1. Uvod
Naelektrisana čestica u kretanju stvara magnetno polje. Međutim, magnetno polje koje stvara jedna čestica je veoma slabo i teško merljivo. Da bismo dobili jače magnetno polje, potrebno je da imamo veliki broj čestica koje se kreću usmereno – to je upravo električna struja.
Električna struja predstavlja uređeno kretanje naelektrisanih čestica kroz provodnik, pa se magnetna polja pojedinačnih čestica sabiraju. Na taj način nastaje magnetno polje oko strujnog provodnika, koje je mnogo jače od polja jedne čestice.
2. Magnetno polje oko pravog provodnika
Ako kroz pravolinijski provodnik pustimo struju jačine $I$, oko njega se formira magnetno polje čije linije sile imaju oblik koncentričnih kružnica oko provodnika.
Jačina magnetnog polja (magnetna indukcija) u tački koja se nalazi na rastojanju $r$ od provodnika data je Biot–Savartovim zakonom:
$ B = \frac{\mu_0 I}{2 \pi r} $
gde je:
- $B$ – magnetna indukcija (u teslama, T),
- $\mu_0 = 4 \pi \cdot 10^{-7} , \text{H/m}$ – magnetna konstanta,
- $I$ – jačina struje (u amperima, A),
- $r$ – rastojanje od provodnika (u metrima, m).
Pravilo desne ruke: Ako palac pokazuje smer struje, savijeni prsti pokazuju smer linija magnetnog polja.
3. Kako pojačati magnetno polje?
Magnetno polje oko jednog provodnika je relativno slabo. Da bismo ga pojačali, koristimo sledeće metode:
a) Namotavanje provodnika u kalem
Ako provodnik namotamo u oblik spirale (kalema), magnetna polja pojedinih namotaja se sabiraju. Linije magnetnog polja unutar kalema postaju gušće, pa je magnetna indukcija veća.
Za dugački kalem sa $N$ namotaja, dužine $l$, kroz koji protiče struja $I$, magnetna indukcija unutar kalema je:
$ B = \mu_0 \frac{N}{l} I $
gde je:
- $N$ – broj namotaja,
- $l$ – dužina kalema.
b) Dodavanje feromagnetnog jezgra
Ako kroz kalem provučemo šipku od mekog gvožđa, ona se magnetiše i dodatno pojačava magnetno polje. Time dobijamo elektromagnet.
4. Elektromagnet – kontrolisano magnetno polje
Elektromagnet je izuzetno koristan jer možemo upravljati njegovim magnetnim poljem:
- Povećanjem struje – povećava se magnetno polje.
- Isključivanjem struje – magnetno polje nestaje.
- Promenom polariteta izvora – menja se smer magnetnog polja (severni i južni pol zamenjuju mesta).
5. Primene elektromagneta
- Električni motori i generatori,
- Elektromagnetne brave,
- Dizalice za podizanje metalnih predmeta,
- MRI uređaji u medicini.