Electrotehnică II - capitolul 4

4 Câmpul magnetic

4.1 Inductia magnetica

Experienta arata ca între conductoarele parcurse de curenti electrici se exercita forte, cu caracteristici diferite fata de fortele electrice. Spre exemplu, între doua conductoare rectilinii, paralele, foarte lungi, parcurse de curentii i1 respectiv i2, apar forte sunt de atractie daca curentii au acelasi sens, respectiv de respingere în caz contrar. Fortele au directia reprezentata în Fig.1, sunt egale ca marime si opuse ca sens.

Fig.1

Se constata experimental ca modulul fortei F21, care se exercita asupra unei portiuni de lungime l din conductorul 2, este de forma

Marimea B1, depinde numai de curentul i1 si de pozitia în care este plasat conductorului 2 fata de conductorul 1. La un curent i1 dat, B1 este o functie de punct, la fel ca si E din câmpul electric.

Aceasta experienta, precum si multe altele, au condus la concluzia ca un conductor parcurs de curent electric produce un câmp, numit câmp magnetic, caracterizat printr-un vector numit inductie magnetica B. În SI [B]=N/(A.m)=T ( tesla).

Forta care se exercita între conductoarele parcurse de curent electric este un rezultat al unei forte mai fundamentale, numita forta Lorentz. Astfel, experienta arata ca daca o sarcina punctiforma q se deplaseaza într-un câmp magnetic, atunci asupra ei câmpul exercita o forta

(1)

unde v este viteza sarcinii q într-un punct arbitrar din câmp, iar B vectorul inductie magnetica din punctul respectiv. Cei trei vectori- v, B si F –sunt corelati astfel (Fig.2) :

- v si B determina un plan, pe care este perpendicular F;

- sensul lui F coincide cu sensul de înaintare al unui burghiu drept, rotit de la v catre B pe drumul cel mai scurt (daca q >0).

Fig.2

Daca într-o regiune exista atât un câmp electric – pus în evidenta, de exemplu, prin forta electrica F=qE simtita de sarcina q aflata în repaus- cât si un câmp magnetic – pus în evidenta, spre exemplu, prin forta Lorentz simtita de sarcina q aflata acum în miscare, atunci forta exercitata asupra sarcinii aflata în miscare este

Pe lânga conductoarele parcurse de curent electric, mai produc câmp magnetic anumite substante si chiar câmpul electric, daca este variabil în timp.

4.2 Vectorul magnetizatie. Curenti legati

Experienta arata ca prin introducerea unui corp într-un câmp magnetic, acesta se magnetizeaza, devenind el însusi o sursa de câmp magnetic. Modul în care se magnetizeaza diferitele materiale este determinat de structura lor atomica si difera sensibil de la o clasa de materiale la alta.

Magnetizarea unui corp poate fi explicata folosind ca model dipolul magnetic. Acesta este o mica bucla conductoare, parcursa de curent electric, care produce câmp magnetic, iar daca este introdusa într-un câmp magnetic exterior, sufera forte si momente mecanice din partea acestuia. O comportare similara o are si un mic corp magnetizat. Comportarea magnetica a dipolului magnetic este determinata de marimea vectoriala m=IDSn, numita moment magnetic dipolar, unde DS este aria buclei, I curentul care o parcurge, iar n este versorul normalei la suprafata buclei, asociat cu I prin regula burghiului drept). Unitatea de masura pentru m este A.m2.

Fig.1 Fig.2

Acest model este sugerat de faptul ca la nivel microscopic miscarea orbitala a electronilor unui atom poate fi vazuta ca un curent circular. Ulterior s-a descoperit ca la momentul magnetic al atomului mai contribuie si miscarea de spin a electronilor, respectiv a nucleului. Momentul magnetic m este rezultanta tuturor acestor contributii.

Comportamentul magnetic al unui corp este echivalent cu al unui ansamblu de dipoli magnetici microscopici, distribuiti în vid în locul corpului respectiv. În absenta unor actiuni exterioare, dipolii sunt orientati aleator si ca urmare câmpul magnetic rezultant produs de acestia nul. În prezenta unui câmp magnetic, sub actiunea fortelor exercitate de acesta, dipoli se rotesc astfel încât momentele lor magnetice sa se alinieze dupa directia câmpului magnetic aplicat. Ca urmare, câmpurile individuale ale dipolilor magnetici se întaresc reciproc, rezultând un câmp magnetic diferit de zero, respectiv corpul se magnetizeaza( Fig.2).

Vectorul magnetizatie

Starea de magnetizare a unui corp este caracterizata prin marimea vectoriala M, numita magnetizatie, definita prin relatia