Pe scurt
Magnetismul este o interacțiune fundamentală a naturii, manifestată prin forțe între corpuri cu sarcină electrică în mișcare. Câmpul magnetic este o regiune din spațiu unde particulele încărcate în mișcare sau conductorii parcurși de curent electric experimentează o forță. Câmpul electromagnetic unifică câmpul electric și câmpul magnetic, descris de ecuațiile lui Maxwell, propagându-se sub formă de unde electromagnetice cu viteza luminii.
Câmpul magnetic și caracteristicile sale
Câmpul magnetic este o zonă din spațiu în care o particulă încărcată electric în mișcare sau un conductor parcurs de curent electric experimentează o forță. Acesta se caracterizează prin:
- Vectorul inducție magnetică (B) – măsurat în Tesla (T)
- Liniile de câmp sunt închise, ieșind din polul Nord al unui magnet și intrând în polul Sud
- Cauza câmpului magnetic o constituie curenții electrici (convectivi sau de conducție)
- Este descris de legea Biot-Savart și legea lui Ampere
Formula câmpului magnetic pentru un conductor rectiliniu
Pentru un conductor rectiliniu parcurs de curent
I, modulul câmpului magnetic la distanța
r de conductor este:
- **B = μ₀ * I / (2πr)
- μ₀ = 4π * 10⁻⁷ T·m/A – permeabilitatea magnetică a vidului
Câmpul electromagnetic
Câmpul electromagnetic reprezintă unificarea câmpului electric și a câmpului magnetic, descrisă de ecuațiile lui Maxwell:
- Orice câmp electric variabil în timp generează un câmp magnetic
- Orice câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric
- Se propagă sub formă de unde electromagnetice cu viteza luminii în vid (c ≈ 3 * 10⁸ m/s)
Forța Lorentz
Forța Lorentz acționează asupra unei sarcini q care se mișcă cu viteza v într-un câmp magnetic B:
- F = q * (v × B)
- Dacă sarcina se află și sub acțiunea unui câmp electric E, forța totală devine: F = q(E + v × B)
Fenomene și aplicații la nivel liceal
- Interacțiunea curent-curent
- Mișcarea particulelor încărcate în câmp magnetic (traiectorii circulare sau elicoidale)
- Inducția electromagnetică – legea lui Faraday și legea lui Lenz
- Generarea curentului alternativ
- Aplicații practice: motoare electrice, generatoare, transformatoare, acceleratoare de particule, imagistică prin rezonanță magnetică (RMN), telecomunicații
Exemple de calcul
Exemplul 1:** Un conductor rectiliniu lung este parcurs de un curent I = 10 A. Determinați modulul inducției magnetice la distanța r = 5 cm de conductor.
- Rezolvare: B = μ₀ * I / (2πr) = (4π * 10⁻⁷ * 10) / (2π * 0,05) = 4 * 10⁻⁵ T = 40 μT
Exemplul 2: Un electron (q = -1,6 * 10⁻¹⁹ C, m = 9,1 * 10⁻³¹ kg) pătrunde perpendicular cu viteza v = 2 * 10⁶ m/s într-un câmp magnetic uniform B = 0,1 T. Calculați raza traiectoriei circulare.
- Rezolvare: R = mv / (|q|B) = (9,1 * 10⁻³¹ * 2 * 10⁶) / (1,6 * 10⁻¹⁹ * 0,1) ≈ 1,1375 * 10⁻⁴ m ≈ 0,114 mm
Exemplul 3: O bobină cu N = 200 de spire și aria secțiunii S = 0,01 m² se află într-un câmp magnetic uniform variabil, perpendicular pe spiră. În intervalul Δt = 0,2 s, inducția magnetică crește liniar de la B₁ = 0,2 T la B₂ = 0,6 T. Calculați tensiunea electromotoare indusă.
- Rezolvare: ε = -N * (ΔΦ)/Δt = -200 * 0,004 / 0,2 = -4 V (modulul tensiunii este 4 V)
Concepte cheie
- Inducție magnetică B (Tesla)
- Forța Lorentz
- Legea Biot-Savart
- Legea lui Ampere
- Legea lui Faraday și legea lui Lenz
- Câmp electromagnetic și unde electromagnetice
- Permeabilitate magnetică μ
Verifică-te!
- Care este unitatea de măsură a vectorului inducție magnetică și cum se numește?
- Ce relație matematică descrie forța care acționează asupra unei sarcini electrice în mișcare într-un câmp magnetic?
- Ce fenomen fizic descrie legea lui Faraday și cum se calculează tensiunea electromotoare indusă?