Магнітне поле і його характеристика
Магнітне поле виникає при русі будь-яких електрично заряджених частинок. Воно завжди існує навколо провідника зі струмом. Магнітне поле також породжується зміною напруженості електричного поля.
Магнітне поле з певною силою діє на рухомі електричні заряди, і зокрема на провідники зі струмом. Сили взаємодії магнітного поля з рухомими електрично зарядженими частинками або провідниками, по яких проходить струм, називається електромагнітними.
Інтенсивність магнітного поля в до кожної його точці характеризується магнітною індукцією. яку прийнято позначить символом В.
Магнітна індукція являє собою силову характеристику магнітного поля у відповідній точці. Чисельно вона дорівнює механічної силі, що діє на 1 м прямолінійного провідника зі струмом в 1А, розташованого так, що ця сила максимальна.
Одиницею виміру магнітної індукції служить тесла (Т)
Магнітна індукція - величина векторна. Графічно магнітну індукцію зображують за допомогою лінії магнітної індукції.
Лінією магнітної індукції (магнітної лінією) називають лінію, дотична до якої в будь-якій точці збігаються з напрямом вектора магнітної індукції.
Магнітні лінії використовують не тільки для вказівки напряму магнітного потоку, а й для характеристики його інтенсивності. Чим більше індукція (інтенсивність магнітного поля), тим частіше проводять ці лінії. Магнітні лінії прямолінійного провідника зі струмом являють собою концентричні кола, центри яких розташовані на осі провідника. Напрямок магнітних ліній навколо провідника зі струмом визначають за правилом свердлика. Якщо уявити собі, що буравчик ввинчивают в провідник у напрямку струму, то напрямок обертання його рукоятки показує напрямок магнітних ліній (рис 8).
Напрямок магнітного поля котушки (рис.9) також знаходять за правилом свердлика. Якщо обертати буравчик в напрямку струму в витках котушки, то поступальний рух гвинта покаже напрямок ліній магнітної індукції (напрямок поля).
Магнітна індукція В (Т) в точках, розташованих на відстані r (м) від осі нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом I (А), визначиться за формулою
де # 956; а - абсолютна магнітна проникність (характеристика магнітних властивостей середовища).
Магнітна індукція на осьової лінії в центрі циліндричної котушки з струмом (рис.9), довжина якого набагато більше її діаметра (l >> d), визначиться за формулою
де # 969; - число витків котушки.
Якщо всередину котушки стоком помістити залізний сердечник, то інтенсивність магнітного поля різко зросте. Це пояснюється тим, що залізо в магнітному полі намагнічується і результуюче магнітне поле посилюється.
Речовини, які, опинившись в магнітному полі, різко підсилюють його, називають феромагнітними.
Котушка, всередину якої введено залізний сердечник, представляє найпростіший електромагніт.
Твір сили струму на число витків котушки (I # 969;) називають магніторушійної силою. Одиниця виміру магніторушійної сили - ампер-витки (А · в).
Твір магнітної індукції В і площі S, перпендикулярній до вектора магнітної індукції, називають магнітним потоком через цю площу і позначають сімволомФ
Одиниця виміру магнітного потоку вебер (Вб).
Магнітне поле у всіх точках якого вектори магнітної індукції рівні за величиною і паралельні один одному, називають однорідним.
Встановлено, що магнітне поле, створене одним і тим же струмом, при інших рівних. різному по інтенсивності в різних середовищах.
Різні речовини (середовища) мають різні магнітними властивостями.
Абсолютна магнітна проникність # 956; а - це величина, що характеризує магнітні властивості середовища.
Одиницею вимірювання абсолютної магнітної проникності є Генрі на метр (Г / м).
Абсолютну магнітну проникність порожнечі (вакууму) прийнято називати магнітної постійної: # 956; о = 4π х 10 7 Г / м.
Ставлення, що показує, у скільки разів абсолютна магнітна проникність даного середовища більше (менше) магнітної постійної. називається відносної магнітної проникністю або просто магнітною проникністю:
Магнітна проникність - величина безрозмірна.
Речовини (середовища), у яких відносна магнітна постійна менше одиниці, називають діамагнітними. До них відносяться вода, водень, кварц, срібло, мідь і ін. В цих середовищах магнітне поле слабше, ніж у вакуумі.
Речовини (середовища), у яких відносна магнітна постійна трохи більше одиниці, називають парамагнітним. До них відносяться алюміній, платина, кисень, повітря і ін. В цих магнітних середовищах магнітне поле сильніше, ніж у вакуумі.
У технічних розрахунках магнітну проникність діамагнітних і парамагнітних речовин приймають рівній одиниці, так як їх істинні значення дуже мало відрізняються від одиниці (наприклад, для міді # 956; = 0,999995, для повітря # 956; = 1, 000003).
Особливу групу складають феромагнітні речовини (залізо, кобальт, сталь, нікель і ін.). Магнітна проникність цих речовин значно більше одиниці (досягають десятків тисяч одиниць). Ці матеріали, володіючи властивістю намагнічуватися, різко підсилюють магнітне поле, надзвичайно широко застосовуються в електротехніці (в електромагнітах, електричних машинах, трансформаторах, вимірювальних приладах і т.д.).
Для характеристики магнітного поля, крім вектора магнітної індукції В, широко користуються величиною, званої напруженістю магнітного поля (Н).
На відміну від магнітної індукції В, яка є величиною, що характеризує інтенсивність магнітного поля з урахуванням всіх факторів, що визначають поле (в тому числі і магнітних властивостей середовища), напруженість магнітного поля є величину, що характеризує інтенсивність так званого зовнішнього магнітного поля (без урахування магнітних властивостей середовища).
Напруженість магнітного поля, як і магнітна індукція, векторна величина. Напрямок вектора напруженості магнітного поля в ізотропному середовищі збігається з вектором магнітної індукції в даній точці поля.
Напруженість магнітного поля Н і магнітна індукція пов'язані співвідношенням
Одиниця виміру напруженості магнітного поля ампер на метр (А / м).