Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 170 dotazů obsahujících »elektric«
164) Zemské magnetické pole
10. 05. 2002
Dotaz: V matfyz tabulkách je uváděna svislá hodnota intenzity magnetického pole Země
v našich končinách - a to 20 mikrotesla. Intenzita mg. pole se ale přece
udává v A/m. Jak vůbec vypadají siločáry mg. pole Země? (ing. R. Voráček)
Odpověď: Veličiny
intenzita magnetického pole (H s jednotkou A/m) a magnetická
indukce (B s jednotkou tesla [T]) jsou ve
vakuu úměrné veličiny (B = m0˙H) a
někdy jsou zaměňovány. Údaj 20 mikrotesla je jednoznačně
údaj o magnetické indukci.
Magnetické
indukční čáry Země: na severu je jižní pól zemského
magnetu. Proto se k němu natáčí severní pól magnetky.
(Opačné póly se přitahují, souhlasné odpuzují.
1) Hodnoty
v tabulkách udávají magnetickou indukci (T, tesla), nikoli
intenzitu (A/m). Pro označení "intenzita" jsou dva
"historické důvody" (doufám, že už brzo vyšumí):
a) dokud se užívala Gaussova soustava (cgs), bylo to jedno,
obojí se udávalo v Gaussech, a vzhledem k tomu, že
relativní permeabilita vzduchu je prakticky rovna jedné, bylo B=mu
H = H.
b) Sousloví "Intenzita zemského magnetického pole" se
chápalo tak trochu jako "Velikost ...", "Síla...",
"mohutnost..." apod.
Magnetická indukce je v různých
smyslech "důležitější" než intenzita, např. síla F
působící na náboj v elektromagnetickém poli je
F = q( E + v x B), kde q je náboj, v jeho rychlost (vektor), x
značí vektorový součin, E vektor elektrické intenzity a
B vektor magnetické indukce.
2) Siločáry mg. pole Země (ve
vzduchu nad Zemí zřejmě není rozdíl mezi směrem magnetické
intenzity H a magnetické indukce B) vypadají přesně tak, jak
znáte siločáry elektrického dipólu. Podívejte se třeba do
velké barevné učebnice FYZIKA (Halliday, Resnick, Walker),
čes. překlad Prometheus,2001, do kap. 22 a dalších.
Dotaz: Mohli byste mi jasně a přesně vysvětlit, co je a jak vzniká magnetismus? V knížkách se člověk sice dozví to, že magnetismus vzniká při pohybu elektronů nebo podobně,ale jaký je princip vzniku magnetického pole na úrovni kvantové fyziky? Taky jsem někde četl, že tu hrají určitou roli spiny elektronu, fotony apod. (Tomáš Psika)
Odpověď:
Podívejte se třeba do velké barevné učebnice FYZIKA
(Halliday, Resnick, Walker), čes. překlad Prometheus,2001, do
kap. 29 a dalších.
Stručně řečeno: 1) Formulujme otázku
nikoli "co je to magnetismus, magnetické pole" apod.,
protože slovníková odpověď typu "magnetismus je hromadné
označení pro jevy související s magnetickým polem" a
"magnetické pole je spolu s elektrickým polem nedělitelnou
součástí elektromagnetického pole" by vás těžko
uspokojila. Otázka "Co je A?" se zodpoví převedením A na
B,C,D.. která jsou známá -- nebo která pokládáme za
známá a nerozebíráme je takhle obecně (např. čas). Ptejme
se raději "jak vzniká magnetické pole, jak se projevuje, co
ho ovlivňuje apod." Pak lze říci toto: 2)
Některé elementární částice mají vlastnost zvanou
elektrický náboj, vyjádřitelnou jako celistvé násobky tzv.
elementárního náboje e. Proton má náboj e, elektron --e,
neutron 0 (tj. nemá elektrický náboj). Pro úplnost: tzv.
kvarky z nichž je mj. složen proton i neutron, mají náboje
2e/3 a --e/3, ale nevyskytují se nikdy samostatně. Náboj
soustavy je algebraickým součtem všech nábojů jejich
částí a náboj proto můžeme snadno pozorovat i na
makroskopické úrovni. 3) Částice
s elektrickým nábojem (budeme ji pro stručnost nazývat
prostě "náboj") působí na jiný náboj silou. Vykládáme
to zavedením pojmu pole:
a) náboj vytváří kolem sebe pole
b) pole se mění (šíří se jeho změny apod.)
c) je-li náboj v (cizím, nikoli jen vlastním) poli, působí
na něj síla podle vzorce F = q( E + v x B),
kde q je náboj, v jeho rychlost (vektor), x značí vektorový
součin, E vektor elektrické intenzity a B vektor magnetické
indukce. 4) Kvantová teorie a) popisuje částici i pole
stejnými prostředky, b) vystihuje skutečnost, že některé
základní charakteristiky částic (a tedy i polí) se mění
nikoli spojitě, ale po jistých dávkách -- kvantech; např.
kvantem elmg. pole je foton. Ale i částice samy mohu chápat a
popisovat jako kvanta jistých polí. Tím se vysvětluje, že
částice téhož druhu jsou v kvantové teorii navzájem
nerozlišitelné (asi jako jednotlivé koruny na vašem účtu ve
spořitelně). c) dává nám "pohybové rovnice", tj.
rovnice, jimiž se příslušná kvantová pole řídí. 5) Některé částice mají vlastnost zvanou
spin (samozřejmě rovněž kvantovanou). Ta je spojena jednak
s momentem hybnosti, jednak s magnetickým dipólovým
momentem. Cokoliv byste potřeboval vědět podrobněji či
přesněji, hledejte v (dobrých) učebnicích raději než v
(dobré) populární literatuře. (Od toho jsou totiž učebnice,
aby vám něco systematicky vysvětlily. Populární literatura
má za účel přitáhnout a udržet váš zájem, i když občas
jen ozobe ty třešničky z dortu a seriozní základ vám
nedá.)
Dotaz: V knihe Paula Daviesa "O ČASE" ma najviac zarazila jedna vec. Týka sa neutrónov. Tvrdí, že neutron, ktorý sa navonok javí elektricky neutrálny v skutočnosti má elektromagnetické vlastnosti. V roku 1933 nemecký fyzik Otto Stern objavil , že neutron posobí tak ako keby obsahoval drobný tyčový magnet. Že vraj obsahuje elektricky nabité kvarky. Tie síce majú dokopy nulový náboj ale vytvárajú magnetické pole lebo neutrony neustále rotujú okolo svojej osy. Rýchlosť rotácie je pevne stanovená veličina, ktorá je daná elektricky nabitými kvarkami, a je absolútne rovnaká pre všetky neutrony vo vesmíre tak ako ich hmotnosť. Takže na neutrony nepôsobí okolité prostredie? Prečo trenie a strata rotačnej energie nespomaµuje postupne rýchlosť rotácie. Neutronove kvarky vytvárajú drobný elektrický prúd a ten zase magnetické pole. Kvarky a prúd??? Veď sa vôbec nepohybujú vzhµadom na neutron a sú úplne inej povahy ako elektrony. Ako môžu byť jednotlivé kvarky elektricky nabité? Má to súvis s beta rozpadom neutronu na proton , elektron a antineutrino? A aký malý je ten náboj kvarkov? Najmenší možný je elementárny elektrický náboj.Obsahuje taký kvarkjeden alebo viacej elektrónov? (Aj jeden sa mi zná priveµa) Pre mňa je to záhada.
(Marek Krakovsky)
Odpověď: Na některé otázky
znamená odpověď dost objemný a netriviální výklad na
jedné straně a dost náročné studium na druhé straně.
Neutron má skutečně nenulový magnetický dipólový moment
(-1.9130427(5) jaderného magnetonu), zřejmě související s
tím, že uvnitř něho je složitá struktura, kterou dnes
popisujeme pomocí kvarků a gluonů. Kvarky mají náboj 2/3 a
-1/3, ale nejsou izolovaně vidět, takže pořád zůstává,
že nejmenší pozorovatelný náboj je e. V souvislosti s
magnetickým momentem jste zmínil spin neutronu, který ovšem
nelze jednoduše spojit s tím, že by rotoval kolem osy. Různé
popularní knížky i webové stránky jako např. http://www-hep.fzu.cz/~rames/outreach/castice.html
vlastně otázky spíš provokují, než že by na ně
odpovídaly. Když se odhodláte fyziku pořádně studovat,
časem se na některé otázky odpovědi objeví (ale další
otázky vzniknou). Odpovědna nemůže nahradit těch zhruba pět
let studia například na naší fakultě, kdy se malinko začne
rozsvěcet.
Dotaz: Při čtení odpovědi na otázku o odlétajících jiskrách mě napadla
možná související otázka. Všiml jsem si, že pokud přejíždí pantograf
tramvaje přes nějaký spoj na napájecím drátě, vzniká intenzívní jiskra
(záblesk) jasně zelené barvy? Jak k tomu dochází? Hraje tu roli ionizace
plynu? Proč je záblesk právě zelený - závisí to na protékajícím proudu? (Tomáš Nový)
Odpověď: Při přejezdu pantografu přes nějakou nerovnost na troleji vznikne
zřejmě chvilkový oblouk, který znamená výboj ve vzduchu a odpařuje a
ionizuje materiály troleje a pantografu. Světlo onoho elektrického oblouku
(ionizovaného plynu) může být zabarveno ionty těchto materiálu podobně
jako se barví plamen (důvodem jsou spektra prvků a intenzity jednotlivých
čar). Pantograf má sběrači listu grafitovou, z toho zelená nebude, zato
trolej je měděná (ověřeno u Dopravních podniků) a to by mohlo být důvodem
té zelené barvy (jinak se oblouk zdá bílomodrý a není moc zdravé do něj
zírat). Ověřit to lze spektrometrem, kterým byste sledoval místo na
troleji, kde to často jiskří.