4. Напруженість магнітного поля. Закон повного струму

Властивість струму збуджувати магнітне поле характеризується магніторушійною силою, яку позначають літерою F. Магніторушійна сила розподіляється вздовж замкненої магнітної лінії. Вона дорівнює силі струму, що утворює магнітне поле, й вимірюється в амперах, як і сила струму. Магніторушійна сила прямолінійного провідника зі струмом дорівнює силі цього струму: F = І. Щоб утворити сильніше поле, струм пропускають по котушці з кількістю витків до, і оскільки кожен виток котушки має магніторушійну силу І, то МРС котушки F = ωl.

Магніторушійна сила, що припадає на одиницю довжини магніт­ної лінії, називається напруженістю магнітного поля, позна­чається літерою Н = F/l (де l — довжина магнітної лінії) і вимірю­ється в амперах на метр (А/м) або частіше в одиницях, у 100 разів більших: А/см = 100 А/м.

Напруженість магнітного поля, як і магнітна індукція, є вектор­ною величиною. В ізотропному середовищі (з однаковими магнітними властивостями в усіх напрямках) вектор напруженості магнітного поля збігається з напрямком магнітної лінії в даній точці.

Якщо фізичні умови вздовж усієї магнітної лінії однакові, то на­пруженість поля визначити дуже просто. Зокрема, навколо прямолі­нійного провідника лінії магнітного поля являють собою геометричні' кола (див. рис. 18, а) кожне довжиною l = 2πх, де х — радіус кола з центром на осі провідника, проведений через розглядувану точку поля. Умови в усіх точках вибраного кола однакові, і напруженість поля Н = І/2πх, тобто з віддалянням від провідника напруженість поля зменшується. Це можна записати у вигляді І = Нl = Н ·2πх. Якби магнітне поле було утворене не одним, a ω провідниками зі струмом силою І, то магніторушійна сила

ΣІ =F = ωl =Hl = H·2πх .

Отже, намагнічувальна сила вздовж контура дорівнює силі пов­ного струму, який пронизує поверхню, обмежену цим контуром. Одержане співвідношення називається законом повного струму.

Якщо найпростіший контур довжиною l = 2πх пронизується п провідниками зі струмом силою І₁ одного напрямку та т провідника­ми зі струмом силою І₂ протилежного напрямку, то закон повного струму матиме такий вигляд: F = пІ₁ - т І₂ = Нl = Н · 2πх.

У більшості електротехнічних пристроїв напруженість магнітного поля вздовж магнітної лінії змінюється залежно від матеріалу та площі перерізу ділянок, через які воно проходить. У цьому випадку магнітна лінія поділяється на k ділянок, в межах кожної ділянки напруженість магнітного поля можна вважати сталою. Якщо магнітне поле збуджується струмом силою І, що протікає по котушці з кіль­кістю витків ω, то закон повного струму для таких пристроїв ви­ражатиметься загальною формулою

ΣІ = ωІ = H_ll_l + H₂l₂+...+H_kl_k ,

тобто магніторушійна сила дорівнює сумі добутків напруженості поля на довжину відповідних ділянок магнітного кола. Закон пов­ного струму у наведеній загальній формі широко використовується для розрахунку магнітних полів електричних машин та апаратів.

5. Магнітна проникність. Магнітний потік

Напруженість магнітного поля залежить не тільки від сили струму, що утворює його, але й від середовища, в якому це поле існує. Провід­ник зі струмом утворює магнітне поле напруженістю Н, яка за незмін­ної сили струму буде також незмінна. Якщо цей провідник помістити в сталеву трубу, то при тій же силі струму в провіднику магнітне поле підсилиться в багато разів під дією молекулярних струмів сталі, тоб­то внаслідок зміни стану середовища.

Магнітна індукція, як і напруженість магнітного поля,— векторна величина, причому в переважній більшості випадків вектори магніт­ної індукції та напруженості мають однаковий напрямок. Між маг­нітною індукцією та напруженістю поля існує пряма пропорційна валежність, тобто В = μ_аН, де μ_а — абсолютна магнітна проникність.

Абсолютна магнітна проникність, що дорівнює відношенню маг­нітної індукції до напруженості магнітного поля, вимірюєтьсн в генрі на метр [Гн/м = В · с/(А · м)] і для вакууму становить 4π × 10-7 Гн/м. Це значення називається магнітною сталою μ0.

Число, що показує, у скільки разів абсолютна магнітна проник­ність (μа даного середовища більша від магнітної сталої , μо назива­ється відносною магнітною проникністю або скорочено магнітною проникністю: μ = μа / μо. Для по­вітря магнітну проникність беруть μ = 1, як і для всіх тіл, крім фе­ромагнітних. Що стосується феромагнітних тіл, то для них магнітна проникність значно більша від одиниці і для одного й того самого матеріалу не має сталого значення, а залежить від магнітного стану цього матеріалу, тобто від магнітної індукції феромагнітного тіла, яке підлягає намагнічуванню.

Магнітні властивості феромагнітних матеріалів характеризуються залежністю між В і Н, зображеною графічно у вигляді кривої, що на­зивається кривою намагнічування. Щоб одержати криву намагнічування якого-небудь матеріалу, будують графік, на горизон­тальній осі якого відкладають напруженість поля, а на вертикальній — магнітну індукцію випробуваного матеріалу. Добуток магнітної ін­дукції на площу будь-якої поверхні у магнітному полі, розміщеної перпендикулярно до напрямку магнітних ліній, називається маг­нітним потоком, який пронизує цю поверхню. Отже, магніт­ний потік Ф = BS, де S — площа поверхні, що пронизується магніт­ним потоком.

Якщо магнітна індукція В виражена у теслах, а площа поверхні S — у квадратних метрах, то магнітний потік вимірюватиметься у веберах (Вб), тобто 1 Вб = 1 Тл · 1м2. Вебер — це магнітний потік, при зменшенні якого до нуля за одну секунду в контурі, зв'язаному з цим потоком, індукується ЕРС, що дорівнює одному вольту: Вб = В · с.