6. Magneettikenttä
6-1
6-2
Kun johtimessa kulkee sähkövirta, kompassin neula kääntyy johtimeen nähden. Kompassineula reagoi ulkoiseen magneettikenttään. Kun johtimessa kulkee sähkövirta, johtimen ympärille syntyy magneettikenttä ja tähän kenttään kompassineula reagoi.
6-3
a) a:ssa oikean käden sännön mukaan suunta alas, b:ssä sunta yläs ja c:ssä johtimen suoralla osalla ylös ja lenkissä vastapäiväiseen suuntaan.
b) a:ssa, koska sen kenttäviivat ovat tiheämmässä johtimen a ympärillä kuin johtimen b ympärillä.
c) Ensimmäisessä tilanteessa kestomagneetin S-kohtio kääntyy kohti käämiä, joten käämin oikeassa päässä on N-kohtio ja vasemmassa S-kohtio. Toisessa tilanteessa kestomagneetin N-kohtio kääntyy kohti käämiä, joten käämin oikeassa päässä on S-kohtio ja vasemmassa N-kohtio.
6-4
a) Magneettivuon tiheys B kuvaa magneettikentän voimakkuutta ja ilmoittaa magneettikentän suunnan, kun taas magneettikenttää vastaan kohtisuoran pinnan läpi kulkevien kenttäviivojen lukumäärää kuvaa magneettivuo.
b) 2
6-5
a) Maapalloa ympäröi magneettikenttä, koska maapallon ytimen uloimpaan, nestemäiseen osaan syntyy pyörimisen ja kuuman kiinteän ytimen vaikutuksesta sähkövirtoja, jotka saavat aikaan magneettikentän.
b) Deklinaatio on magneettineulan poikkeama pohjoissuunnasta. Inklinaatio on magneettineulan kallistuma vaakatasosta. Suomessa deklinaatio on 4-10 astetta itään ja inklinaatio 72-78 astetta. Kuvaan merkitty kulma on inklinaatio. Deklinaatio ja inklinaatio ovat myös tähtitieteessä käytettyjä termejä, jolloin ne eivät liity magnetismiin.
c) Selitys liittyy inklinaatioon. Maan magneettikenttä on vaakasuora vain päiväntasaajalla tai lähellä päiväntasaajaa. Muualla sillä on aina pystysuora komponentti, joka pyrkii vääntämään kompassin neulaa pystyasentoon. Tämä vääntö kumotaan kompassissa neulan painotuksella, jolloin neula asettuu kompassin sisällä likimain vaakasuoraan asentoon. Pohjoisella pallonpuoliskolla toimivissa kompasseissa neulan eteläpää on painavampi ja eteläisellä pallonpuoliskolla toimivissa kompasseissa päinvastoin. Väärän pallonpuoliskon kompassi ei toimi, koska neula on väärässä asennossa eikä pääse liikkumaan vapaasti.
6-7
a) Magneettien välinen vuorovaikutus havaitaan niiden välisen voiman perusteella, samoin sähkövarausten välinen vuorovaikutus havaitaan niiden välisen voiman perusteella. Magneettien samannimiset kohtiot hylkivät toisiaan ja erinimiset kohtiot vetävät toisiaan puoleensa. Vastaavasti saman sähkövarauksen omaavat kappaleet hylkivät toisiaan, eri varauksen omaavat kappaleet vetävät toisiaan puoleensa. Sähkövaraukset voivat olla positiivisia tai negatiivisia: ne voivat esiintyä toisistaan riippumatta ja erillään toisistaan. Sen sijaan magneetin napoja ei voi erottaa toisistaan. Magneetilla on aina sekä pohjoiskohtio ja eteläkohtio. Tämänhetkisen tietämyksen mukaan ei ole olemassa magneettisia monopoleja eli yksinapaisia magneettisia hiukkasia tai kappaleita.
b) Magneettikentän synnyttävät kestomagneetit, sähkömagneetit tai virtajohtimet, joissa kulkee sähkövirta. Sähkövaraukset synnyttävät sähkökentän. Magneettikenttiä havainnollistetaan kenttäviivaesityksillä, joissa kenttäviivojen suunta kertoo kentän suunnan ja tiheys kentän voimakkuutta. Vastaavasti sähkökentän kuvaamiseen käytetään kenttäviivoja. Magneettikentän kenttäviivat ovat sulkeutuvia käyriä, toisin kuin sähkökentän kenttäviivat, ja niitä on sekä magneetin ulko-että sisäpuolella. Magneettikentän voimakkuutta kuvaava suure B on magneettivuon tiheys . Se on vektorisuure kuten sähkökentän voimakkuus E.
6-2
Kun johtimessa kulkee sähkövirta, kompassin neula kääntyy johtimeen nähden. Kompassineula reagoi ulkoiseen magneettikenttään. Kun johtimessa kulkee sähkövirta, johtimen ympärille syntyy magneettikenttä ja tähän kenttään kompassineula reagoi.
6-3
a) a:ssa oikean käden sännön mukaan suunta alas, b:ssä sunta yläs ja c:ssä johtimen suoralla osalla ylös ja lenkissä vastapäiväiseen suuntaan.
b) a:ssa, koska sen kenttäviivat ovat tiheämmässä johtimen a ympärillä kuin johtimen b ympärillä.
c) Ensimmäisessä tilanteessa kestomagneetin S-kohtio kääntyy kohti käämiä, joten käämin oikeassa päässä on N-kohtio ja vasemmassa S-kohtio. Toisessa tilanteessa kestomagneetin N-kohtio kääntyy kohti käämiä, joten käämin oikeassa päässä on S-kohtio ja vasemmassa N-kohtio.
6-4
a) Magneettivuon tiheys B kuvaa magneettikentän voimakkuutta ja ilmoittaa magneettikentän suunnan, kun taas magneettikenttää vastaan kohtisuoran pinnan läpi kulkevien kenttäviivojen lukumäärää kuvaa magneettivuo.
b) 2
6-5
a) Maapalloa ympäröi magneettikenttä, koska maapallon ytimen uloimpaan, nestemäiseen osaan syntyy pyörimisen ja kuuman kiinteän ytimen vaikutuksesta sähkövirtoja, jotka saavat aikaan magneettikentän.
b) Deklinaatio on magneettineulan poikkeama pohjoissuunnasta. Inklinaatio on magneettineulan kallistuma vaakatasosta. Suomessa deklinaatio on 4-10 astetta itään ja inklinaatio 72-78 astetta. Kuvaan merkitty kulma on inklinaatio. Deklinaatio ja inklinaatio ovat myös tähtitieteessä käytettyjä termejä, jolloin ne eivät liity magnetismiin.
c) Selitys liittyy inklinaatioon. Maan magneettikenttä on vaakasuora vain päiväntasaajalla tai lähellä päiväntasaajaa. Muualla sillä on aina pystysuora komponentti, joka pyrkii vääntämään kompassin neulaa pystyasentoon. Tämä vääntö kumotaan kompassissa neulan painotuksella, jolloin neula asettuu kompassin sisällä likimain vaakasuoraan asentoon. Pohjoisella pallonpuoliskolla toimivissa kompasseissa neulan eteläpää on painavampi ja eteläisellä pallonpuoliskolla toimivissa kompasseissa päinvastoin. Väärän pallonpuoliskon kompassi ei toimi, koska neula on väärässä asennossa eikä pääse liikkumaan vapaasti.
6-7
a) Magneettien välinen vuorovaikutus havaitaan niiden välisen voiman perusteella, samoin sähkövarausten välinen vuorovaikutus havaitaan niiden välisen voiman perusteella. Magneettien samannimiset kohtiot hylkivät toisiaan ja erinimiset kohtiot vetävät toisiaan puoleensa. Vastaavasti saman sähkövarauksen omaavat kappaleet hylkivät toisiaan, eri varauksen omaavat kappaleet vetävät toisiaan puoleensa. Sähkövaraukset voivat olla positiivisia tai negatiivisia: ne voivat esiintyä toisistaan riippumatta ja erillään toisistaan. Sen sijaan magneetin napoja ei voi erottaa toisistaan. Magneetilla on aina sekä pohjoiskohtio ja eteläkohtio. Tämänhetkisen tietämyksen mukaan ei ole olemassa magneettisia monopoleja eli yksinapaisia magneettisia hiukkasia tai kappaleita.
b) Magneettikentän synnyttävät kestomagneetit, sähkömagneetit tai virtajohtimet, joissa kulkee sähkövirta. Sähkövaraukset synnyttävät sähkökentän. Magneettikenttiä havainnollistetaan kenttäviivaesityksillä, joissa kenttäviivojen suunta kertoo kentän suunnan ja tiheys kentän voimakkuutta. Vastaavasti sähkökentän kuvaamiseen käytetään kenttäviivoja. Magneettikentän kenttäviivat ovat sulkeutuvia käyriä, toisin kuin sähkökentän kenttäviivat, ja niitä on sekä magneetin ulko-että sisäpuolella. Magneettikentän voimakkuutta kuvaava suure B on magneettivuon tiheys . Se on vektorisuure kuten sähkökentän voimakkuus E.