Magneettikenttä

H-kenttä

Fyysikot voivat sanoa, että kahden magneetin väliset voimat ja vääntömomentit johtuvat siitä, että magneettinavat hylkivät tai vetävät toisiaan puoleensa. Tämä on kuin Coulombin voima, joka hylkii samoja sähkövarauksia tai vetää puoleensa vastakkaisia sähkövarauksia. Tässä mallissa magneettinen H-kenttä syntyy magneettisista varauksista, jotka ovat "levittäytyneet" kummankin navan ympärille. H-kenttä on siis kuin sähkökenttä E, joka alkaa positiivisesta sähkövarauksesta ja päättyy negatiiviseen sähkövaraukseen. Lähellä pohjoisnapaa kaikki H-kentän viivat osoittavat poispäin pohjoisnavasta (riippumatta siitä, onko magneetin sisällä vai ulkona), kun taas lähellä etelänapaa (riippumatta siitä, onko magneetin sisällä vai ulkona) kaikki H-kentän viivat osoittavat kohti etelänapaa. Pohjoisnapa tuntee siis voiman H-kentän suuntaan, kun taas etelänapaan kohdistuva voima on H-kentän suuntainen.

Magneettinapamallissa magneettinen dipoli m muodostuu kahdesta vastakkaisesta magneettinavasta, joiden napaisuus on qm ja jotka on erotettu toisistaan hyvin pienellä etäisyydellä d siten, että m = qm d.

Valitettavasti magneettinavat eivät voi olla erillään toisistaan. Kaikissa magneeteissa on pohjois-eteläsuuntaiset parit, joita ei voi erottaa toisistaan ilman, että luodaan kaksi magneettia, joissa kummassakin on pohjois-eteläsuuntainen pari. Magneettinavat eivät myöskään selitä sähkövirtojen synnyttämää magnetismia eivätkä sitä voimaa, jonka magneettikenttä aiheuttaa liikkuviin sähkövarauksiin.

Magneettinapamalli : kaksi vastakkaista napaa, pohjoinen (+) ja eteläinen (-), jotka on erotettu toisistaan etäisyydellä d, tuottavat H-kentän (linjat).

H-kenttä ja magneettiset materiaalit

H-kenttä määritellään seuraavasti:

H ≡ B μ 0 - M , {\displaystyle \mathbf {H} \ \equiv \ {\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} ,} (H:n määritelmä SI-yksiköissä)

Tällä määritelmällä Ampereen laki on:

∮ H ⋅ d ℓ = ∮ ( B μ 0 - M ) ⋅ d ℓ = I t o t - I b = I f {\displaystyle \oint \mathbf {H} \cdot d{\boldsymbol {\ell }}=\point \left({\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} \right)\cdot d{\boldsymbol {\ell }}=I_{\mathrm {tot} }-I_{\mathrm {b} }=I_{\mathrm {f} }}

jossa _If edustaa silmukan ympäröimää "vapaata virtaa", joten H:n viivaintengaali ei riipu lainkaan sidotuista virroista. Katso tämän yhtälön differentiaaliekvivalentti Maxwellin yhtälöistä. Ampereen laki johtaa reunaehtoon:

H 1 , ∥ - H 2 , ∥ = K f , {\displaystyle H_{1,\parallel }-H_{2,\parallel }=\mathbf {K} _{\text{f}},}

jossa _Kf on pinnan vapaa virran tiheys.

Vastaavasti H:n pintaintegraali millä tahansa suljetulla pinnalla on riippumaton vapaista virroista ja poimii "magneettiset varaukset" suljetulta pinnalta:

∮ S μ 0 H ⋅ d A = ∮ S ( B - μ 0 M ) ⋅ d A = ( 0 - ( - q M ) ) = q M , {\displaystyle \oint _{S}\mu _{0}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =\point _{S}(\mathbf {B} -\mu _{0}\mathbf {M} )\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},}

joka ei riipu vapaista virroista.

H-kenttä voidaan siis jakaa kahteen itsenäiseen osaan:

H = H 0 + H d , {\displaystyle \mathbf {H} =\mathbf {H} _{0}+\mathbf {H} _{d},\,}

jossa H0 on ainoastaan vapaiden virtojen aiheuttama magneettikenttä ja Hd on ainoastaan sidottujen virtojen aiheuttama demagnetointikenttä.

Magneettinen H-kenttä muuntaa siis sidotun virran "magneettisten varausten" muodossa. H-kentän linjat kiertävät vain "vapaan virran" ympärillä, ja toisin kuin magneettinen B-kenttä, se alkaa ja päättyy myös magneettisten napojen läheisyydessä.

Aiheeseen liittyvät sivut

• Ferromagnetismi
• Magneettivuo
• Magneettinen momentti