Mágnesség

Az áramot szállító vezetők egymásra hatása

Két párhuzamos, egyenes vezeték, amelyekben áram folyik, erőhatást gyakorol egymásra. Ha a két áram egyirányú, a vezetékek vonzzák, ha ellentétes irányú, akkor taszítják egymást.

A vonzó (taszító) erő nagysága:

[math]F = 2 \cdot 10^{-7} \cdot I_1 \cdot I_2 \cdot \frac{l}{r}[/math]

ahol:

F a kialakuló vonzó (taszító) erő (N)

I₁ az egyik vezetőben folyó áram (A)

I₂ a másik vezetőben folyó áram (A)

l a vezetők hossza (m)

r a vezetők távolsága (m)

Az áramot szállító vezetők és a mágnesség kapcsolata

A különböző anyagok atomjaiban az elektronok keringése negatív töltések mozgását jelenti, a töltések mozgása pedig áram. Szintén töltések mozgását jelenti az elektronok tengelyük körüli pörgése is. Az elektronok keringéséből és pörgéséből származó áramokat molekuláris köráramoknak nevezik. Egyes anyagokban a molekuláris köráramok síkjai egymással tartósan párhuzamosak. Mint egy ilyen anyagból készített metszetben az 1. ábrán láthatjuk, a molekuláris köráramok ellentétes irányú szomszédos oldalai az anyag belsejében lerontják egymás hatását, így a köráramoknak összességében olyan a hatása, mint ha csak a külső felületen folyna áram:

1.ábra

Két ilyen rudat egymás mellé helyezve, ha mindkettőben azonos (a 2. ábra bal oldalán az óramutató járásával megegyező) a köráramok iránya, az egymás mellett haladó ellentétes irányú áramok – ennek nyomán a rudak is - taszítják egymást. Ha (mint az ábra jobb oldalán) a köráramok iránya ellentétes, az egymás mellett, (az ábrán lefelé) folyó áramok azonos irányúak, ezért az áramok (és így a rudak is) vonzzák egymást.

2.ábra

Ugyanilyen taszító ill. vonzó hatás figyelhető meg, ha a két rudat egymással szembe fordítjuk (3. ábra). Az ábra felső részén a két rúd egymáshoz közeli végén folyó köráramok ellentétes irányúak, ezért taszítják egymást. Az ábra alsó részén ezek a köráramok azonos irányúak, ezért a két rúd vonzza egymást.

3.ábra

Ez a vonzó-taszító hatás a mágnesség. Az ilyen tulajdonságokat mutató anyag a mágnes, a rúdmágnes végei a mágneses sarkok (pólusok). Az azonos irányú köráramot tartalmazó sarkokat egyneműnek nevezik. Mint a 2. és 3. ábrából látható, az egynemű mágnessarkok taszítják, a különneműek vonzzák egymást.

A Föld felülete a mérések szerint negatív töltésű, így a Földdel együtt forgó negatív töltések (az áram megegyezés szerinti irányát figyelembe véve) a Föld forgási irányával ellentétes irányú köráramot adnak. Ilyen formán a Föld is egy állandó mágnes, melynek sarkai a földrajzi sarkok közelében vannak. Ha egy mágnesrudat úgy függesztünk fel, hogy az függőleges tengelye körül elfordulhasson, a kialakuló erő hatására a mágnesrúd úgy fordul el, hogy sarkai a Föld mágneses sarkai felé irányulnak. Az ilyen eszköz alkalmas az északi irány meghatározására, ezért iránytűnek nevezik. Az iránytűnek azt a sarkát, amely a Föld északi sarka felé mutat, északi saroknak nevezik. Mivel az ellentétes mágneses pólusok vonzzák egymást, a Föld északi sarkán déli mágnessaroknak kell lennie, a délin pedig északinak (4. ábra).

4.ábra

Az ábrából az is kitűnik, hogy a köráram milyen mágneses pólust hoz létre: Ha egy dugóhúzót az áram irányába forgatunk, az az északi mágneses pólus felé halad (dugóhúzószabály).