Лекція 3
Тема: «Магнітне поле струму, його характеристики, електромагнітна сила. Електромагніти, їх застосування в техніці».
Мета: «Розглянути магнітне поле струму, визначити його характеристики; навчитися визначати величину електромагнітної сили та її напрям, силу тяги електромагніту».
Література: Л1, ст. 69..80.
Основні питання:
1. Магнітне поле струму, його характеристики, намагнічуюча сила.
2. Магнітна індукція і напруженість магнітного поля. Магнітна проникність.
3. Закон Ампера.
4. Електромагніти, їх застосування в техніці.
-
Магнітне поле струму, його характеристики, намагнічуюча сила.
Досліди показують, що, подібно тому, як в просторі навколо електричного заряду існує електричне поле, в просторі навколо електричних струмів існує силове поле яке називають магнітним полем.
Магнітне поле виникає також при існуванні змінного в часі електричного поля. Тобто змінні електричне і магнітне поля існують одночасно. Вони зв’язані нероздільно і створюють єдине електромагнітне поле. Тому магнітне (як і електростатичне) поле необхідно розглядати як окремий випадок загального змінного електромагнітного поля, коли постійний магніт нерухомий, або коли нерухомий провідник з постійним струмом.
В електростатиці для вивчення характеристик електричного поля використовують точковий заряд. Аналогії заряду в магнітному полі не існує. Тому для вивчення властивостей магнітного поля використовують дію поля на плоский контур зі струмом (рамку з струмом). При цьому розміри контура зі струмом повинні бути малими порівнюючи з відстанню до провідника зі струмом, магнітне поле яких вивчається. Досліди показують, що рамка з струмом в магнітному полі повертається певним чином, тобто магнітне поле оказує на рамку орієнтуючу дію. А це значить, що на рамку з струмом в магнітному полі діє пара сил, причому момент цієї пари М (як показують досліди) в залежності від орієнтації рамки змінюються від нуля до максимального значення. Ця орієнтуюча дія магнітного поля на рамку з струмом і дозволяє використати її для визначення величини і напрямку магнітного поля.
Подібно до того, як електростатичне поле характеризується силовою характеристикою – напруженістю поля Е, магнітне поле характеризується магнітною індукцією В – це силова характеристика магнітного поля, вона показує з якою силою діє магнітне поле на розміщений в полі провідник зі струмом. Таким чином, магнітне поле, як і електростатичне існує об’єктивно і його легко виявити. Крім цього, магнітне поле, як і електростатичне, матеріально, воно являє собою одну із форм існування матерії.
Магнітне поле, подібно до електричного, можна зображати графічно за допомогою силових ліній – ліній індукції магнітного поля. Лінією індукції магнітного поля називають таку лінію, дотична до якої в кожній точці співпадає з напрямком вектора індукції поля в цій точці (рис. 1).
Рис. 1
Так як
індукція поля в будь-якій точці має одне
єдине значення
,
то через одну точку поля можна провести
тільки одну силову лінію і отже силові
лінії магнітного поля, як і електричного,
не перетинаються.
За допомогою ліній індукції можна графічно зобразити і величину індукції магнітного поля. Для цього домовились, через одиничну площину, перпендикулярну до ліній індукції, провести стільки силових ліній, щоб їх число було рівне В, тобто:
,
де Ф
- число силових ліній, що перетинає
площину S,
яка перпендикулярна силовим лініям –
магнітний потік. При цьому вважається,
що
в межах S.
Магнітне поле буде однорідним, якщо у
всіх точках поля
(силові лінії поля паралельні і однакова
їх густина).
Лінії індукції магнітного поля завжди замкнуті й охоплюють провідники із струмом. Замкнутість силових ліній магнітного поля характеризує вихровий характер цього поля.
Як вже зазначалось, електричний струм має властивості збуджувати магнітне поле. Ця властивість струму характеризується намагнічуючою силою, яку позначають буквою F. Її також називають магніторушійною силою (МРС). В системі СІ дана сила приймається чисельно рівною силі струму, яка визиває магнітне поле так, що МРС провідника зі струмом F=I.
Якщо струм проходить по котушці з числом витків W, то МРС F=IW.
Для визначення напряму МРС котушки чи витка зі струмом використовують правило правої руки: якщо обхватити котушку правою рукою так, щоб чотири пальці її знаходились по напряму струму в витках котушки, то відігнутий великий палець руки вкаже напрям МРС.