Электромагнетизм и электромагнитная индукция
1. Общие сведения
В технике широко используются постоянные магниты.
Каждый магнит имеет два полюса – северный и южный. Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются.
Вокруг каждого магнита существует магнитное поле, которое представляет одну из форм материи.
Магнитное поле наглядно изображается с помощью магнитных линий, вдоль которых действуют притягивающие и отталкивающие силы. Принято считать, что магнитные линии направлены от северного полюса магнита к южному.
Магнитное поле электрического тока
Магнитные и электрические явления тесно связаны между собой. Это доказывает простой опыт. Поднесем компас к прямому медному проводнику, не включенному в электрическую цепь. Стрелка как обычно укажет направление на север.
Если теперь по этому проводнику пропустить электрический ток достаточной силы, то стрелка повернется и установится перпендикулярно оси проводника. При прекращении тока в проводнике стрелка вновь укажет направление на север. Стрелка отклонится в противоположное направление, если изменить направление тока в проводнике. Из этого опыта можно сделать вывод: при прохождении электрического тока по проводнику в окружающем пространстве возникает магнитное поле.
Магнитное поле наглядно изображается с помощью магнитных линий (линий индукции), вдоль которых действуют притягивающие и отталкивающие силы.
Принято считать, что магнитные линии постоянного магнита направлены от северного полюса (N) к южному (S).
Магнитные линии – линии индукции, возникающие вокруг проводника, по которому проходит ток, располагаются по окружностям, центром которых является ось проводника.
Направление магнитных линий определяется по правилу буравчика: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление магнитных линий совпадает с направлением вращательного движения рукоятки буравчика.
Опыт показывает, что на проводник с током, находящийся в магнитном поле, воздействует механическая сила, стремящаяся сместить его.
Слева от проводника магнитные силы совпадают по направлению и магнитное поле усиливается, а слева от проводника магнитные линии обоих магнитных полей взаимно вычитаются, ослабляя общее магнитное поле. В результате чего создается усилие F, действующее на проводник.
Направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, определяют посредством правила левой руки: если левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, и направить вытянутые четыре пальца по направлению тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.
Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, пропорциональна силе тока, активной длине проводника и интенсивности магнитного поля магнита – магнитной индукции:
F=BIl, где
F – сила, н
I – сила тока, а
l – длина проводника, м
В – магнитная индукция, тесла (тл); 1 тл= 1 вб/м2=10000 гс(гаусс)
Напряженность магнитного поля
Магнитное поле катушки (соленоида) имеет сходство с магнитным полем постоянного магнита. У катушки, так же как у постоянного магнита, есть два полюса – северный и южный. Чем больше ток в катушке и чем больше число ее витков, тем сильнее создаваемое магнитное поле.
Намагничивающая сила катушки (м.д.с.), по виткам которой протекает электрический ток, равна произведению числа витков W обмотки на силу тока I, протекающему по ней.
м.д.с. =IW
Для характеристики условий возбуждения магнитного поля применяют величину, называемую напряженностью магнитного поля.
Напряженность магнитного поля (Н) зависит от силы тока, числа витков, а также от ее геометрических размеров:
Н=IW/l, где l – средняя длина магнитной линии, м
Напряженность измеряется в а/м. Величина в 80 раз большая 1 а/м, называется эрстедом
1 э=80 а/м
Можно считать, что магнитная индукция В возникает под действием напряженности магнитного поля Н.
Пример. Обмотка цилиндрической формы длиной l=0,3 м, состоит из 1800 витков и по ним протекает ток I=0,2 а.
Вычислить напряженность магнитного поля внутри катушки.
Решение: Н=IW/l=0,2х1800/0,3=1200 а/м=15 э