Магнитное поле.
Мы с вами изучили электрическое поле и теперь приступаем к изучению магнитного поля. Наличие или отсутствие магнитного поля хорошо можно определить с помощью магнитной стрелки компаса. Если мы расположим около провода магнитные стрелки так, чтобы они показывали Север-Юг и в сторону провода. Теперь, если по проводу пустить постоянный электрический ток, то мы увидим, что стрелки повернутся так как показано на рис. 13.а. Следовательно, вокруг провода появилось магнитное поле и как и электрическое поле обладает силовым линиями.
Рис.13. Определение направления магнитного поля.
На рис. 13.а крестик в сечении провода говорит о том. Что направление электрического тока от наблюдателя – вдаль.
Анализируя положение стрелок можно сказать, что магнитные силовые линии вокруг проводника будут являться концентрическими окружностями и будут направлены по часовой стрелке. Отсюда и возникает правило «буравчика» (см. рис.13.б) - при поступательном движении буравчика по направлению электрического тока в проводе, направление вращения рукоятки покажет направление магнитных силовых линий.
Если свернуть провод кольцом (см. рис.14.а.), то магнитные силовые линии будут направлены в одну сторону и складывать внутри кольца и вне кольца. Аналогично в катушке с проводом магнитное поле будет концентрироваться внутри катушки. Здесь также можно применить правило буравчика, если направить движение рукоятки по направлению тока в проводах катушки, то поступательное движение буравчика покажет направление магнитных силовых линий катушки с проводом.
Рис. 14. Магнитное поле провода свёрнутого в кольцо или катушку.
Как же образуется магнитное поле постоянных магнитов? Точно так же, если вспомнить, что электроны вращаются вокруг протонов в атомах, а это есть не что иное, как электрический ток.
Характеристики магнитного поля.
На провод с током в однородном магнитном поле действует сила согласно закону Ампера, установленному опытным путём равная
F=BIl.
Рис. 15. Проводник с током в равномерном магнитном поле.
Подобно электрическому полю, магнитное поле возникает благодаря действию напряжённости магнитного поля H. Напряжённость магнитного поля H зависит от величины электрического тока I и длины проводника l. Другой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция B, которая учитывает магнитные свойства окружающей среды.
B=F/(I·l) = µа·H == µ0·µr·H,
где: µа – абсолютная магнитная проницаемость окружающей среды; µо –магнитная проницаемость вакуума, µо =4·π·10-7; µr – относительная магнитная проницаемость окружающей среды, для вакуума µr =1.
С точки зрения магнитного поля все вещества делятся диамагнитные (µr <1) (вода, водород, кварц, серебро, медь и т.д.), парамагнитные (µr >1) (алюминий, кислород, воздух т.д.) и ферромагнитные (µr >>1) (железо, никель, кобальт и некоторые их сплавы).
Как и в электрическом поле, напряжённость и индукция магнитного поля есть величины векторные.
Следующей характеристикой магнитного поля является магнитный поток Ф= B·S.
Единицы измерения магнитных величин:
H=[ В· с·м /м2·Гн] =[ В· с·м / м2·Ом·с]= [В·А/В·м]= [А/м];
B=[Н/А·м] =[Дж/м·А·м]= [В·А·с/А·м2]= [В· с/м2]= [Вб/м2]= [Тл]
Ф= [Тл·м2]= [(Вб/м2)· м2]= [Вб].
А/м – единица измерения напряжённости магнитного поля H.
Э – эрстед – единица измерения напряжённости магнитного поля H. 1Э = 80А/м = 0,8А/см
Тл – Тесла – единица измерения магнитной индукции B.
Гс – Гаус – единица измерения магнитного индукции B. 1Гс=10-4 Тл
Вб – вебер – единица измерения магнитного потока Ф.
Мкс – Максвелл – единица измерения магнитного потока Ф. 1 Мкс=10-8 Вб
Гн/м – единица измерения магнитной проницаемости µа. Гн/м=Ом·с/м
Закон полного тока
Представим (см. рис. 16), что имеются три проводника с электрическим током. Вокруг проводников проведен контур АБВГДЕА. В разных точках этого контура напряженность магнитного поля будет различной по значению и направлению. Предположим, что на бесконечно малом элементе длины контура Δl вектор напряженности поля образует с элементом длины Δl угол α. В этом случае вектор Н можно разложить на две составляющие: Н1 = H·cosα и Н2 = H·sinα. Продольная составляющая напряженности магнитного поля Н1 направлена по длине Δl, а поперечная Н2 - под углом 90° к Н1. Произведение Н1·Δl называется магнитным напряжением ΔUм, на участке Δl оно будет положительным, если вектор Н1 совпадает с направлением обхода контура, например с движением часовой стрелки. Магнитное напряжение выражается в амперах [ Uм ] = [ Н1·Δl ]=А.
Сумму элементарных магнитных напряжений вдоль замкнутого контура называют намагничивающей силой (НС) или магнитодвижущей силой (м.д. с) и обозначают буквой F.
Таким образом, если какую-то поверхность пересекают несколько проводов с токами (см. рис. 16), то сумма произведений напряжённости магнитного тока на длину проводов, будет равна сумме токов, текущих по этим проводам.
Рис. 16. Иллюстрация к закону полного тока
=
Формулировка закона полного тока гласит так: намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, который проходит сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.
Те, кто взял учебники «Электротехника и электроника» М. В. Немцов, М.Л. Немцова изд. «Академия» 2012г.
Проработайте весь пройденный материал по нему. Электростатика стр. 5-21; Электрические цепи постоянного тока стр. 22-59.