Curiozitati.

Indică busolele cu adevărat nordul?

Atunci când o busolă se roteşte liber, câmpul magnetic terestru exercită un cuplu de forţe asupra acului acesteia care, în consecinţă, se roteşte pentru a indica nordul. Când privim o busolă spunem că acul acesteia, de fapt capătul acestuia marcat ca fiind nordul, ne indică în ce direcţie este acest punct cardinal. Ştim însă că magneţii funcţionează după principiul "polii opuşi se atrag". Asta înseamnă că ceea noi numim polul nord, zonele arctice, se comportă de fapt ca polul sud al unui magnet imens. Cu alte cuvinte, "polul nord" arctic este de fapt polul sud, iar polul sud pe care îl asociem cu toţii Antarcticii este de fapt polul nord al acestui magnet imens care este Pământul.

Ce a descoperit Cristofor Columb când a traversat Atlanticul, în 1492?

Columb a observat la acea vreme faptul că atunci când folosea busola, nordul indicat de aceasta diferea puţin de ceea ce calcula el ţinând cont de poziţia stelelor. Columb a remarcat că busola îşi schimba orientarea pe măsură ce corăbiile sale se depărtau de continentul european, apropiindu-se de cel american. Columb descoperea pe atunci declinaţia magnetică.

De ce este Pământul magnetizat? Care este originea câmpului magnetic terestru?

Nimeni nu ştie cu precizie răspunsul la această întrebare. Există doar ipoteze. Unii oameni de ştiinţă consideră că miezul lichid al planetei, care are în componenţă metale precum fierul şi nichelul, dă naştere câmpului magnetic datorită dispunerii şi mişcării sarcinilor electrice din compoziţia atomilor acestor elemente chimice. Efectul este cunoscut sub numele de efect de dinam şi s-ar produce datorită mişcării în convecţie a sarcinilor electrice prezente în structura nucleului exterior al Pământului. Această teorie a dinamului încearcă să descrie procesele prin care un fluid bun conductor din punct de vedere electric aflat în mişcare de rotaţie şi de convecţie poate genera şi întreţine un asemenea câmp magnetic.

Când, unde şi de către cine a fost localizat pentru prima dată nordul magnetic?

Prima expediţie care a atins polul nord magnetic a fost condusă de James Clark Ross, care l-a localizat lângă Capul Adelaide, în peninsula Boothia, la data de 1 iunie 1831. La rândul său, Roald Amundsen a stabilit în 1903 că polul nord magnetic se deplasase puţin faţă de locaţia stabilită în 1831. Au urmat observaţile efectuate de oameni de ştiinţă angajaţi de guvernul canadian, care au stabilit a treia locaţie a polului nord magnetic pe lacul Allen de pe insula Prinţul de Wales.

Forte magnetice.

A. Forţa electromagnetică

Un câmp magnetic realizează o forţă asupra unui conductor parcurs de un curent electric cu intensitatea I, datorită interacţiunii dintre câmpul existent şi câmpul creat de curentul electric ce străbate conductorul, numită forţă electromagnetică. Un cadru metalic este parcurs de un curent electric I şi se găseşte între polii unui magnet permanent. La închiderea circuitului se constată deviaţia cadrului, ca în figura alăturată:

Sensul forţei electromagnetice se stabileşte cu regula mâinii stângi. 

B. Forţa electrodinamică

Doi conductori parcurşi de curenţi electrici I1 şi I2, situaţi la distanţa d, interacţionează între ei prin intermediul câmpurilor magnetice create de fiecare. Curentul electric I1 crează un câmp magnetic B1 care interacţionează cu curentul I2 determinând apariţia unei forţe electromagnetice F12. În mod asemănător curentul I2 crează câmpul magnetic B2 care determină forţa F21 asupra conductorului parcurs de curentul I1. Expresia de calcul a forţei se poate deduce uşor şi este:

Regula lui Ampére: doi curenţi paraleli de acelaşi sens se atrag iar de sens contrar se resping.

C. Forţa Lorentz

Forţa exercitată de câmpul magnetic asupra unui corp încărcat electric, aflat în mişcare în câmpul magnetic respectiv, este numită forţă Lorentz.

 O particulă purtătoare de sarcină electrică, ce pătrunde cu viteza v, în câmpul magnetic, este supusă unei forţe ce acţionează perpendicular pe vectorul viteză, cu rol de forţă centripetă încât traiectoria particulei este un arc de cerc sau chiar un cerc.

Expresia de calcul a forţei Lorentz este:

f=qvBsina

unde a este unghiul dintre vectorul viteză şi vectorul inducţiei magnetice. Sensul forţei se obţine cu ajutorul regulii mâinii stângi: se aşează palma stângă cu degetele în sensul vitezei, inducţia magnetică să intre în podul palmei, degetul mare indică sensul forţei Lorentz pentru particule pozitive

Ţinând cont că rolul forţei Lorentz este de forţă centripetă, rezultă:

                                                               

Astfel, traiectoria particulei este un arc de cerc cu raza: 

iar dacă se descriu mişcări circulare, perioada de rotaţie este:

După cum se observă, perioada de rotaţie în câmpul magnetic al particulelor electrizate, nu depinde de viteza particulelor.

Busola.

Busola sau compasul  este un instrument de navigație utilizat pentru determinarea direcției relativ la polii magnetici ai Pământului. Cadranul busolei prezintă Polul Nord și Polul Sud magnetic, precum și direcțiile intermediare.

Istoric

Egiptenii au descoperit pentru prima data busola.Busola sau acul magnetic a fost deja cunoscut în timpul împăraților din China. Pe atunci busola consta dintr-o piatră magnetică legată de un fir de ață pentru a se putea roti liber. Mai târziu apar formele de busole mai specializate. În Perioada Marilor descoperiri geografice portughezii au perfecționat busola.

Constructie

Busola poate fi clasică sau numerică. Cea clasică se compune dintr-o capsulă transparentă și etanșă care conține un lichid uleios, în care se rotește, fixată pe un pivot, o săgeată magnetizată, colorată, de obicei, în roșu și negru, capătul roșu indicând Polul Nord, iar cel negru (albastru) Polul Sud. Fundul capsulei poate fi liniat, cea ce permite o poziționare simplă pe hartă, ușurând astfel găsirea Nordului și orientarea pe hartă în spațiu.

Deviatia

Deviația este deplasarea suferită de acul magnetic sub influența unor câmpuri electromagnetice din apropierea busolei, provocate de aparate sau instrumente electrice, zăcăminte de minereuri feroase. Pentru eliminarea acesteia este necesară aplicarea unei corecții de direcție.

Inclinatia

Este unghiul format cu tangenta la suprafața globului terestru, această valoare fiind în Europa centrală de ca. 66,5° ceea ce înseamnă că intensitatea câmpului magnetic orizontal atinge numai 40 % din valoarea sa, în comparație cu câmpul magnetic vertical ce atinge 90 %. La busola folosită la navigația pe mare este necesar un giroscop pentru a menține busola (compasul) permanent într-o poziție orizontală.

Campuri magnetice.

Campul magnetic pentru un fir conductor parcurs de curent electric

Campul magnetic in jurul unui fir conductor parcurs de curent electric este format dincercuri concentrice cu centrul pe conductor, fiind amplasat intr-un plan perpendicular peconductor.

Campul magnetic al unei spire parcurse de curent electric

Campul magnetic al unei spire (conductor circular) parcurse de curent electric este format din doua campuri magnetice generate de fiecare parte a spirei .
Liniile de camp magnetic  se dispun precum zalele unui lant.

Campul magnetic al unui solenoid parcurs de curent electric

Solenoid=bobina parcursa de curent electriccare se comporta ca un magnet bara.

Campul magnetic este in interiorul solenoidului parcurs de curent electric format dinlinii paralele si echidistante, ceea ce inseamna ca este un camp magnetic uniform.

Regula burghiului.

Regula burghiului pentru un fir conductor:Sensul liniilor de camp magnetic este sensul in care trebuie rotit un burghiu, asezat de-a lungul conductorului,pentru a inainta in sensul curentului electric.

Regula burghiului pentru o spira: :Sensul liniilor de camp magnetic care strabat suprafata unei spire este sensul in care inainteaza un burghiu, asezat perpendicular pe planul spirei, daca este rotit in sensul curentului prin spira.(Aplicand regula burghiului pentru  spira se poate stabili sensul liniilor de camp magnetic pentru un solenoid si o bobina parcurse de curent electric.)

Campul magnetic.

Campul magnetic este forma de existenta a materiei din jurul unui magnet sau a unui conductor parcurs de curent electric ce se manifesta prin actiuni magnetice asupra magnetului sau a conductorului.

Poate fi măsurat cu magnetometrul. Mărimea care măsoară interacțiunea dintre câmp magnetic și un material se numește susceptibilitate magnetică.

Câmpul magnetic și câmpul electric sunt cele două componente ale câmpului electromagnetic. Prin variația lor, cele două câmpuri se influențează reciproc și astfel undele electrice și magnetice se pot propaga liber în spațiu sub formă de unde electromagnetice.

Campul magnetic se pote descrie si caracteriza calitativ cu ajutorul liniilor de camp magnetic

Totalitatea liniilor de camp magnetic formeaza  spectrul  campului magnetic.

Prin conventie: sensul liniilor de camp magnetic este indicat de polul nord al acului magnetic, tangent la acea linie de camp.Sensul liniilor de camp magnetic din jurul unui conductor parcurs de curent electric este dat de regula burghiului.

Istoric

Încă din secolul al VI-lea î.Hr., filozofii greci descriau și încercau să explice proprietățile mineralelor ce conțineau magnetit, tip de mineral găsit în regiunea Magnezia (Thesalia), de unde și numele mineralului.

Acul magnetic care „arăta sudul” este menționat pentru prima dată în secolul al XI-lea î.Hr. ca fiind folosit în China, însă de-abia din secolul al XII-lea d.Hr. se utilizează în mod curent busola în navigație.


Unul dintre primii învățați europeni care au studiat magnetismul a fost Pierre de Marincourt (Petrus Peregrinus), savant medieval ce l-a avut ca discipol pe Roger Bacon și care a scris, în 1269, un tratat remarcabil asupra magneților:Epistola Petri Peregrini de Marincourt ad Sygerum de Foucaucourt, militem, de magnete.

Studiile sale au anticipat folosirea busolei..

  

Magneti.

Proprietatea unor roci de a atrage fierul este cunoscută încă din antichitate. Denumirea de magnet provine de la numele localităţii Magnesia (Asia Mică) unde a fost descoperit minereul ce conţine oxizi naturali de fier numit magnetită.

Magnetul atrage numai corpurile care conţin fier.

Un corp care conţine fier, prin contact sau frecare cu un magnet capătă proprietăţi magnetice, adică se magnetizează.  Magnetizarea unui corp este rezultatul unei interacţiuni.

Experienţa arată că acţiunea magneţilor se exercită în orice mediu (lemn, hârtie, metale).

Prin încălzire magneţii îşi pierd proprietăţile magnetice.

Magneţii pot fi clasificaţi după diferite criterii :

-După modul de obţinere :

-         magneţi naturali (aflaţi în natură sub formă de roci -  magnetită) ;

-         magneţi artificiali (confecţionaţi din fier, oţel sau materiale speciale magnetizate)

- După formă :  bară, disc, potcoavă, ac magnetic

          - După intervalul de timp cât îşi păstrează proprietatea de a atrage alte corpuricare conţin fier 

-         permanenţi (corpurile din oţel se magnetizează permanent) ;

-         temporari (corpurile din fier se magnetizează temporar)

Orice magnet are două regiuni, situate la extremităţile sale, în care proprietăţile magnetice se manifestă cel mai puternic numite poli magnetici :

-         polul nord (N) -  este polul magnetului care se orientează spre polul nord geografic al Pământului ;

-         polul sud  (S)  -  este polul magnetului care se orientează spre polul sud geografic al Pământului .

Polii magnetului indică, aproximativ, polii geografici ai Pământului.