Ajalooliselt oli see esimene magnetilise jõu seadus.

Παρουσίαση με θέμα: "Ajalooliselt oli see esimene magnetilise jõu seadus."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ajalooliselt oli see esimene magnetilise jõu seadus.
12.5. Ampere’i seadus. Ajalooliselt oli see esimene magnetilise jõu seadus. Lorentzi jõu magnetiline komponent, mõjudes üksikule liikuvale laengule, annab vooluga juhtmele summaarse jõu. YFR loeng

2 u-laengu kiirus juhi suhtes
ρ- laengu ruumtihedus Ruumielemendi laeng. YFR loeng

3 Ampere’i seadus Vasaku käe reegel. Kehtib Ampere’i jõu ja Lorentzi jõu magnetilise komponendi kohta. YFR loeng

4 Näide: paralleelsete vooludega juhtmete vahel mõjuv jõud.
Vaatame ühikulise pikkusega lõiku. Iga vooluelement juhtmes 2 asub magnetväljas, mis on tekitatud juhtme 1 voolu poolt. YFR loeng

5 YFR loeng

6 Kui voolud on vastupidised, siis ka jõud vastupidised eelmisele.
Kui juhtmed on erinevate potentsiaalide all, siis mõjub ka kokkutõmbav elektriline jõud. Voolutugevuse ühik 1A YFR loeng

7 Külgedele a jõudu ei mõju.
12.6. Homogeenses magnetväljas vooluga kontuurile mõjuv jõud. Vooluga kontuuri magnetmoment. Vaatame lihtsuse mõttes ristkülikukujulist vooluga kontuuri ja asend magnetinduktsiooni vektori suhtes nii nagu joonisel. Külgedele a jõudu ei mõju. Jõud püüab kontuuri pöörata nii, et kontuuri normaal ühtiks magnetinduktsiooni vektoriga. YFR loeng

8 Kontuurile mõjub jõumoment. Leiame selle.
Definitsiooni järgi. On kaks külge. YFR loeng

9 Vooluga kontuuri magnetmoment. Ei sõltu kontuuri kujust.
YFR loeng

10 Vooluga kontuurile mõjuv jõumoment on suurim, kui sinα=1,
ja null, kui sinα=0 Seega kontuur pöördub seni kuni kontuuri magnetmomendi suund ühtib magnetinduktsiooni vektori suunaga. Nii käitub ka püsimagnet, mis lubab ka püsimagnetile omistada ekvivalentse magnetmomendi. Seega püsimagnetile võb omistada ka ekvivalentse voolu, mis on tekitatud aatomite elektronide poolt YFR loeng

11 12.7. Töö vooluga sirgjuhtme ja vooluga kontuuri nihkumisel homogeenses magnetväljas.
Magnetväljas mõjub vooluga juhtmele Ampere’i jõud. Kui juhe pole kinnitatud, siis saab see nihkuda. Seega magnetväli teeb tööd vooluga juhtme nihutamisel. dS YFR loeng

12 Leiame töö elementaarnihkel:
On magnetvoo muut. Pindala muut on siin vektor, mille suund määratakse kruvireegliga. Pinda ümbritseva kontuuri läbime päripäeva ja koos sellega pöörame kruvi. Joonisel on siis dS vektor suunatud joonise sisse. YFR loeng

13 Kui on lõplik nihe, siis integraal.
On üleni algebraline võrrand ja mugav kasutada. Kehtib igasuguse magnetinduktsiooni korral ja igasuguse juhtme korral. Kui on lõplik nihe, siis integraal. Töö vooluga kontuuri nihutamisel homogeenses magnetväljas. Kontuuri võib mõttes jaotada lõikudeks dl ja rakendada töö arvutamiseks sirgjuhtme töö arvutamise valemit. Olgu kontuur joonise tasapinnas ja nihkub asendist 1 asendisse 2. Nihe lõpmata väike. YFR loeng

14 Vaatame kahe juhtmelõigu liikumist: AKH ja HGA
Amper’i jõud teevad tööd: YFR loeng

15 on voog läbi kontuuri lõppasendis.
Jõud, mis on rakendatud lõigule HGA moodustab nihkega teravnurga ja seega dA2>0. on voog läbi kontuuri lõppasendis. Jõud, mis on rakendatud lõigule AKH moodustab nihkega nürinurga ja seega dA1<0. YFR loeng

16 Magnetvoo muut sirgjuhtme liikumisel on tingitud läbitud teest.
Saime sama valemi nagu sirgjuhtme liikumisel tehtava töö arvutamisel, kuid magnetvoo muudud on erineva tähendusega. Magnetvoo muut sirgjuhtme liikumisel on tingitud läbitud teest. Magnetvoo muut vooluga kontuuri liikumisel on tingitud kontuuri asendi muudust ehk pöördumisest magnetinduktsiooni vektori suhtes. YFR loeng

17 Kui kontuur ei pöördu siis:
Ühine on aga see, et tööd tehakse alati ainult siis, kui on olemas voo muutus. Kui kontuur ei pöördu siis: Kogu töö arvutatakse kui integraal. Kõlbab igaks elujuhtumiks, sest voo avaldis sisaldab kõiki detaile nii juhtme kui ka kontuuri jaoks. YFR loeng

18 Töö vooluga kontuuri pöördumisel magnetväljas
Töö vooluga kontuuri pöördumisel magnetväljas. Omab tähtsat rakenduslikku väljundit. Mootorid, magnetid, generaatorid, ainete uurimine magnetresonantsi meetodil, meditsiin, kriminalistika, geeniuuringud... Aluseks: ja S YFR loeng

19 Nii töötab elektrimootor ja vastupidi generaator.
Antud juhul on töö positiivne. Võib öelda, et miski tegi tööd. Vastupidisel pööramisel oleks töö negatiivne. Vaadates töö avaldist, näeme kahte tegurit voolu ja magnetvoo muutu. Mille arvel siis tööd tehakse? Tööd tehakse vooluallika e.m.j. Arvel, mis hoiab voolu kontuuris konstantsena. Nii töötab elektrimootor ja vastupidi generaator. YFR loeng

20 13. Magnetväli aines 13.1. Magneetuvus. Magnetväljatugevus, magnetiline vastuvõtlikkus, magnetiline läbitavus. On keeruline, sest peab arvestama aine üldiste omadustega ja eriliste omadustega. Primaarne mõiste on molekulaarvool ja sellega kaasnev magnetmoment. Vaatame seda klassikalisest seisukohast. Molekulaarvooludest on osa seotud elektroni orbitaalse liikumisega ja osa spinniga. Molekulaarvool on klassikalise mudeliga väga hästi arvestatav. See tähendab, et me omistame vastavalt aine magnetilistele omadustele vastva suurusega molekulaarvoolu. YFR loeng

21 Kogu ainetüki magnetmoment.
Olgu mingil põhjusel ainetükis orienteeritud magnetmomendid. Olgu ainetükk ruumalaga V. Kogu ainetüki magnetmoment. Ruumiühiku magnetmoment. Saame erinevaid aineid juba võrrelda. Magneetuvus. YFR loeng

22 molekulaarvoolude ehk mikrovoolude komponent
Üldjuhul koosneb magnetinduktsioon ainet sisaldavas ruumiosas kahest komponendist: molekulaarvoolude ehk mikrovoolude komponent makrovoolude (mähised ja muud välised magnetväljad) komponent. Makrovoolude komponenti oskame arvestada. Mikrovoolude oma mitte ja seda asume uurima. Toome sisse abimõiste-magnetväljatugevuse. Seome selle makrovoolude magnetinduktsiooniga. YFR loeng

23 Olgu ainetükk (magneetik s. o
Olgu ainetükk (magneetik s.o. magneetuv aine) silindrikujuline pikkusega l ja ristlõikepindalaga S ja ruumalaga V. Selle silindri seesmises osas mikrovoolud kompenseerivad üksteist. Ainult silindri välispinnal on kompenseerimata vool. See meenutab voolu solenoidis. YFR loeng

24 Vaatame silindrit kui ühekeerulist solenoidi.
I’ on molekulaarvoolu summaarne tugevus ainetükis. Molekulaarvoolude magnetmoment ehk ainetüki magnetmoment: YFR loeng

25 Mikrovoolude magnetinduktsioon on aine magneetuvus
Mikrovoolude magnetinduktsioon on aine magneetuvus. Iseasi on kuidas seda mõõta. Saab üsna hästi. See on magnetinduktsioon aines. YFR loeng

26 Magneetuvusel ja magnetväljatugevusel sama dimensioon ja ühik.
Eksperimentaalselt: Suur hii Aine magnetiline vastuvõtlikkus. YFR loeng

27 Suhteline magnetiline läbitavus
Suhteline magnetiline läbitavus. On analoogne suhtelise dielektrilise läbitavusega. Oli: Suhteline magnetiline läbitavus näitab mitu korda erineb magnetinduktsioon aines magnetinduktsioonist vaakumis. YFR loeng

28 Milleks on siis vaja veel magnetväljatugevust? Vaatame.
See on aines. Kasutades suhtelist magnetilist läbitavust on kerge näha, et magnetväljatugevus vaakumi võrdub magnetväljatugevusega aines. See on vaakumis. Seega magnetväljatugevus on kasulik abisuurus, millega seotakse väli vaakumis väljaga aines. YFR loeng

29 Magneetikute üldine iseloomustus.
1) Diamagneetikud. Magnetiline vastuvõtlikkus χ on negatiivne ja väike ja konstantne. Ainult ülijuhis on see täpselt –1. 2) Paramagneetikud. Magnetiline vastuvõtlikkus χ on positiivne ja väike ja konstantne. 3) Ferromagneetikud. Magnetiline vastuvõtlikkus χ on positiivne ja suur ja sõltub välisest väljatugevusest. YFR loeng

30 Dia- ja paramagneetikud.
Kõik ained on magneetikud. See tähendab, et nad on võimelised magneetuma välises magnetväljas. Vaatame suvalise aatomi suvalist elektroni välises magnetväljas klassikaliselt. YFR loeng

31 Nn. Lenz’i reegli tõttu on see:
Välises väljas hakkab elektroni orbiit vurritaoliselt pretsesseeruma nii, et nurk magnetmomendi aj välja suuna vahel säilib. Niisugune liikumine on ekvivalentne lisaringvoolu ΔI tekkele, millega kaasneb lisamagnetmoment. Nn. Lenz’i reegli tõttu on see: Kõikide aatomite koostisse kuuluvate elektronide lisamagnetmomendid summeeruvad ja kokkuvõttes väheneb aines magnetinduktsioon võrreldes välise välja magnetinduktsiooniga. See on nn. diamagnetiline effekt Bi, Ag, Au, Cu, C Erinevused siin. YFR loeng

32 Suurim on see effekt ülijuhis, kus slle loovad vabad elektronid.
Diamagnetiline effekt on omane kõikidele aatomitele. See on siiski jälgitav ainult siis, kui aatom ei oma magnetmomenti ilma välise väljata. Suurim on see effekt ülijuhis, kus slle loovad vabad elektronid. Messner- Oxenfeld’i effekt Magnetväli tõrjutakse ülijuhi ruumalast välja. Enamasti maskeerub diamagnetiline effekt sellest kümme korda suurema paramagnetilise effektiga, mis on tingitud magnetmomenti omavate aatomite magnetmomentide orienteerumisega välise välja sihis. Seda segab soojusliikumine. YFR loeng

33 Paramagneetikutel: Pt, Al Siin on erinevused. YFR loeng

34 Ferromagneetikud. Neile on iseloomulik spontaanne magneetuvus. Nad on püsimagnetid. Ja mõned sulamid. Ferromagnetism pole klassikalise füüsikaga põhjendatav. YFR loeng

35 YFR loeng

36 YFR loeng

37 Curie punkt: temperatuur, mille juures ferromagneetik kaotab omadused.
Magnetostriktsioon. Domeenstruktuur. Barkhausen’i effekt-katse. YFR loeng