Львів
C
» » Магнітне поле, характеристика магнітного поля

Магнітне поле, характеристика магнітного поля

Для розуміння того, що є характеристикою магнітного поля, слід дати визначення багатьом явищам. При цьому заздалегідь потрібно згадати, як і чому воно з'являється. Дізнатися, що є силовою характеристикою магнітного поля. При цьому важливо те, що подібне поле може зустрічатися не тільки у магнітів. У зв'язку з цим не завадить згадати характеристику магнітного поля землі.

Виникнення поля

Для початку слід описати виникнення поля. Після можна описати магнітне поле і його характеристики. Воно з'являється під час переміщення заряджених частинок. Може впливати на переміщувані електричні заряди, особливо на струмоведучі провідники. Взаємодія між магнітним полем і рухомими зарядами, або провідниками, по яких тече струм, відбувається завдяки силам, що іменується електромагнітними.


Магнітне поле, характеристика магнітного поля
Інтенсивність або силова характеристика магнітного поля в певній просторовій точці визначаються з допомогою магнітної індукції. Остання позначається символом Ст.

Графічне представлення поля

Магнітне поле і його характеристики можуть бути представлені в графічній формі з допомогою ліній індукції. Даним визначенням називають лінії, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямом вектора магнітної індукції. Названі лінії входять в характеристику магнітного поля і застосовуються для визначення його напрямку та інтенсивності. Чим вище інтенсивність магнітного поля, тим більше даних ліній буде проведено.

Що таке магнітні лінії

Магнітні лінії у прямолінійних провідників з струмом мають форму концентричної колу, центр якої розташований на осі даного провідника. Напрямок магнітних ліній біля провідників із струмом визначається за правилом буравчика, яке звучить так: якщо буравчик буде розташований так, що він буде угвинчуватися в провідник по напрямку струму, тоді направлення звернення рукоятки відповідає напрямку магнітних силових ліній.


Магнітне поле, характеристика магнітного поля
У котушки з струмом напрям магнітного поля буде визначатися за правилом буравчика. Також потрібно обертати рукоятку по напрямку струму у витках соленоїда. Напрям ліній магнітної індукції буде відповідати напрямку поступального руху буравчика. Визначення однорідності і неоднорідності є основною характеристикою магнітного поля. Створюване одним струмом, при рівних умовах, поле буде відрізнятися за своєю інтенсивності в різних середовищах через розрізняються магнітних властивостей цих речовин. Магнітні властивості середовища характеризуються абсолютною магнітною проникністю. Вимірюється в генрі на метр (в/м). У характеристику магнітного поля входить абсолютна магнітна проникність вакууму, звана магнітної постійною. Значення, що визначає, у скільки разів абсолютна магнітна проникність середовища буде відрізнятися від постійної, називається відносною магнітною проникністю.

Магнітна проникність речовин

Це безрозмірна величина. Речовини, що мають значення проникності менше одиниці, звуться діамагнітними. В цих речовинах поле буде слабкіше, ніж у вакуумі. Дані властивості присутні у водню, води, кварцу, срібла та ін
Середовища з магнітною проникністю, що перевищує одиницю, звуться парамагнитными. В цих речовинах поле буде сильніше, ніж у вакуумі. До даними середах і речовин відносять повітря, алюміній, кисень, платину.
Магнітне поле, характеристика магнітного поля
У випадку з парамагнитными та діамагнітними речовинами значення магнітної проникності не буде залежати від напруженості зовнішнього, що намагнічує поле. Це означає, що величина є постійною для певної речовини. До особливої групи належать феромагнетики. У даних речовин магнітна проникність буде досягати декількох тисяч і більше. У названих речовин, що мають властивість намагнічуватися і посилювати магнітне поле, що існує широке використання в електротехніці.

Напруженість поля

Для визначення характеристик магнітного поля разом з вектором магнітної індукції може застосовуватися значення, іменоване напруженістю магнітного поля. Даний термін є векторною величиною, визначає інтенсивність зовнішнього магнітного поля. Напрямок магнітного поля в середовищі з однаковими властивостями в усіх напрямках вектор напруженості буде збігатися з вектором магнітної індукції в точці поля. Сильні магнітні властивості у ферромагнитов пояснюються присутністю в них довільно намагнічених малих частин, які можуть бути представлені у вигляді малих магнітів.
Магнітне поле, характеристика магнітного поля
З відсутнім магнітним полем феромагнітна речовина може не мати виражених магнітних властивостей, оскільки поля доменів набувають різну орієнтацію, і їх загальне магнітне поле дорівнює нулю. За основною характеристикою магнітного поля, якщо ферромагнит буде поміщений в зовнішнє магнітне поле, наприклад, в котушку з струмом, то під впливом зовнішнього поля домени розгорнуться по напрямку зовнішнього поля. Притому магнітне поле у котушки посилиться, і магнітна індукція збільшиться. Якщо ж зовнішнє поле досить слабке, то перевернеться лише частину від усіх доменов, магнітні поля яких за напрямом наближаються до напрямку зовнішнього поля. На протязі збільшення сили зовнішнього поля кількість повернених доменів буде зростати, і при певному значенні напруги зовнішнього поля майже всі частини будуть розгорнуті так, що магнітні поля розташуються по напрямку зовнішнього поля. Цей стан називається магнітним насиченням.

Зв'язок магнітної індукції і напруженості

Взаємопов'язаність магнітної індукції феромагнітного речовини і напруженості зовнішнього поля може зображуватися за допомогою графіка, який називається кривою намагнічування. У місці згину графіка кривої швидкість зростання магнітної індукції зменшується. Після вигину, де напруженість досягає певного показника, відбувається насичення, і крива трохи піднімається, поступово набуваючи форму прямої. На даній ділянці індукція все ще зростає, проте досить повільно і лише за рахунок зростання напруженості зовнішнього поля.
Магнітне поле, характеристика магнітного поля
Графічна залежність даних показника не є прямий, значить, їх ставлення не постійно, і магнітна проникність матеріалу не постійний показник, а знаходиться в залежності від зовнішнього поля.

Зміни магнітних властивостей матеріалів

При збільшенні сили струму до повного насичення в котушці з феромагнітною серцевиною і подальшим її зменшенням крива намагнічування не буде збігатися з кривої розмагнічування. З нульової напруженістю магнітна індукція не буде мати таке ж значення, а придбає деякий показник, який називається залишковою магнітною індукцією. Ситуація з відставанням магнітної індукції від намагнічує сили називається гістерезисом. Для повного розмагнічування феромагнітного осердя в котушку потрібно дати струм зворотної спрямованості, який створить необхідну напруженість. Для різних феромагнітних речовин необхідний відрізок різної довжини. Чим він більший, тим більший обсяг енергії необхідний для розмагнічування. Значення, при якому відбувається повне розмагнічування матеріалу, називається коерцитивною силою.
Магнітне поле, характеристика магнітного поля
При подальшому збільшенні струму в котушці індукція знову збільшиться до показника насичення, але з іншим напрямком магнітних ліній. При розмагнічування в зворотному напрямку буде отримана залишкова індукція. Явище залишкового магнетизму застосовується при створенні постійних магнітів з речовин з великим показником залишкового магнетизму. З речовин, що мають здатність до перемагничиванию, створюються сердечники для електричних машин і приладів.

Правило лівої руки

Сила, що впливає на провідник з струмом, має напрямком, що визначаються за правилом лівої руки: при розташуванні долоні дівою руки таким чином, що магнітні лінії входять в неї, а чотири пальці витягнуті з напрямом струму в провіднику, відігнутий великий палець вкаже напрям сили. Ця сила перпендикулярна вектору індукції і струму. Переміщається в магнітному полі провідник зі струмом вважається прообразом електродвигуна, який змінює електричну енергію в механічну.

Правило правої руки

Під час руху провідника в магнітному полі всередині нього індукується електрорушійна сила, яка має значення, пропорційне магнітної індукції, задіяної довжині провідника і швидкості його переміщення. Ця залежність називається електромагнітною індукцією. При визначенні напрямку індукованої ЕРС в провіднику використовують правило правої руки: при розташуванні правої руки так само, як у прикладі з лівої, магнітні лінії входять в долоню, а великий палець вказує напрямок переміщення провідника, витягнуті пальці вкажуть напрям индуктированной ЕРС. Переміщається в магнітному потоці під впливом зовнішньої механічної сили провідник є найпростішим прикладом електричного генератора, в якому механічна енергія перетворюється в електричну. Закон електромагнітної індукції може бути сформульована по-іншому: в замкнутому контурі відбувається індукування ЕРС, при будь-якій зміні магнітного потоку, охоплюваного даним контуром, ЕДЕ в контурі чисельно дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, який охоплює цей контур. Дана форма надає усереднений показник ЕРС і вказує на залежність ЕРС не від магнітного потоку, а від швидкості його зміни.

Закон Ленца

Також потрібно згадати закон Ленца: струм, індукований при зміні магнітного поля, що проходить через контур, своїм магнітним полем перешкоджає цьому зміни. Якщо у витки котушки пронизываются різними за величиною магнітними потоками, то індукована по цілій котушці ЕРС дорівнює сумі ЕДЕ в різних витках. Сума магнітних потоків різних витків котушки іменується потокозчеплення. Одиниця вимірювання даної величини, як і магнітного потоку, - вебер. При зміні електричного струму в контурі відбувається зміна і створеного ним магнітного потоку. При цьому, згідно з законом електромагнітної індукції, всередині провідника відбувається індукування ЕРС. Вона з'являється у зв'язку зі зміною струму в провіднику, тому дане явище називають самоиндукцией, і індукована ЕРС у провіднику іменується ЕРС самоіндукції.
Магнітне поле, характеристика магнітного поля
Потокозчеплення і магнітний потік знаходяться в залежності не від однієї лише сили струму, але і від величини і форми даного провідника, і магнітної проникності навколишнього речовини.

Індуктивність провідника

Коефіцієнт пропорційності називається індуктивністю провідника. Він позначає здатність провідника створювати потокозчеплення при проходженні крізь нього електрики. Це є одним з основних параметрів електричних ланцюгів. Для певних кіл індуктивність є постійним показником. Вона буде залежати від величини контуру, його конфігурації та магнітної проникності середовища. При цьому сила струму в контурі і магнітний потік не будуть мати значення. Вищеописані визначення і явища дають пояснення того, що є магнітним полем. Також наводяться основні характеристики магнітного поля, за допомогою яких можна дати визначення цього явища.