Магнитное поле и его основные характеристики

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле. Магнитное поле представляет собой один из видов материи, оно обладает энергией. Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды. Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют совместно единое электромагнитное поле. Различают однородные и неоднородные магнитные поля.

Графически маг­нитное поле изображают магнитными силовыми линиям, За направление магнитного поля принимают направление северного конца магнитной стрелки, то есть магнитное поля направлено от северного полюса к южному полюсу.

Для более наглядного изображения магнитного поля силовые линии располагают реже или гуще. В тех местах, где магнитное поле сильнее, силовые линии располагают ближе друг к другу, там же, где оно слабее,— дальше друг от друга. Силовые линии нигде не пересекаются.

При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает круговое магнитное поле. Магнитные силовые линии располагаются по окружностям. Направление определяется по правилу Буравчика: ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки будет совпадать с направлением силовых линий.

Чтобы получить сильное магнитное поле при небольших токах обычно увеличивают число проводников с током и выполняют их в виде ряда витков и называют это устройство катушкой или обмоткой. Направление магнитного поля в катушке определяют по правилу правой руки: если четыре пальца направить по направлению тока в катушке, то большой палец укажет на северный полюс.

Если внутрь катушки вставить стальной сердечник, то магнитное поле будет концентрироваться в нём и такое устройство называется электромагнитом. Электромагниты служат для создания магнитного поля в электрических генераторах, в электроизмерительных приборах, электромагнитных кранах, реле и других устройствах.

Работа реле: при прохождении тока по обмотке катушки возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник реле и к нему притягивается якорь, который через систему рычагов переключает контакты.

Основными характеристиками магнитного поля являются маг­нитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция. Интенсивность маг­нитного поля, т. е. способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией. Чем сильнее магнит­ное поле, созданное постоянным магнитом или электромагнитом, тем большую индукцию оно имеет. Магнитную индукцию В можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий.

Магнитный поток Ф, проходящий через какую-либо поверхность, определяется общим числом магнитных силовых линий, пронизывающих эту поверхность, например катушку следовательно, в однородном магнитном поле

Рисунок 11 - Магнитный поток, пронизывающий катушку при различных положениях поверхности

Магнитная проницаемость. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, служит абсолютная магнитная проницаемость . Единицей ее измерения является генри на метр (1 Гн/м = 1 Ом-с/м).

Абсолютную магнитную проницаемость вакуума называют магнитной постоянной , = 4л-10-7 Гн/м. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов в тысячи и даже десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости неферромагнитных веществ. Отношение магнитной проницаемости какого-либо вещества к магнитной проницаемости вакуума называют относительной магнитной проницаемостью.

Напряженность магнитного поля. Напряженность Н не зависит от магнитных свойств среды, но учитывает влияние силы тока и формы проводников на интенсивность магнитного поля в данной точке пространства.

Способность токов создавать в окружающей их среде магнитный поток характеризующийся физической величиной – магнитодвижущей силой (МДС) направление совпадает с направлением линий магнитной индукции.

где - ток обмотки,

- число витков электромагнита.

Для сопоставления энергетических свойств магнитных полей на отдельных участках магнитной цепи введено понятие магнитного напряжения .

Магнитное напряжение противодействует МДС, которая его создает, обуславливая этим магнитное сопротивление окружающей среды и вакуума.

где - расстояние между током однородного магнитного поля.

Если внести проводник с током в магнитное поле, то в результате сложения магнитных полей магнита и проводника произойдёт усиление результирующего магнитного потока с одной стороны проводника и ослабление магнитного поля с другой стороны проводника. В результате чего проводник будет выталкиваться из области сгущения силовых линий в сторону их разряжения, т. е. возникает выталкивающая (электромагнитная) сила.

[Н] - сила, действующая на проводник в магнитном поле, зависит от магнитной индукции, силы тока и длины проводника, а также , где угол между направлением тока и магнитной индукции.

Направление силы определяется по правилу левой руки: ладонь левой руки нужно расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее, а четыре вытянутых пальца совпадали с направлением тока, тогда расположенный под прямым углам большой палец левой руки укажет направление действия электромагнитной силы (выталкивающей силы).