Основные величины, характеризующие магнитное поле

Основными векторными величинами, характеризующими магнитное поле, являются магнитная индукция и намагниченность .

Магнитная индукция – это векторная величина, определяемая по силовому воздействию магнитного поля на движущийся электрический заряд.

Намагниченность – магнитный момент единицы объема вещества.

Кроме этих двух величин магнитное поле характеризуется вектором напряженности .

Три величины – , , – связаны друг с другом следующей зависимостью:

(32.4)

В системе СИ единица индукции В – Тесла (Тл), а единица намагниченности и напряженности – ампер на метр (А/м).

Намагниченность представляет собой вектор, направление которого в данной точке поля совпадает с направлением вектора . При этом

æ ,

(32.5)

где æ – магнитная восприимчивость вещества, характеризующая способность вещества намагничиваться.

Подставив (32.5 ) в (32.4) и обозначив (1+æ) = ,получим:

(32.6)

где =μ_а /μ₀– относительная магнитная проницаемость среды;

μ₀ – магнитная постоянная, характеризующая магнитные свойства вакуума;

μ_а – абсолютная магнитная проницаемость среды.

(32.7)

В системе СИ единицей магнитного потока является вебер (вб). Электрический ток, протекая по проводнику, создает в окружающем пространстве магнитное поле. Направление тока в проводнике и магнитных силовых линий связаны правилом буравчика.

Ток возбуждает магнитное поле благодаря своей намагничивающей силе F. Намагничивающая сила создает в пространстве, окружающем проводник, определенную, пропорциональную ей напряженность магнитного поля H. Под действием напряженности магнитного поля изменяется магнитное состояние среды, которое характеризуется вектором магнитной индукции В. Таким образом, напряженность магнитного поля определяется величиной тока, а магнитная индукция зависит как от величины тока, так и от параметров самой среды (через ее магнитную проницаемость).

Вопросы для самоконтроля

1. Какой эквивалентной линейной схемой замещения можно заменить нелинейный резистор?

2. Поясните методику расчета нелинейной цепи постоянного тока методом линеаризации.

3. Как можно применить метод эквивалентного генератора для расчета тока в ветви с нелинейным сопротивлением?

4. Как при помощи нелинейного элемента осуществить стабилизацию тока в нагрузке?

5. Как при помощи нелинейного элемента осуществить стабилизацию постоянного напряжения?

6. Как подразделяются материалы по магнитным свойствам?

7. Перечислите основные величины магнитного поля. Как они связаны между собой?

8. Какую величину называют магнитным потоком? В каких единицах измеряется магнитный поток?

Источник

Магнитное поле и его параметры, магнитные цепи

отдельные вещества: ферримагнетики (металлы — преимущественно чугуны, железо и сплавы из них) и их класс ферритов вне зависимости от состояния;

движущиеся заряды электричества.

Они образовались после поднесения постоянного магнита к обратной стороне картонного листа с ровным слоем железных опилок. Картинка демонстрирует четкую маркировку северного (N) и южного (S) полюсов с направлением силовых линий относительно их ориентации: выход из северного полюса и вход в южный.

Как создается магнитное поле

Источниками магнитного поля являются:

изменяющееся во времени электрическое поле.

С действием постоянных магнитов знаком каждый ребенок детсадовского возраста. Ведь ему уже приходилось лепить на холодильник картинки-магнитики, извлекаемые из упаковок с всякими лакомствами.

Находящиеся в движении электрические заряды обычно обладают значительно большей энергией магнитного поля, чем постоянные магниты. Его тоже обозначают силовыми линиями. Разберем правила их начертания для прямолинейного проводника с током I.

Магнитная силовая линия проводится в плоскости, перпендикулярной движению тока так, чтобы в каждой ее точке сила, действующая на северный полюс магнитной стрелки, направлялась по касательной к этой линии. Таким образом создаются концентрические окружности вокруг движущегося заряда.

Направление этих сил определяется известным правилом винта или буравчика с правосторонней навивкой резьбы.

Необходимо расположить буравчик соосно с вектором тока и вращать рукоятку так, чтобы поступательное движение буравчика совпадало с его направлением. Тогда ориентация силовых магнитных линий будет показана вращением рукоятки.

В кольцевом проводнике вращательное движение рукоятки совпадает с направлением тока, а поступательное — указывает на ориентацию индукции.

Магнитные силовые линии всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Они продолжаются внутри магнита и никогда не бывают разомкнутыми.

Правила взаимодействия магнитных полей

Магнитные поля от разных источников складываются друг с другом, образуя результирующее поле.

Основные характеристики магнитного поля

вектор магнитной индукции ( В );

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ — Тесла (в знак памяти об ученом физике, который исследовал эти явления и описал их математическими методами). В русской технической литературе она обозначается «Тл», а в международной документации принят символ «Т».

1 Тл — это индукция такого однородного магнитного потока, который воздействует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярно расположенного направлению поля, когда по этому проводнику проходит ток 1 ампер.

Направление вектора В определяется по правилу левой руки.

Если расположить ладонь левой руки в магнитном поле так, чтобы силовые линии из северного полюса входили в ладонь под прямым углом, а четыре пальца расположить по направлению тока в проводнике, то оттопыренный большой палец укажет направление действия силы на этот проводник.

В случае, когда проводник с электрическим током расположен не под прямым углом к магнитным силовым линиям, то сила, воздействующая на него, будет пропорциональна величине протекающего тока и составляющей части проекции длины проводника с током на плоскость, расположенную в перпендикулярном направлении.

Сила, воздействующая на электрический ток, не зависит от материалов, из которых создан проводник и площади его сечения. Даже если этого проводника вообще не будет, а движущиеся заряды станут перемещаться в другой среде между магнитными полюсами, то эта сила никак не изменится.

Если внутри магнитного поля во всех точках вектор В имеет одинаковое направление и величину, то такое поле считают равномерным.

Если рассматривать прохождение магнитной индукции через определенную площадь S, то ограниченная ее пределами индукция будет называться магнитным потоком.

Когда площадь наклонена под каким-то углом α к направлению магнитной индукции, то магнитный поток уменьшается на величину косинуса угла наклона площади. Максимальное же его значение создается при перпендикулярном расположении площади к ее пронизывающей индукции. Ф=В·S

Единицей измерения магнитного потока является 1 вебер, определяемый прохождением индукции в 1 теслу через площадь в 1 метр квадратный.

Этот термин используется для получения суммарной величины магнитного потока, создаваемого от определенного количества проводников с током, расположенных между полюсами магнита.

Для случая, когда один и тот же ток I проходит по обмотке катушки с числом витков n, то полный (сцепленный) магнитный поток от всех витков называют потокосцеплением Ψ.

Как образуется магнитное поле от переменного электрического

Электромагнитное поле, взаимодействующее с электрическими зарядами и телами, обладающими магнитными моментами, представляет собой совокупность двух полей:

Они взаимосвязаны, представляют собой совокупность друг друга и при изменении в течение времени одного происходят определенные отклонения в другом. К примеру, при создании переменного синусоидального электрического поля в трехфазном генераторе одновременно образуется такое же магнитное поле с характеристиками аналогичных чередующихся гармоник.

Магнитные свойства веществ

По отношению к взаимодействию с внешним магнитным полем вещества подразделяют на:

антиферромагнетики с уравновешенными магнитными моментами, благодаря чему создается очень малая степень намагниченности тела;

диамагнетики со свойством намагничивания внутреннего поля против действия внешнего. Когда же внешнее поле отсутствует, то у них магнитные свойства не проявляются;

парамагнетики со свойствами намагничивания внутреннего поля по направлению действия внешнего, которые обладают малой степенью магнетизма;

ферримагнетики с неуравновешенными по величине и направлению магнитными моментами.

Все эти свойства веществ нашли разнообразное применение в современной технике.

На основе расчетов магнитных цепей работают все трансформаторы, индуктивности, электрические машины и многие другие устройства.

Например, у работающего электромагнита магнитный поток проходит по магнитопроводу из ферромагнитных сталей и воздуху с выраженными не ферромагнитными свойствами. Совокупность этих элементов и составляет магнитную цепь.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Величины, характеризующие магнитное поле

1. Магнитная индукция.

Если в однородное магнитное поле поместить проводник с током, то на него будет действовать сила. Величина этой силы определяется законом Ампера, согласно которому . .

— магнитная индукция поля.

; если , то

Таким образом, магнитная индукция – величина, численно равная силе, с которой поле действует на проводник с током в 1А и длиной в 1м.

Если левую руку поставить так, чтоб магнитные силовые линии входили в ладонь, а 4 вытянутых пальца указывали направление тока, то большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Магнитная индукция – величина векторная и является силовой характеристикой поля.

За направление вектора магнитной индукции в каждой точке поля принимают направление магнитных силовых линий.

Магнитные силовые линии перпендикулярны проводнику с током, то .

2. Магнитный поток.

Величина, измеряемая произведением магнитной индукции на величину площади, перпендикулярной векторам магнитной индукции, называется магнитным потоком.

Для неоднородного поля на площадке выделяют элементарную площадь , на которой поле будет однородным.

3. Магнитная проницаемость

Различают абсолютную и относительную магнитную проницаемость среды.

Абсолютная магнитная проницаемость среды характеризует магнитные свойства среды, в которой возникло магнитное поле.

Абсолютная магнитная проницаемость вакуума называется магнитной постоянной.

Величина, показывающая, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость среды больше или меньше абсолютной магнитной проницаемости вакуума, называется относительной магнитной проницаемостью

В зависимости от величины m все вещества подразделяются на парамагнитные, диамагнитные и ферромагнитные.

У парамагнитных веществ (для Al m = 1,000023).

У диамагнитных веществ (для Си m = 0,99991).

У ферромагнитных веществ , то есть в 10¸100 тысяч раз больше 1.

4. Напряженность магнитного поля

Напряженность как и магнитная индукция характеризует интенсивность магнитного поля, но не зависит от свойств среды.

Напряженность – величина векторная, направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Величина, равная произведению напряженности магнитного поля Н на участок длины магнитной силовой линии l, называется магнитным напряжением:

Магнитное напряжение, вычисленное по всей длине l магнитной силовой линии, называется магнитодвижущей силой, или намагничивающей силой:

или

Закон полного тока

Магнитное поле, создаваемое током, и ток в проводнике неразрывно связаны между собой, следовательно, и величины, характеризующие магнитное поле (магнитный поток, магнитная индукция и т.д.) также связаны с током в проводнике.

Закон полного тока и устанавливает зависимость между током в проводнике и напряженностью магнитного поля.

Полным током называют алгебраическую сумму токов, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром ((SI) – полный ток).

Если ток создает магнитное поле, направление которого совпадает с произвольно выбранным направлением обхода контура, то он берется со знаком «+», а если нет – со знаком «-»

Магнитное поле во всех точках контура будет различным и по значению и по направлению, поэтому выделим на контуре элементарный участок и допустим, что вектор напряжен-ности в этой точке образует

с участком угол a. Вектор Н можно разложить на две составляющие, одна из которых совпадает с участком , а вторая – перпендикулярна ему.

Для определения намагничивающей силы для замкнутого контура необходимо просуммировать (проинтегрировать) все магнитные напряжения, вычисленные вдоль этого контура.

Опытным путем установлено, что намагничивающая сила, вычисленная вдоль замкнутого контура, равна полному току (алгебраической сумме токов, пронизывающих поверхность, ограниченную магнитной силовой линией, по которой вычислена намагничивающая сила).

Применение закона полного тока

1. Магнитное поле вокруг прямолинейного проводника с током

	Необходимо определить напряженность поля вокруг проводника в т.А, расположенной от проводника на расстоянии х. Для этого проведем аксонометрическую окружность с радиусом х. Полный ток здесь равен току в проводнике.

Длина контура равна длине окружности, таким образом, чем дальше точка удалена от проводника, тем напряженность поля в ней будет меньше.

Источник

Электромагнитное поле: формулы для расчета, используемые обозначения

Содержание:

Вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, возникает магнитное поле. Оно вызывает проявление физических явлений, например, механических сил: изменяет сопротивление металлов, сплавов, размеры тел. Рассмотрим напряженность магнитного поля, формулы для её вычисления.

Теория

Опыты показывают, что магнитное поле пытается сориентировать магнитную стрелку, развернуть её относительно плоскости витка, в направлении, которое называется направлением поля. Для планеты его принимают за линию, направленную с географического севера на юг. Электрическое поле характеризуется векторной величиной E – напряженностью. Для описания магнитного воздействия применяют величину B, названную магнитной индукцией.

Во избежание путаницы характеристики носят разные названия.

Направлением B считают то, куда укажет магнитная стрелка относительно витка с электрическим током. Его модуль определяют по максимальному значению вращающего момента Mmax, действующего на стрелку. При одинаковом значении индукции в каждой точке пространства поле называется однородным, когда его величина проявляется в веществе в разной степени – неоднородным.

Магнитное поле: все формулы

Магнитный момент контура с током равен:

Рассмотрим остальные формулы, позволяющие рассчитать электромагнитное поле.

Вращающий и магнитный моменты характеризуют электромагнитную индукцию, по модулю она равняется:

Измеряется в теслах (Тл), названа в честь величайшего сербского учёного XX века Николы Теслы.

При расчётах неоднородных полей в них помещают маленькие контуры, по габаритам сравнимые с расстояниями, на которых наблюдаются изменения.

Магнитное полевое образование характеризуется напряжённостью H, пропорциональной индукции в вакууме:

При вычислениях для вещества добавляется коэффициент магнитной проницаемости μ, для вакуума он равен единице.

Магнитная индукция соленоида:

Формула энергии W магнитного поля для соленоида:

Сила взаимодействия между проводниками с электрическим током:

S – площадь контура.

Электромагнитное поле образуется вокруг намагниченных тел и проводников с током.

Источник