Магнетно поље

Струја која тече кроз проводник ствара магнетно поље око проводника. Поље је оријентисано на основу правила десне руке.
Hans Christian Ørsted, Der Geist in der Natur, 1854

Магнетно или магнетско поље је нарочито физичко стање у околини покретног наелектрисања које се видно манифестује у појави физичке силе која делује на наелектрисање унесено у такво поље. Магнетно поље је неизбежан пратилац и главни симптом постојања електричне струје и кретања електричног оптерећења уопште. Магнетно поље је нераскидиво повезано за свако кретање електрицитета, макроскопско и микроскопско. Ово важи и за кретање електрона у атомима као и за вртњу електрона око сопствене осе (спин). [1] [2]

Магнетсно поље је толико блиско повезано са појавом електричног поља да се говори о јединственом, електромагнетном пољу. У магнетном пољу делују магнетне силе које су један појавни облик сложене, дуалне, електроматнетне силе. Ово је описано Максвеловим једначинама.

Магнетно поље, као простор у коме се осећа дејство магнетне силе, је примећено још у античким временима око сталних магнета, а тек је у XIX веку откривена повезаност са електричном струјом. Ову везу је открио дански физичар Ерстед 1819. године приметивши да у близини проводника кроз који протиче електрична струја делује сила која помера иглу компаса. До тог момента су се магнетне особине објашњавале постојањем посебног магнетног флуида кога су садржавале феромагнетне супстанце, односно магнетним оптерећењима, на сличан начин као што постоје електрична оптерећења. Француски физичар Ампер је у експериментима између 1820 и 1825. године измерио однос између електричне струје и јачине магнетне силе. [3] агнетном пољу је наставио Фарадеј, а коначно теоријско утемељење је у својим радовима поставио Максвел.

Магнетно поље је векторско поље: свака тачка поља може се описати вектором који може бити променљив у времену. Правац поља је једнак правцу уравнотеженог магнетног дипола (као на пример игла компаса) постављеног у пољу.

Дефиниција

Лоренцове трансформације сферно симетричног електричног поља Е покретног наелектрисања (на пример, електрично поље електрона који се креће у проводнику) из референтног система наелектрисања у референтни систем непокретног посматрача резултује следећим:

што називамо „магнетним пољем“ и за то користимо симбол B ради математичке једноставности [4] [5] (један симбол уместо седам).

Као што се види из дефиниције, јединица магнетног поља је њутн-секунд по кулон-метру (или њутн по ампер-метру) и назива се тесла.

Као и електрично поље, магнетно поље је извор силе која делује на наелектрисања — али само на покретна наелектрисања:

где је

F сила мерена у њутнима
векторски производ
количина наелектрисања, мерено кулонима, на које делује магнетно поље
брзина наелектрисања , мерено у метрима у секунди

Пошто је магнетно поље релативистички производ Лоренцових трансформација, сила које оно ствара назива се Лоренцова сила.

Сила услед магнетног поља је различита у различитим референтним системима—покретно магнетно поље пресликава се делом или у потпуности у електрично поље услед Лоренцових трансформација. Ово резултује Фарадејевим законом електромагнетне индукције.

Магнетно поље тока (струје) наелектрисаних честица

Мењајући у дефиницији магнетног поља:

са електричним пољем тачкастог наелектрисања (видети Кулонов закон) [6]

добија се једначина електромагнетног поља покретног наелектрисања:

што се обично назива Био-Саваров закон.

Овде је:

налектрисање у покрету, мерено кулонима, које ствара магнетно поље
v брзина наелектрисања , мерено метрима у секунди, које ствара магнетно поље B
B магнетно поље мерено у теслама.

Лоренцова сила на део проводника

Интегришући Лоренцове силе на поједине наелектрисане честице у струји наелектрисаних честица добија се као резултат Лоренцова сила на део проводника који проводи електричну струју:

где је

F = сила (њутн)
B = магнетна индукција (тесла)
l = дужина сегмента проводника за који се рачуна сила (метар)
i = струја у жици (ампер)

У једначини изнад, вектор струје i је вектор са интензитетом једнаким скаларној струји, i, и правцем и смером који се поклапа са проводником и смером у ком струја тече кроз проводник.

Такође се уместо струје, сегмент проводника l може сматрати вектором.

Векторски прорачуни

Раздвајање електричног поља покретног наелектрисања на стационарну електричну и стационарану магнетну компоненту (посматрано из угла стационарног посматрача)—што се уобичајено обележава са E и B [7] — замењује комплексне Ајнштајнове релативистичке једначине трансформације поља са компактнијим и елегантнијим математичким изразима познатијим као Максвелове једначине. Две од њих које описују магнетно поље су:

где је:

- оператор ротора
- оператор дивергенције
- пермеабилност вакуума
- густина струје
- парцијални извод
- пермитивност вакуума
- електрично поље
- време

Прва једначина је позната као Амперов закон са Џејмс Клерк Максвеловом исправком. Други члан ове једначине (Максвелова исправка) нестаје у случају стационарних (сталних у времену) система. Други члан показује да магнетно поље може постојати искључиво под утицајем променљивог електричног поља, чак и када не постоје покретни извори наелектрисања. Пример су електромагнетни таласи. Друга једначина показује да магнетно поље нема изворност, односно да линије магнетног поља немају почетак већ се затварају саме у себе. Ово су две од четири Максвелове једначине, написане у диференцијалном облику.

други језици
Afrikaans: Magneetveld
Alemannisch: Magnetfeld
العربية: حقل مغناطيسي
aragonés: Campo magnetico
asturianu: Campu magnéticu
azərbaycanca: Maqnit sahəsi
Bahasa Indonesia: Medan magnet
Bahasa Melayu: Medan magnet
български: Магнитно поле
Basa Sunda: Médan magnétik
беларуская: Магнітнае поле
беларуская (тарашкевіца)‎: Магнітнае поле
bosanski: Magnetno polje
Cymraeg: Maes magnetig
čeština: Magnetické pole
dansk: Magnetfelt
Deutsch: Magnetfeld
Esperanto: Magneta kampo
estremeñu: Campu manéticu
Fiji Hindi: Magnetic field
עברית: שדה מגנטי
hrvatski: Magnetsko polje
interlingua: Campo magnetic
íslenska: Segulsvið
italiano: Campo magnetico
日本語: 磁場
қазақша: Магнит өрісі
Kiswahili: Uga sumaku
한국어: 자기장
Kreyòl ayisyen: Chan mayetik
македонски: Магнетно поле
မြန်မာဘာသာ: သံလိုက်စက်ကွင်း
Nederlands: Magnetisch veld
Nordfriisk: Magneetisk fial
norsk: Magnetfelt
norsk nynorsk: Magnetfelt
occitan: Camp magnetic
oʻzbekcha/ўзбекча: Magnit maydon
português: Campo magnético
română: Câmp magnetic
русиньскый: Маґнетічне поле
Simple English: Magnetic field
slovenčina: Magnetické pole
slovenščina: Magnetno polje
srpskohrvatski / српскохрватски: Magnetno polje
svenska: Magnetfält
татарча/tatarça: Магнит кыры
Tiếng Việt: Từ trường
Türkçe: Manyetik alan
українська: Магнітне поле
中文: 磁場
粵語: 磁場