ELEKTROMAGNETICKÉ BLUDIŠTĚ – MOTIVACE
Magnetické pole je fenomén, který poznáváme od dětství, kdy jsme si na lednici lepili magnetické obrázky, učili se zacházet s kompasem nebo si jen hráli s magnety a byli fascinováni jejich silou. Na základní škole nám ukázali jednoduchý experiment. Nad tyčový magnet dala paní učitelka papír s železnými pilinami a zatřásla s ním. Piliny se uspořádaly do nádherných obrazců. Vynořily se linie, kterým říkáme magnetické siločáry, přesněji magnetické indukční čáry. Každá zdroj magnetického pole má indukční čáry dvojího druhu. Jedny, které se do zdroje vracejí, těm říkáme uzavřené siločáry a druhé, které se do zdroje nikdy nevrátí, těm říkáme otevřené siločáry. Otevřené siločáry se napojují na siločáry z jiných zdrojů. U tyčového magnetu nebo magnetické střelky kompasu jde o siločáry vycházející z konců. Ty se napojují na siločáry magnetického pole Země. Právě proto střelka kompasu „ví“, kde je sever, a míří k němu.
Samotné magnetické pole vzniká tam, kde se pohybují nabité částice. Jeho vznik popisují Maxwellovy rovnice elektrodynamiky. V permanentních magnetech není zdrojem pole pohyb částic, ale částice samotné. Jejich nenulový spin vytváří elementární magnetické dipóly, z nichž se skládá makroskopické pole. Nabité částice reagují na magnetické pole a působí na ně tzv. Lorentzova síla. Ta míří kolmo na siločáry magnetického pole a kolmo na rychlost pohybu částic. Právě tento fakt je velmi nezvyklý. U gravitačního i elektrického pole jsme si zvykli, že síly působí na spojnici částic. Zde je tomu zcela jinak. Pokud se nabitá částice pohybuje, působí síla, která je kolmá jak na směr jejího pohybu, tak na magnetické siločáry. Výsledkem je zakřivování trajektorie nabité částice, ta krouží po šroubovici podél magnetických siločar. Magnetické pole nemění energii částic, ale směr jejich pohybu. Nabité částice pohybující se po šroubovicích vyzařují elektromagnetický signál. To umožňuje u astronomických objektů, jako je například Slunce, zviditelnit siločáry za pomoci pohybu elektronů. Místo magnetických pilin nám siločáry zviditelní kroužící elektrony.
Magnetické siločáry slunečního pole zobrazené v UV oboru kroužícími elektrony. Sonda TRACE.
Pohyb nabitých částic v magnetickém poli může být velmi komplikovaný. Nejjednodušším pohybem je krouživý pohyb kolem siločar. Částice se ale v přítomnosti dalšího pole mohou vydat kolmo na obě pole, pak říkáme, že částice driftují. V oblasti silnějšího pole může dojít k odrazu částic, tomuto jevu říkáme magnetické zrcadlo. Výukový modul, který jste právě otevřeli, se Vás pokusí formou hry seznámit s pohyby nabitých částic v magnetických polích.
• • •
Tyto materiály vznikly v rámci projektu OPPA CZ.2.17/3.1.00/33306 Inovace předmětů a studijních materiálů pro e-learningovou výuku v prezenční a kombinované formě studia.
Evropský sociální fond
Praha & EU:
Investujeme do vaší budoucnosti