Lähdekoodi sivulle Magneettikenttä

[[Tiedosto:Magnet0873.jpg|thumb|Rautasirut ovat kääntyneenä magneettikenttäviivojen mukaisesti.]]

'''Magneettikenttä''' on [[voima (fysiikka)|voimaan]] liittyvä ilmiö, joka aiheutuu  <!-- varausten liike ei synnytä sähkövirtaa, vaan ON sähkövirtaa -->[[sähkövirta|sähkövirrasta]] tai [[sähkökenttä|sähkökentän]] muutoksista<ref>{{Kirjaviite | Tekijä = Young & Freedman| Nimeke = University Physics with Modern Physics, 11. painos| Kappale = 27.2| Sivu = 1022| Selite = |Julkaisupaikka = | Julkaisija = Pearson | Vuosi = 2004| Tunniste = | Isbn = 0-321-20469-7 | Viitattu = | Kieli = {{en}}}}</ref>. [[magneetti|Magneettisten metallinkappaleiden]], [[Maan magneettikenttä|maan]] ja useimpien muiden taivaankappaleiden ympärillä on heikko luontainen magneettikenttä, ja sähköverkko sekä siihen yhdistetyt sähkölaitteet tuottavat ympärilleen keskivahvan tai voimakkaan magneettikentän. 

Tasavirta synnyttää staattisen magneettikentän ja ajallisesti vaihteleva vaihtovirta pulssimuotoisen. Magneettisten aineiden eli niin sanottujen pysyvien magneettien sisältämillä elektroneilla on luontainen magneettikenttä, jotka synnyttävät niin sanotun nettomagneettikentän.<ref>Laakso L, Lutter F
, Young C:  Static magnets – what are they and
what do they do? Rev Bras Fisioter. 2009;13(1):10-23 https://www.scielo.br/j/rbfis/a/V8DFwpDtXs43sPr7jdsCSMs/?format=pdf&lang=en</ref>

Magneettikenttä aiheuttaa liikkuviin varauksiin voiman, joka on kohtisuorassa sekä varauksen liikesuuntaa että magneettikenttää vastaan. Kenttä pyrkii myös kääntämään [[kompassi]]nneulan ja elimistön magnetiittihiukkasten kaltaiset magneetit kentän suuntaisiksi {{Lähde}}.

Ainakin linnut, mehiläiset, lohet, lepakot, valaat ja kilpikonnat (sekä mahdollisesti monet muut eläimet) kykenevät  suunnistamaan maan magneettikentän avulla. Lisäksi vuosina 2017 ja 2019 julkaistuissa tutkimuksissa on havaittu, että joidenkin ihmisten aivosähkökäyrä reagoi maan magneettikenttään samalla tavoin kuin ympäristön tietoisesti aistittavissa oleviin ärsykkeisiin.<ref>Evidence for a Human Geomagnetic Sense. Caltech University 18.3.2019. https://www.caltech.edu/about/news/evidence-human-geomagnetic-sense {{Wayback|1=https://www.caltech.edu/about/news/evidence-human-geomagnetic-sense |päiväys=20190505165543 }}</ref><ref>Ihmisestä löytyi uusi piiloaisti. Tieteen kuvalehti 3.8.2017. https://tieku.fi/ihminen/ihmisesta-loytyi-uusi-piiloaisti</ref> Koirat aistivat niin hyvin magneettikenttiä, että ne voidaan jopa kouluttaa etsimään magneetteja<ref>Tutkijat löysivät ihmiseltä uuden aistin – voimme ehkä havaita maapallon magneettikentän lintujen lailla. Suomen Kuvalehti 21.3.2019. https://suomenkuvalehti.fi/jutut/tiede/tutkijat-loysivat-ihmiselta-uuden-aistin-voimme-ehka-havaita-maapallon-magneettikentan-lintujen-lailla/</ref>.

Magneettikentän suuntaa ja suuruutta kuvataan joko [[magneettivuon tiheys|magneettivuon tiheydellä]] '''B''' tai [[magneettikentän voimakkuus|magneettikentän voimakkuudella]] '''H'''. Magneettivuon tiheyden yksikkö [[SI-järjestelmä]]ssä on [[Tesla (yksikkö)|tesla]]. <ref name=si_opas>{{Verkkoviite | Osoite = http://www.sfs.fi/files/70/si-opas.pdf | Nimeke = SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) | Tekijä = Suomen Standardoimisliitto | Tiedostomuoto = PDF | Selite = Sivu 4. | Julkaisu = SFS-oppaat | Ajankohta = 04.11.2002 | Julkaisupaikka =  | Julkaisija = Suomen Standardoimisliitto | Viitattu = 22.12.2011 | Kieli =  | arkisto = https://web.archive.org/web/20120831234747/http://www.sfs.fi/files/70/si-opas.pdf | arkistoitu = 31.8.2012 }}</ref>  Vanhempi [[CGS]]-järjestelmän mukainen yksikkö oli [[gaussi|gauss]].

== Magneettikentän merkitys maan eliöille ==

Monet eliöt kykenevät suunnistamaan maan magneettikentän avulla<ref name = hs>{{Verkkoviite| Osoite = http://www.hs.fi/tiede/a1418102285289| Nimeke = Magneettiaisti on yhä eläinkunnan suuri mysteeri| Tekijä = Juha Matias Lehtonen| Julkaisu = Helsingin Sanomat| Ajankohta = 10.12.2014| Viitattu = 10.12.2014| arkisto = https://web.archive.org/web/20141215044133/http://www.hs.fi/tiede/a1418102285289| arkistoitu = 15.12.2014}}</ref>. Esimerkiksi linnut suunnistavat [[magneettiaisti]]ksi kutsutun kemiallisen kompassinsa avulla, joka perustuu niin sanotulle radikaaliparien mekanismille. Valonsäteiden tuottamat fotonit irrottavat siinä elektroneja linnun silmän verkkokalvon kryptokromiproteiini-nimisestä reseptorimolekyylistä. Tällöin syntyy Maan magneettikentän suunnalle herkkiä vapaaradikaalipareja eli yhdisteitä, jossa on pariton elektroni tai vapaa valenssi. Verkkokalvon kryptokromiproteiinin absorboidessa valoa sen flaviiniadeniinidinukleotidissa syntyy vapaa radikaalipari, jonka toinen elektroni siirtyy 1,5 nanometrin päässä sijaitsevaan aminohappoon. Radikaalin parin elektronit muodostavat lomittuneine   elektroneineen koherentin kvanttitilan, jonka aikana linnun aivot vertaavat vapaan radikaaliparin elektronien välistä suuntaa Maan  magneettikentän kenttäviivojen suunnan kanssa. Kyseinen suuntakulma vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti vapaa radikaalipari palaa neutraaliksi kryptokromiproteiiniksi lähettäen signaalin linnun hermojärjestelmään. Linnut kykenevät määrittämään myös magneettikentän  voimakkuuden hyödyntämällä nokassaan ja korvissaan sijaitsevia nanokokoisia [[Magnetiittinanopallo|magnetiittipalloja]] ja -kiteitä.<ref name="Nimetön-rEiE-1">Kemiallinen kompassi tuo muuttolinnut Suomeen. Kemia-lehti 3/2015. https://www.kemia-lehti.fi/wp-content/uploads/2015/05/Kemiallinen_kompassi_tuo_muuttolinnut_Suomeen_Kemialehti_05_05_2015.pdf {{Wayback|1=https://www.kemia-lehti.fi/wp-content/uploads/2015/05/Kemiallinen_kompassi_tuo_muuttolinnut_Suomeen_Kemialehti_05_05_2015.pdf |päiväys=20190506072132 }}</ref>

== Kenttävoimakkuuksia ==

Magneettikuvauslaitteissa käytetään noin 100 000 kertaa maapallon magneettikenttää voimakkaampia magneetteja<ref name="Nimetön-rEiE-1"/>.

{{Lähteetön}}
Esimerkkejä [[Magneettivuon tiheys|magneettivuon tiheydestä]] erilaisissa magneettikentissä:
*Maan magneettikenttä 25–50 &mu;T ([[Tesla (yksikkö)|mikroteslaa]]) (0,25–0,5 [[gaussi]]a)
*[[Jupiter]] 400 &mu;T eli 0,0004&nbsp;T 
*pieni [[magneetti]] 0,01&nbsp;T
*[[auringonpilkku]] 0,15&nbsp;T (eräs arvio jopa 0,3&nbsp;T)
*[[magnetar]] (nopeasti pyörivä magneettinen [[neutronitähti]]) 100&nbsp;GT

==Yhtälöitä==

Magneettikentän (vuontiheys '''B''') kohdistama voima hiukkaseen, joka liikkuu nopeudella ''v'' ja jonka varaus on ''q'':

:<math>
\mathbf{F} = q \mathbf{v} \times \mathbf{B}.
</math>

Nopeudella ''v'' liikkuva hiukkanen, jolla on sähkövaraus ''q'', aiheuttaa ympärilleen magneettikentän, jonka magneettivuon tiheys etäisyydellä ''r'' on
:<math>\mathbf{B} = \frac{\mu_0}{4 \pi} \frac{q \mathbf{v} \times \ \mathbf{r}}{|\mathbf{r}|^3}.</math>

Magneettikentän kohdistama voima johtimeen, jossa kulkee virta ''I'' on

:<math> \mathbf{F} = I \int_{johdin} d\mathbf{l} \times \mathbf{B}.</math>

[[Biot-Savartin laki]] eli virtajohtimen, jossa kulkee virta ''I'', aiheuttama magneettivuon tiheys etäisyydellä ''r'':

:<math> \mathbf{B} = \frac{\mu_0 I}{4 \pi} \int_{johdin} d \mathbf{I} \times \frac{\mathbf{r}}{|\mathbf{r}|^3},</math>

missä <math>\mu_o</math> on [[magneettivakio]] eli tyhjiön [[permeabiliteetti]].


[[Ampèren laki]]:

:<math>
\oint_C \mathbf{B} \cdot d\mathbf{l} = \mu_0 I_{enc}.
</math>

[[Amperen laki|Ampere-Maxwellin laki]]:

:<math> \nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0 \epsilon_0 \frac { \partial \mathbf{E}} {\partial t}. </math>

[[Gaussin laki magneettikentille]]:

:<math> \nabla \cdot \mathbf{B} = 0. </math>

[[Faradayn induktiolaki]], joka osoittaa, miten muuttuva magneettikenttä ''B'' saa aikaan pyörteisen [[sähkökenttä|sähkökentän]] ''E'':

:<math>\nabla \times \mathbf{E} = - \frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}.</math>

==Esimerkkejä==

'''Suoran virtajohtimen synnyttämä magneettikenttä.'''

Amperen lain mukaan minkä tahansa suljetun polun ''C'' läpi kulkeva virta ''I'' aiheuttaa magneettikentän, jonka suuruus on

<math>

\oint_C \mathbf{H} \cdot dl=\mbox{I}.

</math>

Kun tarkastellaan (kuvitteellista) ympyrän muotoista polkua, joka on johtimesta etäisyyden ''R'' päässä saadaan [[polkuintegraali]]sta

<math>

\mathbf{H}\cdot 2\pi R = \mbox{I}.

</math>

Magneettikenttä etäisyydellä ''R'' on siis

<math>

\mathbf{H}=\frac{\mbox{I}}{2\pi R}.

</math>

Magneettikentän suunta saadaan oikean käden säännöllä: kun oikea käsi asetetaan johtimen ympärille siten, että peukalo osoittaa virran kulkusuuntaan, magneettikentän kenttäviivat kiertävät johdinta sen ympärillä olevien sormien suuntaisesti.

Koska magneettikentään asetettuun johtimeen kohdistuu voima, joka riippuu magneettikentän voimakkuudesta ja johtimessa kulkevasta virrasta, kahden virtajohtimen asettaminen vierekkäin aiheuttaa kumpaankin joko niitä erilleen työntävän tai yhteen vetävän voiman riippuen siitä ovatko johtimien virran samansuuntaiset vai erisuuntaiset. Tämä voima riippuu vain johtimissa kulkevasta virrasta, johdinten etäisyydestä ja väliaineen [[permeabiliteetti|permeabiliteetistä]]. Siksi [[ampeeri]], sähkövirran yksikkö SI-järjestelmässä, on määritelty tämän ilmiön avulla.

== Katso myös ==
*[[Magneettikentän voimakkuus]]
*[[Magneettivuo]]
*[[Magneettivuon tiheys]]
*[[Magneettisen navan voimakkuus]]

== Lähteet ==
{{Viitteet}}

==Kirjallisuutta==
* {{Kirjaviite | Tekijä=Lindell, Ismo; Sihvola, Ari | Nimeke=Sähkömagneettinen kenttäteoria 1. Staattiset kentät | Julkaisija=Otatieto | Julkaisupaikka=Helsinki | Vuosi=2013 | Tunniste = | Isbn = 978-951-672-354-2}}
* {{Kirjaviite | Tekijä=Voipio, Erkki | Nimeke=Sähkö- ja magneettikentät | Selite=Moniste 381 | Julkaisija=Otakustantamo | Julkaisupaikka=Espoo | Vuosi=1987 | Tunniste = | Isbn = 951-672-038-2}}

==Aiheesta muualla==
{{commons-rivi}}
*[http://opetus.tv/fysiikka/fy7/varattu-hiukkanen-magneettikentassa/ Opetusvideoita aiheesta Opetus.tv-sivustolla]

[[Luokka:Magnetismi]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]