שדה מגנטי הוא תכונה של המרחב סביב זרם חשמלי או חומר מגנטי.
זהו שדה וקטורי, כלומר לכל נקודה במרחב מתאים וקטור שמראה כיוון ועוצמה.
השדה נמדד ביחידות טסלה (T) במערכת הבינלאומית.
השדה מפעיל כוח על מגנטים ועל גופים בהם זורם זרם חשמלי.
היחידה הפשוטה שיוצרת שדה מגנטי היא דיפול מגנטי, שני קטבים מנוגדים צמודים.
דיפול יכול להיווצר מלולאת זרם או מחלקיקים בעלי תנע זוויתי עצמי.
כאשר כיוון הזרם מקביל לשדה, הכוח תעלם; כאשר הוא אנכי לשדה, ההשפעה מקסימלית.
תופעות מגנטיות ידועות מאז העת העתיקה. מצפן משתמש בשדה המגנטי של כדור הארץ למצוא צפון.
בשנת 1820 גילה הנס כריסטיאן ארסטד שזרם חשמלי יוצר שדה מגנטי.
קשר חזק קיים בין שדה מגנטי לשדה חשמלי. שניהם מאוחדים בתורת היחסות.
משוואות מקסוול מקשרות ביניהם ומסבירות איך שינויים בשדה אחד מייצרים את השני.
כוח שמפעיל שדה מגנטי על מטען נע נקרא כוח לורנץ. בניסוח קצר: F = q v × B.
הכוח תמיד ניצב למהירות המטען ולכיוון השדה, ולכן הוא אינו מבצע עבודה ישירה.
מגנטיות נצפתה במקורות עתיקים. במאה ה-19 חוברו החשמל והמגנטיות לתיאוריה אחת.
מאוחר יותר פותחה גרסה יחסותית של התיאוריה בתחילת המאה ה-20.
חישובים של שדות וכוחות משתמשים במכפלה וקטורית. מכפלה זו נותנת וקטור חדש.
התוצאה תלויה בזווית בין הווקטורים ובכלל יד ימין שמחליט את הכיוון.
השדה שיוצר חלקיק טעון בתנועה נתון לפי חוק ביו־סבאר.
השדה קטן בריבוע המרחק וניצב למהירות ולווקטור שמחבר בין החלקיק לנקודה.
כאשר מטען נע בשדה מגנטי אחיד, מסלולו יכול להיות ספירלי; מהירותו בגודל נשארת קבועה.
דיפול הוא זוג קטבים צמודים. מונופול מגנטי, מטען מגנטי בודד, לא נמצא עד כה.
המומנט המגנטי μ מציין את חוזק הדיפול וכיוונו מהמקטע החיובי לשלילי.
דיפול בלולאת זרם מקושר באמצעות μ = I A n̂, כאשר A הוא שטח הלולאה.
בסביבה של שדה אחיד פועל על דיפול מומנט סיבובי τ = μ × B.
הנוסחאות הפשוטות צריכות להיחשב ביחס למערכת ייחוס.
תורת היחסות מראה ששדה מגנטי וחשמלי הם צדדים של אותו טנזור שדה.
באמצעות טרנספורמציית לורנץ מקבלים את השדה באיזור מסוים ממערכת ייחוס אחרת.
חוק גאוס המגנטי אומר ש
\n\n\n
תיל ישר אינסופי היוצר שדה במעגלים סביב התיל. לפי חוק אמפר: B = μ0 I /(2π r).
שני תיילים נושאים כוחות זה על זה. אם הזרמים בכיוון זהה, נוצרת משיכה ביניהם.
אם הזרמים בכיוונים מנוגדים, נוצרת דחייה.
בסליל יש ריכוז קווי שדה. השדה בתוך הסליל ישר ומכוון לפי כלל יד ימין.
אם מניחים שהתפלגות השדה מחוץ לסליל זניחה, אז B = μ0 (N/L) I.
כדור הארץ מתנהג כמגנט גדול עם קוטב צפוני ודרומי. קווי השדה מסודרים בקירוב לכיוון צפון.
השדה מגונן על היצורים החיים מפני חלקיקי קרינה מהשמש. הקטבים המגנטיים אינם תואמים בדיוק לצירי הסיבוב.
מצפן משתמש במחט דיפולית להתיישר לאורך רכיב משיק של קו השדה המגנטי.
שדה מגנטי הוא האזור סביב מגנט או זרם חשמלי שמפעיל כוח.
מגנט הוא חפץ עם שני קטבים: צפוני ודרומי. קטב זה מושך או מדחה אחרים.
מצפן הוא מחט מגנטית שמראה את הכיוון הצפוני של השדה.
זרם חשמלי, תנועת חלקיקים מטענים בחוט, גם יוצר שדה מגנטי.
אם הזרם בחוט זז באותו כיוון כמו השדה, אין כוח גדול.
אם הזרם זז בכיוון שניצב לשדה, הכוח חזק יותר.
שני חוטים שמוליכים זרם מקבילים יכולים למשוך זה את זה.
אם הזרמים בכיוונים מנוגדים, החוטים ידחפו זה את זה.
בסליל יש הרבה לולאות של חוט. בתוך סליל השדה חזק ומסודר.
כדור הארץ גם יש לו שדה מגנטי. השדה הזה עוזר להגן על החיים מפני קרינה מהשמש.
עד היום לא נמצא מטען מגנטי בודד בשם מונופול. חוקרים מחפשים אותו.
תגובות גולשים