Magnetska indukcija
Magnetska indukcija ili gustoća magnetskog toka (oznaka B) je vektorska fizikalna veličina koja opisuje magnetsko polje i određuje Lorentzovu silu kojom magnetsko polje djeluje na električki nabijenu česticu u gibanju. Magnetska indukcija je umnožak magnetske permeabilnosti sredstva μ i jakosti magnetskoga polja H, to jest:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{B} = \mu \cdot \mathbf{H} }[/math]
Mjerna jedinica magnetske indukcije je tesla (T = Wb/m²). [1]
Magnetski tok i gustoća magnetskog toka
Skup magnetskih silnica koji prolazi kroz neku površinu S zove se magnetski tok ili magnetski fluks Φ. No kroz neke dijelove površine S može prolaziti više, a kroz neke dijelove manje magnetskih silnica. Prema tome gustoća magnetskih silnica, odnosno magnetskog toka, bit će na različitim mjestima različita. Gustoća magnetskog toka označuje se slovom B i zove se magnetska indukcija. Ako kroz neku površinu S prolazi magnetski tok ΦB, onda je gustoća magnetskog toka B jednaka:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{B} ={ \Phi_B \over \mathbf{S}} }[/math]
Gustoća magnetskog toka ili magnetska indukcija je broj magnetskih silnica koji prolazi kroz jedinicu površine. U homogenom polju je gustoća toka B u svakoj točki površine S jednaka. Iz gornjeg izraza slijedi da je magnetski tok:
- [math]\displaystyle{ \Phi_B = \mathbf{B} \cdot \mathbf{S} \ }[/math]
Mjerna jedinica za magnetski tok ΦB je 1 veber, kraće 1 Wb (u počast njemačkog fizičara Wilhelma Webera), a mjerna jedinica za gustoću magnetskog toka B, odnosno magnetsku indukciju, je 1 tesla, kraće 1 T (u počast našem fizičaru Nikoli Tesli). Veza između ovih mjernih jedinica je:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{T} = {\mathbf{Wb} \over \mathbf{m^2}} }[/math]
odnosno:[2]
- [math]\displaystyle{ \mathbf{Wb} = \mathbf{T} \cdot \mathbf{m^2} \ }[/math]
Veličina sile koja djeluje na ravan vodič u magnetskom polju
Mjeri li se silu F koja djeluje na ravan električni vodič u magnetskom polju kod različitih jakosti električne struje I, različite gustoće magnetskog toka B i različitih duljina električnog vodiča l, dolazi se do sljedeće zakonitosti:
- [math]\displaystyle{ F = B \cdot I \cdot l }[/math]
Iz toga izraza dobijemo lako magnetsku indukciju B ako su poznate ostale 3 veličine, to jest:
- [math]\displaystyle{ B ={F \over I \cdot l} }[/math]
Iz toga možemo izvesti i definiciju mjerne jedinice magnetske indukcije. Jedinicu magnetske indukcije ima magnetsko polje koje djeluje silom od 1 N na električni vodič duljine 1m, koji stoji okomito na magnetske silnice kada u njemu teče električna struja od 1 A. Ta se mjerna jedinica zove 1 njutn na ampermetar (N/Am) ili 1 tesla (T).
Budući da je:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{N} = {\mathbf{V} \cdot \mathbf{A} \cdot \mathbf{s} \over \mathbf{m}} }[/math]
to je:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{T} = {\mathbf{V} \cdot \mathbf{A} \cdot \mathbf{s} \over \mathbf{m} \cdot \mathbf{A} \cdot \mathbf{m}} = {\mathbf{V} \cdot \mathbf{s} \over \mathbf{m^2}} }[/math]
ili:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{T} = {\mathbf{V} \cdot \mathbf{s} \over \mathbf{m^2}} = {\mathbf{Wb} \over \mathbf{m^2}} }[/math]
pa je:
- [math]\displaystyle{ \mathbf{Wb} = \mathbf{V} \cdot \mathbf{s} \ }[/math]
Iz izraza 1 T = 1 Wb/m2 proizlazi međunarodna definicija:
1 tesla (T) je magnetska indukcija homogenog magnetskog polja u kojem magnetski tok od jednog vebera prolazi okomito kroz površinu od jednog četvornog metra.
Kako je 1 T vrlo velika jedinica, jer vrlo jaki elektromagneti imaju magnetsku indukciju 10 T, a Zemljino magnetsko polje jedva 10-5 T, to se upotrebljava za magnetsku indukciju manja jedinica gaus (G):
- [math]\displaystyle{ \mathbf{G} = \mathbf{10^{-4}} \mathbf{T} \ }[/math]