Магнітне поле. За аналогією з електростатикою та напруженістю електричного поля напруженість h магнітного поля дорівнює

(12)

Де U_m - магнітна напруга;

l – довжина ділянки магнітного кола.

Тоді

, (13)

Або за аналогією зі законом Ома

(14)

Де , а магнітний потік Ф є аналогом струму.

Одиницею магнітного потоку є Вебер (Вб).

Напруженість на ділянці магнітного поля є пропорційною до струму І та кількості витків W поділених на ефективну довжину шляху потоку

(15)

За аналогією зі законом Ома добуток IW отримав назву магніторушійної сили.

Одиницею магніторушійної сили є Ампер·виток (А·вит) W·І, але виражається вона в А, оскільки виток є безрозмірною величиною.

Напруженість магнітного поля дорівнює добутку кількості витків і струму, поділеному на ефективну довжину шляху потоку. Належить зауважити, що ця ефективна довжина не дорівнює фізичній довжині осердя.

Густина магнітного потоку В називається індукцією – це потік Ф, поділений на ефективну площу магнітної поверхні S

(16)

Густина потоку В має одиницю Тесла Тл: 1 Тл=1 Вб/м².

Крива гістерезису (петля В/H) (рис. 4) показує залежність індукції В

Рис. 4. Крива гістерезису

матеріалу від напруженості магнітного поля Н. У феромагнітному матеріалі в стані спокою магнітні домени є невпорядкованими, випадково поскладаними у різному порядку. В цілому об’ємі їх сумарна магнітна дія компенсується. Коли уводиться зовнішнє магнітне поле, молекулярні магнітні домени повернуться в такому напрямку, щоб він був ідентичний з магнітним потоком. Чим вища напруженість магнітного поля Н, тим більше магнітних доменів буде в такий спосіб повернуто. Коли всі частки, тобто магнітні домени будуть скеровані в тому самому напрямку, матеріал увійде в стан насичення В_S і не можна буде досягнути більшої індукції (густоти потоку), навіть тоді, коли додатково збільшити напруженість магнітного поля Н. Коли зменшити напруженість магнітного поля, то магнітна крива не повертається попереднім шляхом, оскільки частина магнітних доменів не повертається до свого попереднього положення. Коли напруженість магнітного поля дорівнює нулеві Н=0, то надалі існує певний потік в матеріалі. Ця індукція називається залишковою магнітною індукцією В_r. З метою зведення магнітного потоку в осерді до нуля, слід створити напруженість магнітного поля, скеровану в протилежному напрямку. Ця напруженість магнітного поля називається коерцитивною силою Н_С.

Магнітна проникність

Формула, в якій подана залежність індукції В і напруженості магнітного поля Н

В=μ_a·Н, (17)

де μ_a – абсолютна магнітна проникність, для порівняння можлива аналогія до «магнітної провідності».

Відношення абсолютної магнітної проникливості середовища до магнітної проникливості вакууму називають відносною магнітною проникливістю μ

(18)

В графічному трактуванні, магнітна проникність - це нахил кривої гістерезису. Якщо μ=100, то це означає що магнітна проникність магнітного матеріалу є у 100 разів більшою від магнітної проникності вакууму. Із врахуванням (18) залежність індукції від напруженості магнітного поля можна подати виразом

В=μ₀·μ·Н, (19)

де μ₀ – магнітна проникність вакууму μ₀=4π·10^-7 Гн/м.

МАГНІТНІ ВТРАТИ, втрати на перемагнічування феромагнетиків. Складаються з втрат на гістерезис, на вихрові струми і на магнітну післядію.

Втрати на гістерезис. Обумовлені незворотними процесами перемагнічування. Втрати на гістерезис за один цикл перемагнічування (тобто за один період зміни поля), віднесені до одиниці об'єму речовини, визначаються площею статичної петлі гистерезиса.

Втрати на вихрові струми. У провідному середовищі за рахунок ЕРС самоіндукції, пропорційної швидкості зміни магнітного потоку, виникають вихрові струми. Вихрові струми нагрівають провідники, в яких вони виникли. Це призводить до втрат енергії в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторів і котушок змінного струму, в магнітних ланцюгах машин). Для зменшення втрат на вихрові струми необхідно використовувати матеріал з підвищеним питомим опором, або збирати сердечник з тонких шарів, ізольованих один від одного.

Втрати на магнітну післядію. Обумовлені магнітною в'язкістю - відставанням магнітної індукції від зміни напруженості магнітного поля. Спад намагніченості феромагнетиків відбувається не миттєво, а протягом певного проміжку часу. Час встановлення стабільного магнітного стану істотно зростає з пониженням температури. Одна з основних причин магнітного післядії - теплова енергія, яка допомагає слабо закріпленим доменним границям долати енергетичні бар'єри, що заважають їхньому вільному зсуву при зміні поля. Фізична природа втрат на магнітне післядія багато в чому аналогічна релаксаційної поляризації діелектриків.

Поверхневий ефект. Сутність цього явища полягає в наступному. Як відомо, магнітні лінії поля провідника мають форму концентричних кіл. Магнітне поле утворюється як усередині провідника, так і в просторі, що його оточує. Прямолінійний провідник із струмом можна розбити на окремі нитки струму, паралельні один одному. Чим ближче така нитка лежить до осі самого провідника, тим більший магнітний потік, що замикається усередині провідника, її охоплює.

Індуктивність нитки струму і індуктивний опір пропорційні магнітному потоку, зчепленим з нею.

Тому внутрішні нитки провідника, по яких проходить змінний струм, мають більший індуктивний опір, ніж зовнішні периферійні нитки. Останнє викликає нерівномірний розподіл струму по перетину провідника. Це явище називається поверхневим ефектом.

Магнітне поле провідника

Через поняття глибини проникнення поверхневого ефекту розуміється таку глибину, де густина струму спадає до 37% (1/е) від значення на поверхні дроту. Ця глибина є подібною до товщини стінки довгої труби з опором для постійного струму, що відповідає опору цього ж дроту для змінного струму. Ця глибина вираховується за формулою

, (20)

де δ - глибина проникнення поверхневого ефекту в м; f - частота в Гц; μ - проникність μ₀·μ_r; ρ - власна провідність в См/м.

Для міді μ_r=1 і ρ=5,8·10⁷ См/м. Опір можна підрахувати за формулою

(21)

де R_AC – опір змінному струму; R_DC – опір постійному струму; А – площа поверхні перерізу дроту; r - радіус дроту; δ - глибина проникнення поверхневого ефекту.

Способом зменшення впливу поверхневого ефекту є використання літцендрату замість суцільного дроту. Літцендрат складається з багатьох (3-400) ізольованих дротів, які є між собою скручені і які на усій довжині змінюють своє положення у зв’язці. Опір літцендрату для змінного струму дорівнює його опору сталому струму.