33

Лекция №4 Магнитные цепи

План лекции:

1. Основные магнитные величины.

2. Свойства ферромагнитных материалов.

3. Магнитные цепи.

4. Основные законы магнитной цепи: закон полного тока, I и II правила Кирхгофа, закон Ома.

5. Индукционное и электромеханическое действие магнитного поля: закон электромагнитной индукции, закон Ампера.

6. Катушка с магнитопроводом в цепи переменного тока.

Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Магнитам приписывали магические свойства, их действием объясняли непонятные явления природы, пытались лечить болезни.

Компас был изобретен в Китае в 1-2 веке до н.э. и первоначально показывал только два направления – север и юг. Китайцы использовали его для путешествий по пустыне. Только к XIII веку компас стал известен в Европе, где его конструкцию усовершенствовал Флавио Джойя, что позволило более точно ориентироваться по сторонам света.

Систематические исследования магнитов провел в XYI веке английский физик Уильям Гильберт. Он исследовал взаимодействие постоянных магнитов и установил, что любые магниты имеют по два полюса, и это свойство сохраняется, если магнит распилить на куски. Гильберт обнаружил, что одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются и что Земля – это один большой магнит.

Еще древние греки считали, что магнитные и электрические силы имеют общую природу, но только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.

В 1820 году это взаимодействие случайно открыл учитель физики Ганс Эрстед. В конце лекции он пытался продемонстрировать своим ученикам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом и пустил ток по проводу, лежащему рядом с намагниченной стрелкой. По словам одного из учеников, «он был ошарашен, увидев, как стрелка начала совершать большие колебания». Позже Эрстед сделал следующий вывод: «Электрический конфликт не ограничен проводящей проволокой, а имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки».

В том же 1820 году французский физик Франсуа Араго обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только был включён ток, стержень сильно намагнитился, и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда ток был выключен, ключи отпали. Это открытие заинтересовало Андре Мари Ампера, и он доказал, что спираль с электрическим током обладает свойствами природного магнита. Сам электромагнит создал английский изобретатель Уильям Стерджен и продемонстрировал свое изобретение 4 мая 1825 года на заседании Британского общества ремесел.

Если электрический заряд неподвижен, то вокруг него существует одно поле – электрическое поле. Если электрический заряд движется, то вокруг него кроме электрического поля, образуется еще одно дополнительное силовое поле, которое называется магнитным полем.

Таким образом, магнитное поле определяется как одна из двух сторон электромагнитного поля и характеризуется воздействием на движущиеся частицы, магниты, проводники с током.

Графически магнитное поле изображается с помощью силовых линий. Силовая линия – это линия, касательная к каждой точке которой дает направление действующей силы в этой точке.

Магнитное поле является силовым, векторным, то есть направленным. Направление его действия указывается с помощью стрелок на силовых линиях.