2.5.5. Напряженность поля и магнитная индукция

Если в катушку с током ввести стальной сердечник, то согласно (2.1) и (2.5а) магнитный поток Ф увеличится, т.к. значение относительной магнитной проницаемости μ_r стали много больше, чем воздуха. Соответственно увеличится и магнитная индукция В (2.2).

Индукция В и напряженность поля Н связаны соотношением:

В = μ_аН; (2.10)

где μ_а=μ_rμ₀ - абсолютная магнитная проницаемость (см.2.1).

В магнитном поле индукция В (2.2б) характеризует плотность магнитного потока Ф. Так для магнитного поля в воздухе μ_r=1, то соответственно μ_а=μ₀ и В=μ₀Н.

Благодаря применению ферромагнитных материалов в магнитных цепях удается добиться увеличение магнитного потока и соответственно его плотности, т.е. магнитной индукции, во сколько раз, во столько раз μ_r этих материалов превышает 1 - от 100 до 200000.

2.6. Действие магнитного поля на проводник с током

Если в магнитное поле поместить проводник с током, то он придет в движение и будет выталкиваться из магнитного поля. Это обусловлено тем, что на всякий электрический заряд (в том числе и на электрон), перемещающейся в магнитном поле, действует сила направленная перпендикулярно движению заряда.

Когда проводник с током помещен в магнитное поле, то на каждый движущийся электрон действует сила F (силы Лоренца). Все силы, действующие на электроны, направлены в одну сторону и их результирующая сила F приводит проводник в движение.

Рис.2.5. Действие магнитного поля на проводник с током:

а) магнитное поле магнита и проводника с током; б) резуль-тирующее магнитное поле

Более простое объяснение этого явления следующие. Проводник с током создает свое круговое магнитное поле (рис.2.1). Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита. Там, где магнитные силовые линии поля проводника совпадают с линиями основного поля, происходит как бы сгущение силовых линий. Там, где силовые линии поля проводника направлены на встречу линиям основного поля, происходит как бы разрежение силовых линий. Такое искажение основного поля и создает силу F, выталкивающую проводник из поля (рис.2.5).

Проводник с током перемещается в том направлении, где магнитное поле слабее (силовые линии расположены реже). Величина силы выталкивания F зависит от силы тока, от размеров проводника и, конечно, в каком поле находится проводник (сильном или слабом). В сильных полях электрических машины развиваются огромные усилия, способные поворачивать валы больших прокатных станов.

И, наконец, эта сила зависит от того, в каком направлении расположен проводник по отношению к направлению магнитного поля.

Сила, действующая на проводник с током. Расположим прямолинейный проводник с током перпендикулярно направлению поля, т.е. так, чтобы он образовывал прямой угол с компасной стрелкой (рис 2.6).

Р ис.2.6. Действие силы магнитного поля на проводник с током

В устройстве на рис.2.6 легко измерять силу, действующую на участок проводника отмеченной фигурной скобкой. Силы, действующие на параллельные участки проводника, взаимно уравновешиваются. В таких условиях опыт показывает, что на проводник действует сила F, равная произведению магнитной индукции В, длины проводника l находящейся в магнитном поле и тока I в проводнике

F = BlI; (2.11)

Если магнитная индукция В измерена в теслах (Тл), длина проводника l - в метрах (м), ток I - в амперах (А), то значение силы F будет выражено в ньютонах (Н). Направление силы F, т.е. направление движения проводника, зависит от направления тока в нем (рис.2.6) и определяется по правилу левой руки: если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника. Применяя это правило, надо помнить, что силовые линии поля считают выходящими из северного полюса N магнита.

Явление отклонения электронов в магнитном поле имеет очень большое значение в радиотехнике. Работа магнетронов и электронно-лучевых трубок с магнитным управлением лучом - этих двух основных приборов современных радиотехнических станций - основана как раз на указанном явлении.

Поместим теперь в магнитное поле не проводник, а рамку с током. Применяя правило правой руки к верхнему проводнику рамки (рис.2.7 а) видим, что сила, действующая на него, направлена в правую сторону. Сила, действующая на нижний проводник рамки, направлена в левую сторону.

П од действием этих двух сил рамка повернется и займет положение перпен-дикулярное магнитным силовым линиям (рис.2.7 б). При таком положении через рамку проходит наибольший магнитный поток. Исходя из этого можно сделать вывод:

рамка с током, внесенная в магнитное поле, всегда стремится занять такое положение, чтобы силовые линии поля, совпадали по направлению с силовыми линиями магнитного поля и чтобы через нее проходил возможно больший магнитный поток.

Рис.2.7. Рамка с током в магнитном поле и воздействующие на нее силы

Это свойство рамки с током в магнитном поле широко используется в электротехнике: электрические двигатели и ряд электроизмерительных приборов рабо-тают на таком принципе.