Ważnym prawem fizycznym odnoszącym się do wszystkich pól (grawitacyjnego, elektrycznego i magnetycznego) jest zasada superpozycji pól. W przypadku pola magnetycznegoPole magnetycznepola magnetycznego będzie ona brzmiała następująco:
Jeśli mamy kilka dowolnych źródeł pola magnetycznego, to pole magnetyczne wypadkowe, które pochodzi od tego układu źródeł jest sumą pól wytworzonych przez poszczególne źródła.
Wydaje się to dość oczywiste, choć tak naprawdę oczywiste nie jest. O tym za chwilę. Najpierw wyjaśnijmy, co oznacza „suma pól”.
Przypomnijmy: wielkością charakteryzującą pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej , przypisany każdemu punktowi przestrzeni. Wartość wektora informuje nas o „sile” pola w danym punkcie. Tak więc „suma pól” oznacza sumę wektorów indukcji magnetycznej od poszczególnych źródeł wyznaczoną w każdym punkcie przestrzeni. Tak więc, jeśli chcemy obliczyć wypadkowe pole magnetyczne pochodzące od trzech źródeł (może być ich dowolnie dużo) na przykład w punkcie A, to musimy dokonać następującego sumowania:
gdzie wektor (na przykład) oznacza indukcję magnetyczną, którą daje pierwsze źródło w punkcie A. Zobaczmy, jak to działa na przykładzie dwóch źródeł, którymi są identyczne magnesy sztabkowe ustawione przeciwnymi biegunami do siebie (Rys. 1.).
R14WXTbF16l2O
W punkcie A znajdującym się dokładnie pośrodku obszaru pomiędzy magnesami mamy sytuację zilustrowaną na Rys. 2.
Ponieważ (takie same magnesy i taka sama odległość punktu A od nich), to indukcja magnetyczna w punkcie A wyniesie zero. Ale już w innych punktach obszaru między magnesami tak nie będzie. Analogicznie sytuacja będzie się przedstawiała, gdy do siebie będą zwrócone bieguny S magnesów.
R7tTHBadoP44g
Oczywiście inaczej będzie wyglądało dodawanie wektorów indukcji w punkcie A, gdy magnesy będą ustawione do siebie przeciwnymi biegunami. Wtedy wektory i będą ustawione zgodnie. W efekcie w punkcie A będziemy mieli do czynienia z dwa razy silniejszym polem niż w przypadku pojedynczego magnesu (zobacz Rys. 3.).
RuH5Zrfmusrlt
Innym przykładem, gdzie widoczne jest działanie zasady superpozycji pól, jest pole wytworzone przez zwojnicę.
Na Rys. 4. pokazano linie polaLinie pola magnetycznegolinie pola, którego źródłem jest zwojnica złożona z pięciu zwojów przewodnika z prądem, a na Rys. 5. widzimy linie pola pochodzącego od prądu okrężnego. W świetle zasady superpozycji pól staje się jasne, skąd bierze się tu podobieństwo charakteru linii. Wiemy już, że w przypadku zwojnicy mamy do czynienia ze zsumowaniem pól pochodzących od poszczególnych zwojów, w wyniku czego powstaje prawie jednorodne pole wewnątrz zwojnicy.
Rz2iiLIeOGedX
RL2ryUjuUYFWM
Domyślasz się pewnie, że obliczenie indukcji magnetycznej w dowolnym punkcie jako sumy (wektorowej!) indukcji od poszczególnych zwojów jest bardzo trudne i pewnie należałoby rachunek przeprowadzić za pomocą komputera. Nie mniej efekt sumowania jest widoczny, zwłaszcza jeśli spojrzymy na rzeczywisty obraz pola magnetycznego przedstawiony za pomocą żelaznych opiłków, które, jak wiemy, ustawiają się tak, jak igiełki magnetyczne – wzdłuż linii pola (Rys. 6.).
R4Ucsyt2cPB9I
Wróćmy do „oczywistości” zasady superpozycji pól. To jasne, że sumowanie podsuwa nam intuicja, bo jest to najprostsze, co można by zrobić w sytuacji istnienia wielu źródeł. Ale przecież wcale nie musiało by tak być, że źródła działają od siebie niezależnie. Obecność drugiego źródła mogłaby w jakiś sposób zakłócać działanie źródła pierwszego. Na szczęście nie zauważono istnienia takiej komplikacji. Pozostaje prosta suma wektorów, która i tak okazuje się w realizacji wcale nie taka prosta.
Słowniczek
Pole magnetyczne
Pole magnetyczne
(ang. magnetic field) – stan przestrzeni charakteryzujący się działaniem siły, zwanej siłą magnetyczną (Lorentza) na poruszający się ładunek umieszczony w tej przestrzeni bądź na obiekt obdarzony momentem magnetycznym; wielkością charakteryzująca pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej .
Linie pola magnetycznego
Linie pola magnetycznego
(ang. magnetic line of induction) – poglądowy obraz tego pola. Przebieg linii odzwierciedla układ wektorów indukcji magnetycznej w przestrzeni. W każdym, dowolnym punkcie linii pola zaczepiony jest wektor , styczny do tej linii.