O polu magnetycznym

Pole magnetyczne to stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia, w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego albo obu.

Jest nierozerwalnie związane z polem elektrycznym. W zależności od układu odniesienia to samo zjawisko może być postrzegane jako efekt działania pola elektrycznego bądź magnetycznego. O ile pole elektryczne wytwarzane jest przez ładunki, o tyle pole magnetyczne wytwarzane jest tylko przez ładunki w ruchu bądź ciała posiadające moment magnetyczny. Siły magnetyczne nie działają na ładunki w spoczynku. Ponieważ prąd elektryczny tworzą poruszające się ładunki, przewodniki z prądem będą oddziaływały magnetycznie.

Jak wygląda pole magnetyczne?

To, że magnesy przyciągają siebie nawzajem i wiele metalowych przedmiotów wiemy od tysięcy lat. Z czasem odkryliśmy również, że cała nasza planeta to jeden wielki magnes, co pozwoliło na stworzenie kompasów towarzyszących wszystkim wielkim odkryciom geograficznym. Kompas to również nic innego jak magnes, który może się swobodnie obracać i jeśli w jego pobliżu nie ma żadnego innego silnego magnesu, to naśladować będzie on magnetyzm Ziemi. I tak koniec magnesu wskazujący północ nazwano biegunem północnym, a ten wskazujący południe, południowym.

Linie pola magnetycznego

Linie pola magnetycznego układają się od bieguna północnego do południowego. Generalnie linie pola działają w sposób ciągły natomiast na rysunku pokazujemy tylko kilka. Gdybyśmy chcieli pokazać na rysunku wszystkie linie pola to obraz by się zamazał, dlatego na rysunku zamieszcza się tylko kilka linii. Linie pola informują nas o natężeniu pola magnetycznego. Im więcej linii pola tym większe natężenie.

Źródła pola magnetycznego

Stałe pole magnetyczne jest wywoływane przez ładunki elektryczne znajdujące się w ruchu jednostajnym. Dlatego też przepływ prądu (który też jest ruchem ładunków elektrycznych) wytwarza pole magnetyczne. Ładunki poruszające się ruchem zmiennym (np. hamowane) powodują powstawanie zmiennego pola magnetycznego, które rozchodzi się jako fala elektromagnetyczna. Powstawanie pola magnetycznego na skutek przepływu prądu elektrycznego i innych ruchów ładunków elektrycznych opisuje prawo Biota-Savarta oraz prawo Ampère’a, które w postaci uogólnionej wchodzą w skład równań Maxwella.

Niektóre materiały magnetyczne, jak np. ferromagnetyki, wytwarzają stałe pole magnetyczne. Jest to spowodowane superpozycją orbitalnych momentów magnetycznych elektronów (w półklasycznym modelu Bohra przez orbitalny ruch obdarzonych ładunkiem elektrycznym elektronów wokół jądra). Zjawisko to jest dokładniej wyjaśnione w opisie magnetyzmu.

Pole magnetyczne jest też wytwarzane przez zmienne pole elektryczne. Z kolei zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Takie wzajemnie indukowanie się pól zachodzi w fali elektromagnetycznej. Stałe w czasie pole magnetyczne nie wytwarza pola elektrycznego – wynika to wprost z równań Maxwella.