Hej! Zastanawiałeś się kiedyś, co się dzieje, kiedy prąd przepływa przez kabel? Oprócz tego, że świeci żarówka, zachodzi jeszcze jedno ciekawe zjawisko: powstaje pole magnetyczne. Przyjrzymy się temu bliżej.
Co to jest pole magnetyczne?
Wyobraź sobie, że masz niewidzialny obszar wokół magnesu. W tym obszarze, inne magnesy lub przedmioty wykonane z materiałów ferromagnetycznych (jak żelazo) odczuwają siłę. To właśnie jest pole magnetyczne. Działa jak "niewidzialna ręka", która przyciąga lub odpycha.
Pole magnetyczne ma kierunek i siłę. Kierunek wskazuje, w którą stronę działa siła, a siła określa, jak silne jest to oddziaływanie. Możemy je zobrazować za pomocą linii pola magnetycznego – gęściej ułożone linie oznaczają silniejsze pole.
Pomyśl o magnesie na lodówce. Możesz go przesunąć i przyczepić do różnych miejsc. Obszar wokół magnesu, w którym odczuwasz to przyciąganie, to właśnie jego pole magnetyczne. Im bliżej magnesu, tym silniejsze jest przyciąganie.
Prąd elektryczny a pole magnetyczne
Teraz przejdźmy do prądu elektrycznego. Co to takiego? To uporządkowany przepływ ładunków elektrycznych, zwykle elektronów, w przewodniku, na przykład w metalowym kablu. Prąd elektryczny to tak jak rzeka elektronów płynąca przez drut.
Kiedy prąd płynie przez przewodnik, na przykład przez zwykły kabel, dzieje się coś niesamowitego: wokół tego przewodnika powstaje pole magnetyczne! To podstawowa zasada elektomagnetyzmu. Odkrył to duński fizyk Hans Christian Ørsted w 1820 roku, przypadkowo zauważając, że igła kompasu odchyla się w pobliżu przewodnika z prądem.
Wyobraź sobie rurę z wodą. Kiedy woda przepływa przez rurę, tworzy wokół niej niewielkie zawirowania w powietrzu. Podobnie, kiedy elektrony płyną przez przewodnik, tworzą wokół niego "zawirowania" w postaci pola magnetycznego.
Kształt pola magnetycznego wokół przewodnika
Jak wygląda to pole magnetyczne? Jest ono okrągłe i otacza przewodnik. Wyobraź sobie, że masz długi, prosty kabel. Linie pola magnetycznego tworzą koncentryczne okręgi wokół tego kabla, jak kręgi na wodzie po wrzuceniu kamienia.
Prawo prawej dłoni pomaga określić kierunek pola magnetycznego. Wyobraź sobie, że chwytasz przewodnik prawą dłonią tak, aby kciuk wskazywał kierunek przepływu prądu. Wtedy twoje pozostałe palce zginają się w kierunku, w którym biegną linie pola magnetycznego.
Na przykład, jeśli prąd płynie w przewodniku w górę, pole magnetyczne wokół niego będzie krążyć w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Jeśli prąd płynie w dół, pole magnetyczne będzie krążyć zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
Siła pola magnetycznego
Jak silne jest to pole magnetyczne? To zależy od dwóch głównych czynników: natężenia prądu i odległości od przewodnika.
Im większy prąd płynie przez przewodnik, tym silniejsze jest pole magnetyczne. To logiczne: więcej elektronów przepływających przez przewodnik tworzy silniejsze "zawirowania". Jeśli podwoisz natężenie prądu, siła pola magnetycznego również się podwoi.
Im dalej jesteś od przewodnika, tym słabsze jest pole magnetyczne. Siła pola maleje wraz z odległością. Blisko kabla pole jest bardzo silne, ale oddalając się, szybko słabnie. To jak z ciepłem ogniska: im bliżej, tym cieplej, im dalej, tym zimniej.
Zastosowania praktyczne
Ta zasada, że prąd elektryczny tworzy pole magnetyczne, ma mnóstwo zastosowań w życiu codziennym i technologii. Od najprostszych urządzeń po zaawansowane technologie, wykorzystujemy ją na każdym kroku.
Elektromagnesy to przykład. Nawijając przewodnik w cewkę (zwój drutu), wzmacniamy pole magnetyczne. Im więcej zwojów ma cewka i im większy prąd przez nią przepływa, tym silniejszy jest elektromagnes. Elektromagnesy wykorzystuje się w dźwigach na złomowiskach, w głośnikach, w silnikach elektrycznych i wielu innych urządzeniach.
Silniki elektryczne działają dzięki interakcji między polami magnetycznymi. Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę z prądem oddziałuje z polem magnetycznym magnesu stałego, powodując obrót wirnika silnika. Dzięki temu działają nasze pralki, wiertarki i wiele innych urządzeń.
Transformatory wykorzystują indukcję elektromagnetyczną (czyli powstawanie napięcia w cewce pod wpływem zmiennego pola magnetycznego) do zmiany napięcia prądu. Transformatory są kluczowe w przesyłaniu energii elektrycznej na duże odległości.
Jak widzisz, zrozumienie, że prąd elektryczny tworzy pole magnetyczne, to podstawa do zrozumienia działania wielu urządzeń, które nas otaczają. To jedna z fundamentalnych zasad fizyki!
