák.: 21 Fyzika I-2014, přednáška 12

22. Diskutujme F. zák. ad a) B se mění s časem • mag. pole s časem roste ve znázorněném směru • indukované elektromot. napětí pomocí F. zák.: • speciálně: v čase t1 je B = B1 • t2 je B = B2 22 Fyzika I-2014, přednáška 12

23. Samoindukce obvod se spínačem L – vlastní indukčnost smyčky (cívky) – schopnost vytvářet mag. pole jedn. H (henry) Indukované napětí ve smyčce • při rozpojení spínače – B se mění s časem, B(t) • z F. zák. → indukuje se napětí změnou vlastního magnet. pole smyčky, tzv. samoindukce • tok FplochouS: 23 Fyzika I-2014, přednáška 12

24. Př. Vlastní indukčnost solenoidu (Z závitů, plocha závitu S, délka l, proud i) 24 Fyzika I-2014, přednáška 12

25. Vzájemná indukce speciální případ indukce, který je ovlivněn vzájemným poměrem mezi smyčkami případ dvou souosých těsně navinutých cívek: cívka 1: proud i1, počet závitů Z1, délka l1 , plocha závitu S1 cívka 2: počet závitů Z2, plocha závitu S2 = S1 , magnetický tok touto cívkou výpočtem – vzájemná indukčnost 25

26. 2. průběžný test: pátek 16.5. 2014 od 13.00 v AIsouhrnný test: pátek 23.5. 2014 od 13.00 v AI • 10. elektromagnetické pole • … 10.2 Elektromagnetické vlnění viz Optika kap. 7.110.3 Střídavéobvody 26 Fyzika I-2014, přednáška 12