Электромагнетизм

Вопросы:

1. Характеристики магнитного поля

2. Магнитное поле проводника с током и способы его усиления

3. Магнитные свойства веществ

4. Магнитная цепь

5. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

6. Электромагнитная индукция, самоиндукция и взаимоиндукция.

1. Характеристики магнитного поля

Магнетизм – свойство минерала «магнетит» (31% FeO + 69% Fe₂O) притягивать железные предметы. Название минерала происходит от названия местности Магнезия, где его добывали.

М агнит, изготовленный в виде стержня, ориентируется одним концом на северный полюс Земли, а другим – на южный (стрелка компаса). Эти концы назвали соответственно: СЕВЕРНЫМ ПОЛЮСОМ МАГНИТА и ЮЖНЫМ ПОЛЮСОМ МАГНИТА.

Магниты взаимодействуют друг с другом, притягиваясь разноименными полюсами (рис).

а) б)

Рисунок 1 - Взаимодействие полюсов магнитов:

а) отталкивание одноименных полюсов;

б) притяжение разноименных полюсов.

Магнитное поле можно увидеть, насыпав вокруг магнита мелкие железные опилки. Линии, которые образуют железные опилки или магнитные стрелки вокруг магнита, называются СИЛОВЫМИ ЛИНИЯМИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (рис. 2).

Договорились считать, что силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный.

Рисунок 2 - Магнитное поле постоянного магнита: а) железные опилки в поле постоянного магнита; б) магнитные стрелки в поле постоянного магнита

Пространство, в котором появляются магнитные силы (силы, действующие на ток или на постоянный магнит), называется магнитным полем. При прохождении эл. тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле (только вокруг движущихся зарядов). Магнитное и электрическое поля неразрывны и образуют совместное единое электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля 300000 км/с (скорость света).

Для графического представления магнитного поля вводятся магнитные силовые линии; касательная силовой линии в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции В. Магнитные силовые линии всегда замкнуты. Направление определяют правилом буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки будет совпадать с направлением силовых линий поля. Электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Его, как и поле постоянного магнита, можно обнаружить с помощью магнитных стрелок или железных опилок

Рисунок 3

Н аправление силовых линий магнитного поля определяют с помощью правила буравчика (правого винта) (рис. 4-а) или правила правой руки (рис. 4-б).

Характеристики магнитного поля:

1) Индукция магнитного поля В (силовая характеристика магнитного поля) – интенсивность магнитного поля; Магнитное поле характеризуют величиной, которая называется Это векторная величина. Вектор магнитной индукции направлен касательно силовым линиям магнитного поля (рис. 5). Индукция обозначается . Единица измерения индукции называется тесла: 1 Тл.

, Тл (тесла)

Магнитная индукция зависит от силы тока, проходящего по прямолинейному проводнику или катушке.

Чем сильнее магнитное поле, созданное постоянным магнитом или электромагнитом, тем большую индукцию оно имеет. Магнитную индукцию можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т.е. числом силовых линий, проходящих через площадь 1 м² или 1 см², расположенную перпендикулярно магнитному полю.

2) Магнитный поток Ф (энергетическая характеристика магнитного поля) – общее число магнитных силовых линий, перпендикулярно пронизывающих какую-либо площадку S

Ф=В×S, Вб (вебер)

Если поверхность расположена наклонно по отношению к магнитным силовым линиям, то пронизывающий поток меньше, чем при перпендикулярном ее положении.

В системе СИ магнитный поток измеряется в веберах (имеет размерность вольт-секунда).

Пример: магнитная индукция в сердечнике главного полюса тягового двигателя составляет 1,5 Тл. Полюс имеет длину 300 мм и полезную ширину 220 мм (за вычетом изоляционных прокладок между отдельными листами). Определить магнитный поток, проходящий через полюс.

Решение:

Полезная площадь поперечного сечения полюса (площадь, занимаемая стальными листами)

S=30*22=660 см²=0,066 м²

Магнитный поток полюса

Ф=В×S=1,5×0,066=0,099 Вб

3) Магнитная проницаемость, т.е. среда, в которой создается магнитное поле, влияет на магнитную индукцию.

Величина, характеризующая магнитные свойства среды – абсолютная магнитная проницаемость _а, Гн/м.

В среде с большой магнитной проницаемость электрический ток создает магнитное поле с большей индукцией. Установлено, что магнитная проницаемость воздуха и всех веществ, за исключением ферромагнетиков, имеет примерно одно и то же значение, что и магнитная проницаемость вакуума.

Абсолютная магнитная проницаемость вакуума – магнитная постоянная

_о=4π×10^-7 Гн/м.

Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость _а данной среды больше магнитной постоянной _о, называется относительной магнитной проницаемостью _r.

_r=_а/_о

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

Н=В/_а=В/_r_о

Следовательно, в среде с неизменной магнитной проницаемостью индукция магнитного поля пропорциональна его напряженности. Измеряется в А/м или А/см.