Magnetické pole elektrického prúdu je fascinujúci jav, ktorý objavil v roku 1820 Hans Christian Oersted. Jeho experiment po prvýkrát preukázal, že elektrické a magnetické javy nie sú oddelené, ale úzko súvisia. Predstavte si svet, kde prúd v drôte dokáže pohnúť kompasovou strelkou – presne to Oersted zistil, a tým otvoril dvere k pochopeniu elektromagnetizmu. Tento článok vám pomôže lepšie pochopiť charakteristiky a princípy magnetického poľa, ktoré vzniká okolo vodiča s prúdom aj v cievke.
História a Oerstedov objav magnetického poľa elektrického prúdu
Pred rokom 1820 boli elektrické a magnetické javy skúmané oddelene. Oerstedov pokus, ktorý si môžete ľahko zopakovať, priniesol prelom. Zistil, že elektrický prúd prechádzajúci vodičom vychyľuje magnetku kompasu.
Vieme, že magnetka reaguje na prítomnosť magnetického poľa a v zemskom magnetickom poli ju využívame na určovanie svetových strán. Akúkoľvek odchýlku od severo-južného smeru môže spôsobiť iné magnetické pole – napríklad to, ktoré vzniká okolo vodiča s prúdom.
Oersted si všimol, že keď vodičom, ktorý bol nad magnetkou položenou v severo-južnom smere, prechádzal elektrický prúd, magnetka sa pootočila. Zostala v novej polohe, pokiaľ prúd tiekol. To bol jasný dôkaz existencie magnetického poľa v okolí vodiča s elektrickým prúdom.
Magnetické pole v okolí priameho vodiča s prúdom
V okolí každého priameho vodiča, ktorým prechádza elektrický prúd, vzniká magnetické pole. Toto pole možno vizualizovať pomocou oceľových pilín.
Ak na podložku, ktorej stredom prechádza vodič s prúdom, nasypete oceľové piliny, usporiadajú sa do sústredných kružníc. Tieto kružnice predstavujú indukčné čiary magnetického poľa. Pri Oerstedovom pokuse slúžila na dôkaz tohto poľa vychýlená magnetka.
Ďalší dôkaz existencie magnetického poľa spočíva v interakcii s tyčovým magnetom. Ak sa v blízkosti vodiča s prúdom nachádza tyčový magnet, magnetická sila pôsobí na vodič, akoby ho chcela vytlačiť na jednu stranu. Smer tejto sily závisí od pripojenia koncov vodičov na svorky zdroja, teda od smeru prúdu.
Magnetické pole cievky s prúdom
Oveľa silnejšie magnetické pole než priamy vodič dokáže vytvoriť cievka s elektrickým prúdom. Cievka je zhotovená z izolovaného vodiča navinutého na valčeku, napríklad z plastu alebo tvrdého papiera. Jej schematická značka je znázornená ako rad oblúkov. Viac o cievkach nájdete na Wikipédii.
Cievka, ktorou prechádza elektrický prúd, sa správa podobne ako tyčový magnet. Magnetické sily od jednotlivých závitov sa skladajú a vytvárajú spoločné, silné magnetické pole. Oceľové piliny v okolí cievky vytvoria podobné reťazce ako pri tyčovom magnete.
Intenzita magnetického poľa cievky
Účinky magnetického poľa cievky závisia predovšetkým od dvoch faktorov:
- Veľkosť elektrického prúdu, ktorý ňou prechádza.
- Počet závitov cievky.
Medzi veľkosťou elektrického prúdu a účinkami magnetického poľa cievky existuje priama úmernosť. Čím je elektrický prúd väčší, tým sú účinky magnetického poľa silnejšie. Podobne, ak nahradíme cievku s 300 závitmi cievkou so 600 závitmi (pri rovnakom prúde), magnetické pole bude dvakrát silnejšie.
Magnetické pole cievky je najintenzívnejšie v jej vnútri.
Pravidlo pravej ruky pre cievku
Na určenie magnetických pólov cievky (severného a južného) sa používa pravidlo pravej ruky:
- Cievku uchopíme do pravej ruky.
- Ohnuté prsty ukazujú smer elektrického prúdu v jej závitoch.
- Vystretý palec, rovnobežne s osou cievky, ukazuje na jej severný pól.
Je dôležité si uvedomiť, že ak sa zmení smer prúdu v cievke, zmenia sa aj jej magnetické póly. To znamená, že severný pól sa stane južným a naopak.
Znázornenie magnetického poľa
Magnetické pole, či už okolo priameho vodiča alebo cievky, znázorňujeme pomocou indukčných čiar. Pri cievke sú indukčné čiary znázornené v reze pozdĺž osi, no v skutočnosti sa magnetické pole nachádza v celom priestore okolo cievky, nie je len ploché.
Často kladené otázky (FAQ)
Čo objavil Oersted a prečo je to dôležité?
Hans Christian Oersted objavil v roku 1820, že elektrický prúd vytvára magnetické pole. Zistil, že elektrický prúd prechádzajúci vodičom vychyľuje magnetku kompasu. Tento objav je kľúčový, pretože ukázal priamu súvislosť medzi elektrickými a magnetickými javmi, čo viedlo k rozvoju elektromagnetizmu a je základom pre mnohé moderné technológie.
Ako môžem vizualizovať magnetické pole okolo vodiča s prúdom?
Magnetické pole okolo priameho vodiča s elektrickým prúdom možno vizualizovať pomocou oceľových pilín. Ak sa piliny nasypú na podložku, ktorej stredom prechádza vodič s prúdom, usporiadajú sa do sústredných kružníc, ktoré predstavujú indukčné čiary magnetického poľa.
Od čoho závisí sila magnetického poľa cievky?
Sila magnetického poľa cievky závisí od dvoch hlavných faktorov: od veľkosti elektrického prúdu, ktorý ňou prechádza, a od počtu jej závitov. Čím väčší je prúd a čím viac má cievka závitov, tým silnejšie je jej magnetické pole. Medzi týmito veličinami a účinkami magnetického poľa je priama úmernosť.
Ako určiť póly cievky s prúdom?
Póly cievky s elektrickým prúdom možno určiť pomocou pravidla pravej ruky. Ak uchopíte cievku do pravej ruky tak, aby ohnuté prsty ukazovali smer prúdu v závitoch, vystretý palec, rovnobežne s osou cievky, bude ukazovať na jej severný magnetický pól. Ak sa smer prúdu zmení, zmenia sa aj póly cievky.