Характеристики магнитного поля.

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) = µ_а·H == µ₀·µ_r·H,

где: µ_а – абсолютная магнитная проницаемость окружающей среды; µ_о –магнитная проницаемость вакуума, µ_о =4·π·10^-7; µ_r – относительная магнитная проницаемость окружающей среды, для вакуума µ_r =1.

С точки зрения магнитного поля все вещества делятся диамагнитные (µ_r <1) (вода, водород, кварц, серебро, медь и т.д.), парамагнитные (µ_r >1) (алюминий, кислород, воздух т.д.) и ферромагнитные (µ_r >>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 µ_а. 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 ΔU_м, на участке Δl оно будет положительным, если вектор Н₁ совпадает с направлением обхода контура, например с движением часовой стрелки. Магнитное напряжение выражается в амперах [ U_м ] = [ 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.