Электронный учебно-методический комплекс по учебному предмету
Главная»Раздел 2. Электромагнетизм»Магнитное поле и его основные параметры
2.1 Магнитное поле и его основные параметры
О постоянных магнитах и их свойствах людям известно было уже давно. Английский ученый Уильям Гильберт еще в 1595 г. установил, что вокруг магнита существует магнитное поле, что посредством магнитного поля магниты взаимодействуют между собой, действует на железные предметы. Условно было принято, что линий магнитного поля выходят из северного полюса магнита и выходят в южный. Магниты разно именными полюсами притягиваются, а одновременными отталкиваются.
Долгое время в науке не было установлено связи между магнетизмом и электричеством. И только в 1820 г. датский физик Ханс Кристиян Эрстед своим путем опытами доказал, что в пространстве вокруг тока создается магнитное поля – замкнутые линии, указал структуру и направление силовых линий магнитного поля прямого тока и катушки с током.
На опыте (рис.2.1, a) с прямым током и магнитными стрелочками было установлено правило буравчика: «Если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения головки буравчика указывает направление силовых линий магнитного поля» (рис.2.1,б).
Направление силовых линий магнитного поля определяется по направлению поворота северного полюса магнитных стрелочек. В поперечном сечении проводника – это окружности. Если вместо прямого проводника взять катушку и пропустить по ней ток (рис.2.2), то получим следующую картинку магнитного поля: с одного торца катушки линии магнитного поля выходят (северный полюс), а в другой – входят (южный полюс).
Так как линии магнитного поля замкнутые, то внутри катушки линии магнитного поля направлены от южного полюса к северному. Для определения направления линии магнитного поля катушки принято правило “Если положить на катушку правую руку так, чтобы четыре пальца ладони были направлены по направлению тока в катушке, то большой, отогнутый на 90°, палец покажет направление линии магнитного поля катушки”.
Величина магнитного поля катушки находится в прямой зависимости от числа витков обмотки, тем больший магнитный поток поля и больше магнитная индукция. Магнитный поток представляется совокупностью всех силовых линий магнитного поля и обозначается буквой Ф. Магнитный поток измеряется в веберах (Вб). Интенсивность магнитного потока оценивается величиной, которая определяется плотностью магнитного потока, и называется магнитной индукцией.
где В - магнитная индукция, S - площадь поперечного сечения магнитного потока. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл).
Величина, определяемая произведением Iw, называется магнитодвижущей силой и обозначается МСД или намагничивающей силой и обозначается :
FМ = Iw (2.2)
где w- число витков.
Единицей измерения МДС является ампер. МДС в магнитной цепи аналогично ЭДС источника в электрической цепи.
Намагничивающая сила в созданном ею магнитном поле действуют вдоль линии магнитного потока. Доля намагничивающей силы, приходящейся на единицу длины линии магнитного потока, называется напряженностью магнитного поля и обозначается буквой Н.
Магнитная индукция и напряженность магнитного поля связаны простым соотношением
Где – абсолютная магнитная проницаемость, характеризующая магнитные свойства среды.
Магнитную проницаемость физических тел принято сравнивать с магнитной проницаемостью вакуума, которую называют магнитной постоянной и обозначают Число, показывающее, во сколько раз магнитная проницаемость данного вещества больше магнитной проницаемости вакуума, называется относительной проницаемостью и обозначается. Если необходимо определить магнитную проницаемость какого-либо материала, то сначала по таблице находят его относительную магнитную проницаемость ,которую затем умножают на магнитную постоянную
Следовательно,
Магнитный поток определяется формулой; заменив магнитную индукцию В уравнением
получим
Выражаем, стоящее в знаменателе формулы (2.5), называется магнитным сопротивлением:
Из этого выражения видно, что магнитное сопротивление прямо пропорционально длине магнитопровода, обратно пропорционально площади поперечного сечения S и зависит от магнитной проницаемости материала сердечника катушки, аналогично сопротивлению проводника в электрической цепи. Таким образом, формула (2.5) магнитного потока можно записать в таком виде:
и считать, что она выражает собой закон Ома для магнитной цепи, аналогично закону Ома для электрической цепи, где магнитный поток соответствует силе тока I. Магнитный поток прямо пропорционален магнитному сопротивлению магнитной цепи.
Вопросы для самоконтроля
1. Что представляют собой силовые линии магнитного поля прямого проводника с током?
2. Для чего служит правило буравчика? Сформулируйте правило буравчика.
3. Что представляют собой силовые линии магнитного поля катушки с током?
4. Для чего служит правило правой руки? Сформулируйте правило правой руки.
5. Что называется магнитодвижущей силой? В каких единицах измеряется? Запишите формулу магнитодвижущей (намагничивающей) силы.
6. Что называется напряжённость магнитного поля? Как она определяется?
7. Что представляет собой магнитная индукция и как она математически связана с напряженностью магнитного поля ?
8. Чему равна магнитная проницаемость вакуума?
9. Как определить магнитную проницаемость вещества?
10. Какой формулой связаны магнитный поток и магнитная индукция?
11. Запишите формулу, выражающую собой закон Ома для магнитной цепи. Сформулируйте его.
12. Запишите формулу магнитного сопротивления.
