Меню

Природа магнитного поля постоянного тока

Магнитное поле постоянного электрического тока

Урок 2. Физика 11 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Магнитное поле постоянного электрического тока»

«Так как я уже давно рассматривал силы,

проявляющиеся в электрических явлениях,

всеобщими природными силами, то я

должен был отсюда вывести и магнитные действия»

Ханс Кристиан Эрстед

В прошлой теме говорилось о том, что вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле, т.е. особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами. Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на него.

Из курса физики 10 класса известно, что электрическое поле характеризуется векторной физической величиной, называемой напряженностью электрического поля. Возникает вопрос: существует ли величина, которая количественно будет характеризовать магнитное поле?

Для количественного описания магнитного поля можно воспользоваться контуром с током. Так как контур с током испытывает ориентирующее действие поля, то на него в магнитном поле действует пара сил, которая создает момент сил относительно некоторой неподвижной оси.

Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств контура. Для плоского контура с током I величина, равная произведению силы тока I на площадь S, ограниченную контуром, называется магнитным моментом контура и обозначается .

Таким образом, магнитный момент — это векторная величина, направление которой совпадает с направлением положительной нормали к контуру.

Опыт показывает, что вращающий момент зависит от расположения контура в магнитном поле. Он равен нулю, если магнитное поле перпендикулярно плоскости контура, и максимален, если нормаль к контуру перпендикулярна магнитному полю.

Как показывает опыт, максимальный вращающий момент пропорционален силе тока и площади контура рамки с током.

Если в данную точку магнитного поля помещать контуры с разными магнитными моментами, то на них будут действовать различные вращающие моменты, однако отношение максимального вращающего момента к магнитному моменту для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля. Эту величину, в физике, назвали магнитной индукцией.

Таким образом, магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

Единицей магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл), названная в честь великого сербского ученого и экспериментатора Николы Тесла.

1 Тл — это магнитная индукция такого однородного поля, в котором на контур с магнитным моментом 1 А×м 2 действует вращающий момент 1 Н×м.

Магнитная индукция полностью характеризует магнитное поле, так как в каждой точке поля может быть найден ее модуль и направление.

Как же направлен вектор магнитной индукции?

Известно, что в магнитном поле рамка с током на гибком подвесе, со стороны которого не действуют силы упругости, поворачивается до тех пор, пока она не установится определенным образом. Также известно, что подобным образом ведет себя и магнитная стрелка (маленький продолговатый магнит) помещенная в любую точку поля. Поэтому, ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током или магнитную стрелку, можно использовать для определения направления вектора магнитной индукции. За направление вектора магнитной индукции принимается направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.

Для наглядного представления магнитного поля, его можно изображать графически с помощью линий магнитной индукции, подобно тому, как электрическое поле изображают с помощью линий напряженности.

Линией магнитной индукции называется линия, касательная к которой в каждой точке поля совпадает с вектором магнитной индукции.

Так как в каждой точке магнитного поля характеризуется определенным значением вектора магнитной индукции, то через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции причем только одну. При этом линии магнитной индукции не пересекаются.

Наглядное представление о линиях магнитной индукции можно получить, если на лист стекла, сквозь который проходит проводник с током, насыпать железные опилки и встряхнуть их. Опилки намагничиваются, становятся маленькими магнитными стрелками и располагаются вдоль вектора магнитной индукции.

Исследования различных магнитных полей показало, что линии магнитной индукции, в отличии от линий напряженности электростатического поля являются замкнутыми линиями.

Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми. Поэтому магнитное поле — это вихревое поле.

Замкнутость линий индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля: оно свидетельствует о том, что магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. Источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

Рассмотрим более подробно на спектре магнитных линий различных токов. Сначала рассмотрим магнитное поле прямолинейного проводника с током потому, что именно с такими проводниками будем чаще всего сталкиваться.

Для получения спектра магнитного поля прямого проводника с током воспользуемся старым приемом. Пропустим проводник сквозь лист картона. На картон, тонким слоем насыплем железные опилки и пропустим электрический ток по проводнику.

Как видно, под действием магнитного поля железные опилки располагаются по концентрическим окружностям. По касательной к ним расположатся и магнитные стрелки вокруг такого проводника стоком.

Таким образом, линии магнитной индукции магнитного поля прямолинейного тока представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику, с центром на оси проводника.

Направление же вектора магнитной индукции определяют с помощью правила буравчика (или правила правого винта): если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитной индукции поля прямого проводника с током.

Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам — то точками. Как и в случае с током, каждый крестик — это как бы видимое хвостовое оперение летящей стрелы, а точка — острие стрелы, летящей к нам.

Как показывают расчеты, модуль магнитной индукции поля прямолинейного тока может быть рассчитан по формуле:

где m – магнитная проницаемость среды;

m 0 = 4p×10 –7 Н/А 2 – магнитная постоянная;

I – сила тока в проводнике;

r – расстояние от проводника до точки, в которой вычисляется магнитная индукция.

В формуле появилась новая физическая величина — магнитная проницаемость среды. Что это за величина?

Магнитная проницаемость среды — это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль магнитной индукции поля в однородной среде отличается от модуля магнитной индукции в той же точке поля в вакууме.

Рассмотрим магнитное поле кругового тока. Исследования показали, что линии магнитной индукции поля кругового тока не являются правильными окружностями, но они замыкаются, обходя проводник, по которому идет ток.

Направление линий магнитной индукции можно определить с помощью правила правого винта: если головку винта вращать в направлении тока в проводнике, то поступательное движение острия винта покажет направление магнитной индукции в центре кругового тока.

Читайте также:  Сила тока при пуске асинхронного двигателя

Модуль магнитной индукции в центре кругового тока прямо пропорционален магнитной проницаемости среды, магнитной постоянной и силе тока в проводнике, и обратно пропорционален удвоенному радиусу кругового витка.

Рассмотрим магнитное поле соленоида.

Соленоид — это катушка цилиндрической формы из проволоки, витки которой намотаны вплотную друг к другу в одном направлении, а длина катушки значительно больше радиуса витка.

Магнитное поле соленоида можно представить как результат сложения полей, создаваемых несколькими круговыми токами, имеющими общую ось. На рисунке видно, что внутри соленоида линии магнитного поля каждого отдельного витка имеют одинаковое направление, тогда как между соседними витками они имеют противоположное направление. Поэтому, при достаточно плотной намотке соленоида, противоположно направленные участки линий магнитного поля соседних витков взаимно уничтожаться, а одинаково направленные участки сольются в общую линию.

Изучение этого поля с помощью железных опилок показало, что внутри соленоида магнитные линии поля представляют собой прямые, параллельные оси соленоида, которые расходятся на его концах и замыкаются вне соленоида.

Зная направление тока в витке, полюсы соленоида можно определить с помощью правила правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Модуль магнитной индукции внутри однослойного соленоида можно определить по формуле:

где N – количество витков в соленоиде;

l – длина соленоида;

n – количество витков в соленоиде, приходящееся на единицу длины.

На рисунке показано магнитное поле Земли. Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида. Магнитный северный полюс близок к Южному географическому полюсу, а магнитный южный полюс — к северному географическому полюсу. Ось такого большого магнита составляет с осью вращения Земли угол 11,5 0 градуса. Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность. Последняя такая замена произошла около 30 000 лет назад.

Основные выводы:

– Для количественного описания магнитного поля вводится физическая величина, называемая магнитной индукцией.

– Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

– Единицей магнитной индукции в системе СИ является Тл (тесла).

Магнитное поле — это вихревое поле, т.е. линии индукции магнитного поля замкнуты. Замкнутость линий говорит нам о том, что магнитных зарядов в природе не существует, источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

В каждой точке поля вектор магнитной индукции имеет определенное направление, которое можно определить по правилу буравчика.

Источник

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В лекции изложены связь основных величин, характеризующих магнитное поле, основной закон магнитного поля в дифференциальной форме, рассмотрены скалярный и векторный потенциалы, энергия поля и силы в магнитных полях.

Магнитное поле постоянного тока – это один из компонентов электромагнитного поля, не изменяющегося во времени. Оно создается неизменными во времени токами, протекающими по проводящим телам, неподвижным в пространстве по отношению к наблюдателю.

Магнитное поле характеризуется индукцией , намагниченностью и напряжённостью магнитного поля .

Эти три величины связаны соотношением:

где — магнитная проницаемость вещества (Гн/м); — магнитная постоянная; в системе СИ

Если где-либо протекает электрический ток, то он неизбежно создаёт магнитное поле. Магнитное поле создаётся в равной мере током проводимости и током электрического смещения. Рассмотрим магнитное поле постоянного тока, когда ток смещения отсутствует.

Электрический ток, протекающий по поверхности, создаёт магнитный поток.

— поверхность не замкнута.

— поверхность замкнута сама на себя.

Вышедший внутрь любого объёма магнитный поток равен магнитному потоку, вышедшему из того же объёма. Сумма вышедшего в объём и вышедшего из объёма потоков равна нулю:

Это выражение представляет собой математическую запись принципа непрерывности магнитного потока.

Экспериментально установлено, что в однородных и изотропных средах циркуляция вектора магнитной индукции по замкнутому контуру пропорциональна полному току, сцепленному с этим контуром,

Здесь — коэффициент пропорциональности; i — полный ток, являющийся алгебраической суммой токов, сцепленных с замкнутым контуром l.

Слово «сцепленный» следует понимать в буквальном смысле. Поскольку контур l — замкнутый, а токи также могут существовать только в замкнутых контурах (первый закон Кирхгофа), то, следовательно, контур l и контур тока могут быть либо сцеплены друг с другом, как соседние звенья цепи, либо не сцеплены рис. 12.

При определении знака тока, сцепленного с контуром, указывают направление обхода контура и направление тока. Если эти направления, рис. 13, образуют правоходовую систему, то ток входит в уравнение со знаком (+), а если левоходовую, то со знаком (—).

Для рассматриваемого примера

Исходя из принципа непрерывности тока можно также утверждать, чтополный ток, сцепленный с контуром l, равен алгебраической сумме токов, пронизывающих любую поверхность, опирающуюся на замкнутый контур l. Коэффициент пропорциональности получил название — магнитная проницаемость вещества (Ом • с/м) или (Гн/м). Его обычно обозначают где: — магнитная проницаемость вакуума, равная = Гн/м; — относительная магнитная проницаемость, определяющая магнитные свойства среды. Например, для ферромагнетика = 10 3 — 10 6 , а значит, .

В соответствии с электронной теорией строения вещества в ферромагнетиках под воздействием внешнего поля , обусловленного макротоками, молекулярные микротоки упорядочение ориентируются, рис.14, и создают собственное поле ( ), при этом направления векторов и совпадают и, следовательно, величина суммарного поля становится больше поля, обусловленного макротоками, и равна

Таким образом, если в некоторой части однородного и изотропного пространств с магнитными свойствами существуют ориентированные микротоки, то закон полного тока нужно записать с учетом микротока , сцепленного с контуром:

Величину сцепленных микротоков принято оценивать с помощью вектора намагниченности вещества (А/м).

На рис. 15 схематически изображены плоскости и контуры молекулярных микротоков, перпендикулярные вектору внешнего поля ( ). Здесь же изображены три отрезка ( ) одинаковой длины ( ). Из рис. 71 видно, что максимальный микроток сцеплен с отрезком (ток ), меньший микроток сцеплен с отрезком , а с отрезком микроток не сцеплен вообще. Между токами и очевидна связь

Принимают, что вектор намагниченности вещества направлен по нормали к плоскости микротоков, а его величина равна максимальной плотности сцепленного микротока

откуда следует, что

Полный микроток, сцепленный с замкнутым контуром, математически представляется как циркуляция вектора по этому контуру. Тогда:

Выражение в скобках под знаком интеграла обозначают и называют вектором магнитной напряженности:

Размерность магнитной напряженности Н А/м.

Установлено, что в слабых полях векторы , , параллельны (в анизотропных средах это не так). Обозначив отношение , приведем выражение к виду

где — относительная магнитная проницаемость вещества.

Подстановка даетматематическое описание закона полного тока

Формулируется этот закон следующим образом:в магнитном поле циркуляция вектора магнитной напряженности по любому замкнутому контуру равна полному макротоку, сцепленному с этим контуром.

Читайте также:  Пусковой ток двигателя 11 квт 380 в

В стационарном поле тока для поверхности, опирающейся на замкнутый контур l, справедливо, что

и, следовательно, закон полного тока может быть представлен в виде

Для контуров токов с числом витком , сцепленных с замкнутым контуром l,

Правую часть математического описания закона полного тока называютмагнитодвижущей силойи обозначают

По аналогии с электростатикой интеграл в левой части математического описания закона полного тока типа

называютмагнитным напряжением (единица измерения — ампер).

Таким образом, разбивая замкнутый контур наn участков, получим:

Именно так закон полного тока формулируется в теории магнитных цепей.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

  • магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
  • магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются ( рис. 1 ).

магнитное поле

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом ( рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему ( рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток ( рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. В каждой точке он направлен по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, а сила, действующая в этом поле на заряд, направлена по касательной к линии в каждой ее точке. В отличие от электрического, линии магнитного поля замкнуты, что связано с отсутствием в природе «магнитных зарядов».

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита ( рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа ( рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.

Направление силы определяется правилом левой руки:

Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к его силовым линиям, подобно электрической силе, а перпендикулярна им. На проводник, расположенный вдоль силовых линий, магнитная сила не действует.

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Отношение не зависит от свойств проводника и характеризует само магнитное поле.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

В системе СИ единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл):

Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы

(Взаимодействие магнитов, опыт Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое изображение магнитных полей, линии магнитной индукции. Магнитный поток, энергетическая характеристика поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства вещества, гипотеза Ампера)

магнитное поле

изображение магнитных полей

магнитные силы

движение заряженных частиц в магнитном поле

Дополнительные материалы по теме: Электромагнитные явления

Конспект по теме «Магнитное поле. Теория, формулы, схемы».

Источник

Магнитное поле

Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

магнетит

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой – на ЮГ.

магнетит на воде

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

Читайте также:  Как управлять напряжением постоянного тока

китайский древний компас

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

древний компас со стрелкой

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец – южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм “Южный парк”, он же Сауз (South) парк).

сауз парк

Магнитные линии и магнитный поток

Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.

линии магнитного поля

Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.

Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии – они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.

замкнутые магнитные линии

Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов

взаимодействие разноименных магнитных полей

Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание

взаимодействие одноименных полюсов магнита

Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.

  • Магнитные линии не поддаются гравитации.
  • Никогда не пересекаются между собой.
  • Всегда образуют замкнутые петли.
  • Имеют определенное направление с севера на юг.
  • Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
  • Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.

Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.

Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке “а” или на рисунке “б”?

плотность магнитного потока

Видим, что на рисунке “а” мало силовых магнитных линий, а на рисунке “б” их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке “б” больше, чем на рисунке “а”.

В физике формула магнитного потока записывается как

формула магнитного потока

Ф – магнитный поток, Вебер

В – плотность магнитного потока, Тесла

а – угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах

S – площадь, через которую проходит магнитный поток, м 2

магнитный поток

Что же такое 1 Вебер? Один вебер – это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м 2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.

Напряженность магнитного поля

Формула напряженности

Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: “напряженность между ними все росла и росла”. То есть по сути напряженность – это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой

напряженность магнитного поля формула

H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр

B – плотность магнитного потока, Тесла

μ – магнитная постоянная = 4π × 10 -7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10 -6 Генри/метр.

Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.

напряженность магнитного поля в веществе формула

μ – это относительная магнитная проницаемость.

У разных веществ она разная

магнитная проницаемость веществ

Напряженность магнитного поля проводника с током

Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.

напряженность проводника с током

Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой

напряженность магнитного поля проводника с током

H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр

I – сила тока, текущая через проводник, Ампер

r – расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

правило буравчика

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

саморез

Ввинчиваем по часовой стрелке – саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам – кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

направление электрического тока

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

суммирование магнитного поля

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

сумма магнитных полей

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

соленоид

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

плотность магнитного потока в соленоиде

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

принцип работы соленоида

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала – феррита.

многообмоточная катушка

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС – электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог – МДС – магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

многообмоточная катушка

I – это сила тока в катушке, Амперы

N – количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Похожие статьи по теме “магнитное поле”

Источник