Przestrzeń wokół magnesów, w której działają siły magnetyczne.

advertisement
Teresa Ryba
Przestrzeń wokół magnesów, w której
działają siły magnetyczne.
Planety
Magnesy
Elektromagnesy
Przewodniki z prądem
Teresa Ryba
Magnes
Magnetyt - ruda żelaza
Magnez Mg
Magnezyt – węglan wapnia
Teresa Ryba
Pole magnetyczne wokół Ziemi
Oś biegunów magnetycznych nachylona jest
pod kątem ok. 11 do jej osi obrotu Ziemi.
Południowy biegun magnetyczny leży w
obszarze archipelagu wysp północnej Kanady,
zaś biegun magnetyczny– na krawędzi
kontynentu Antaktyda, pod Australią.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Biegun_geomagnetyczny
Teresa Ryba
Kompas – igła
magnetyczna
Igła kompasu zbudowana jest z
Teresa Ryba
ferromagnetyka
W ciągu ostatnich 3,5 miliona lat miało miejsce co
najmniej dziewięć przebiegunowań, zaś ostatnie
wystąpiło mniej więcej 780 000 lat temu
Teresa Ryba
W samym środku znajduje się stałe jądro, złożone z żelaza
lub stopu żelaza z niklem. Stałe jądro wewnętrzne
otoczone jest przez płynne jądro zewnętrzne, złożone z
powoli krążących mas stopionego niklu i żelaza. Warstwę
zewnętrzną stanowi płaszcz, zakończony „cienką” skorupą
o grubości około 35 km.
Gorące niższe warstwy płynnego jądra wypływają ku
warstwom wyższym, by stamtąd, po oddaniu porcji
energii cieplnej do warstwy płaszcza i ostygnięciu, jako
gęstsze, ponownie opaść. Tworzą się pętle prądów
konwekcyjnych, które, dzięki siłom Coriolisa,
„wyciągane” są w kierunku płaszczyzn
równoleżnikowych. Te poziome pętle prądów
konwekcyjnych są źródłem ziemskiego pola
magnetycznego.
Teresa Ryba
Wielkość pola magnetycznego opisuje:
wektor indukcji magnetycznej B
Jednostka indukcji magnetycznej jest Tesla [T]
B
Teresa Ryba
Wektor indukcji pola magnetycznego Ziemi – B, w dowolnie
wybranym punkcie jej powierzchni posiada składowe –
poziomą i pionową. Na biegunach magnetycznych pozioma
składowa dąży do zera, a igła kompasu „stara się” ustawić
pionowo.
Kąt pomiędzy kierunkiem wskazywanym przez igłę
kompasu (kierunkiem północy magnetycznej) a kierunkiem
północy geograficznej nazywa się deklinacją
magnetyczną.
Kąt pomiędzy wektorem pola magnetycznego B a
kierunkiem poziomym nazywa się inklinacją
magnetyczną.
Teresa Ryba
źródło: http://www.geoorbit.org/sizepgs/magmapsp.html
Teresa Ryba
Obszar wokół Ziemi, w którym na naładowane cząstki,
takie jak protony, elektrony oddziałuje ziemskie pole
magnetyczne, a nie pola Słońca czy innych planet
nazywamy ziemską magnetosferą.
Źródło:
http://lepmfi.gsfc.nasa.gov/mfi/images/bs.gif
Teresa Ryba
Pole wokół magnesów
Teresa Ryba
Pole wokół przewodnika z prądem
W 1820 roku Oersted odkrył
oddziaływanie magnetyczne
przewodnika, przez który przepływa
prąd. Ustawił on przewodnik koło
igły magnetycznej. Po włączeniu
prądu w przewodniku igła odchyliła
się. Świadczy to o tym, że
przewodnik z prądem jest źródłem
pola magnetycznego.
Teresa Ryba
Oddziaływanie na siebie dwóch przewodników z prądem
Gdy zwroty natężeń prądów są takie same, przewodniki
przyciągają się.
Gdy są przeciwne, wówczas odpychają się.
Teresa Ryba
Pole magnetyczne solenoidu (zwojnicy)
Teresa Ryba
Substancje wykazujące własności magnetyczne
Diamagnetyzm to zjawiska polegające na powstaniu wewnątrz ciała pola magnetycznego
indukowanego przez zewnętrzne pole i przeciwdziałające mu.
Po umieszczeniu ich w polu magnetycznym magnesują się słabo, nietrwale, przeciwnie do pola
magnetycznego.
Przykłady: gazy szlachetne, magnez, złoto, miedź, DNA, woda, grafit
Paramagnetyzm to zjawisko słabego magnesowania się ciała w zewnętrznym polu
magnetycznym H w kierunku zgodnym z tym polem.
Paramagnetyki po umieszczeniu w polu magnetycznym magnesują się słabo, nietrwale, zgodnie
z polem magnesującym.
Przykłady: tlen, aluminium, platyna, hemoglobina
Ferromagnetyzm to zespół własności magnetycznych ciał krystalicznych będących skutkiem
istnienia oddziaływania porządkującego równolegle elementarne momenty magnetyczne (w
temperaturach mniejszych od temperatury Curie).
Ferromagnetyk to ciało zbudowane z domen magnetycznych, wykazujące silne właściwości
magnetyczne.
Przykłady: żelazo, kobalt, nikiel, stal
Teresa Ryba
Ruch ładunku w polu magnetycznym
Teresa Ryba
I przypadek - ładunek spoczywa
Spoczywający ładunek nie podlega sile Lorentza (F=0).
II przypadek - ładunek porusza się zgodnie z liniami pola
Ładunek porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym,
zachowując początkową prędkość równoległą do linii pola
(F=0).
Teresa Ryba
III przypadek - ładunkowi posiada prędkość początkową o kierunku
prostopadłym do linii pola
Na ładunek działa siła Lorentza.
Zwrot tej siły prowadzi za rysunek. Wyznacza się go za pomocą reguły Fleminga
lub reguły lewej ręki. Taka siła nie powoduje zmiany wartości prędkości, lecz
zakrzywia tor ruchu (ładunek zacznie poruszać się po okręgu). Jest więc siłą
dośrodkową.
Teresa Ryba
IV przypadek - ładunek wpada do pola magnetycznego pod kątem
Ruch tego ładunku można traktować jako złożeniu II-go i III-go
przypadku. Ładunek będzie się poruszał po linii śrubowej.
Teresa Ryba
Cyklotron (akcelerator cykliczny)
Jest to przyspieszacz cząstek, w którym
stosunkowo ciężkie cząstki (protony, jądra, jony)
przyspieszane są polem elektrostatycznym o
napięciu rzędu 100kV i wysokiej częstości,
istniejącym pomiędzy dwoma duantami, czyli
płaskimi wydrążonymi półwalcami. Cząstki
poruszają się po torach spiralnych, dzięki
istnieniu stałego, silnego pola magnetycznego
prostopadłego do płaszczyzny przyspieszenia.
Teresa Ryba
Pierwszy został skonstruowany przez Ernesta Lawrence'a w
Kalifornii w 1931 roku.
W Polsce pierwszy cyklotron uruchomiony został w latach
powojennych na Uniwersytecie Jagiellońskim, następnie został
przeniesiony do Instytutu Fizyki Jądrowej (IFJ, również w
Krakowie), gdzie był modernizowany i pracował do początku lat
90., osiągając energię protonów równą 3MeV.
Od lat 60. w IFJ pracuje większy cyklotron, pozwalający osiągać
dwukrotnie wyższe energie protonów i przyspieszać cząstki alfa
do energii 29MeV.
Teresa Ryba
Akceleratory dzielimy na:
•akceleratory liniowe (cząsteczki przyspieszone poruszają się po liniach prostych)
a.akcelerator Cockcrafta-Wultona
b.akcelerator van de Graafa
•akceleratory wiązek przeciwbieżnych (collider)
•akceleratory cykliczne (poruszają się po okręgu)
betatron
cyklotron
mikrotron
synchroton
Teresa Ryba
Teresa Ryba
Siła Lorentza
Siła jaka działa na cząstkę
obdarzoną ładunkiem
elektrycznym poruszającą się w
polu elektromagnetycznym
F  qvB sin 
Hendrik Lorentz
Teresa Ryba
Jeżeli umieścimy rurkę katodową między biegunami
magnesu podkowiastego, tak aby strumień elektronów był
prostopadły do linii pola to wiązka elektronów ulega
odchyleniu w dół.
Teresa Ryba
Reguła „lewej dłoni”
Ustawienie wektorów dla cząstki dodatniej
- protonu
Wektor indukcji B
„kłuje” nas w dłoń
Odchylony kciuk
pokazuje kierunek i
zwrot siły Lorentza F L
jako siły dośrodkowej
Palce wskazują
kierunek prędkości
cząstki V
Teresa Ryba
V
FL
Wektor indukcji B
skierowany prostopadle
do tablicy
Teresa Ryba
http://www.tvnwarszawa.pl/archiwum/8915,program.html
Teresa Ryba
LHC
Large
Hadron
Collider
http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Large_Hadron_Collider_at_CERN_map.svg&filetimestamp=20091115104837
Teresa Ryba
http://atlas.ch/atlas_photos/lhc/lhc.html
Teresa Ryba
Teresa Ryba
Download