14.2 Вектори намагніченості та напруженості
Замкнений електричний струм в елементарному контурі (тобто у контурі дуже малих розмірів при порівнянні з відстанями до точок, в яких визначається магнітне поле ) називається магнітним диполем, який характеризується магнітним моментом. Магнітний момент - це векторна величина, яка дорівнює добутку струму на площину обмежену контуром цього струму, й направлена перпендикулярно до цієї площини. Позначається - , Ам2
,
де струм, А
- площа, обмежена контуром струму, м2
Геометрична сума моментів усіх диполів у матеріалі (наприклад, молекулярні струми в речовині) дає магнітний момент матеріалу - М, Ам2
,
де - n - кількість диполів у матеріалі.
Величину, яка чисельно дорівнює відношенню магнітного моменту тіла до його об’єму, називають намагніченістю тіла - .
де - об’єм тіла, м3
Разом з магнітною індукцією для характеристики магнітного поля використовують допоміжну розрахункову величину, яка називається напруженістю магнітного поля. Позначається - . Вона визначає залежність магнітного поля від форми провідника та сили струму.
де - відстань від провідника зі струмом до точки, в якій визначають
напруженість, м
Напруженість - це векторна величина, напрямок якої збігається з напрямком вектора магнітної індукції у середовищі з однаковими магнітними властивостями у всіх напрямках. В однорідному середовищі напрямок напруженості збігається з напрямком магнітної лінії у даній точці. Зв'язок між напруженістю магнітного поля та його магнітною індукцією встановлює формула:
Напруженість поля потрібно знати при розрахунках магнітних кіл електричних машин, електромагнітних апаратів й всюди, де лінії магнітної індукції проходять у матеріалах з різними магнітними проникностями. Напруженість поля в точках, розміщених на контурі, в загальному випадку має різне значення. Напруженість та індукція у вакуумі:
14.3 Мрс та магнітна напруга. Закон повного струму
Аналогічно електричній напрузі при розрахунках магнітного поля використовується поняття магнітної напруги - . Магнітна напруга між двома точками магнітної лінії в однорідному полі дорівнює добутку напруженості магнітного поля на ділянку довжини магнітної лінії:
,
де - довжина магнітної лінії між двома точками, для яких визначають
напругу, м
Магнітна напруга між двома точками однорідного поля, розміщеними не на одній магнітній лінії й на відстані друг від друга:
де - проекція вектора напруженості на відрізок .
На відміну від електричної напруги магнітна залежить від обраного шляху між початковою та кінцевою точками. Магнітна напруга, яка визначена за замкненим контуром, називається намагнічуючою силою чи магніторушійною силою ( МРС ).
МРС - це властивість струму породжувати магнітне поле. Позначається - . МРС проводу зі струмом чисельно дорівнює силі струму, який породжує магнітне поле:
МРС контуру чи котушки зі струмом з кількістю витків чисельно дорівнює добутку сили струму на кількість витків:
МРС у симетричних полях ( наприклад, кільцева котушка ) рівномірно розміщується уздовж магнітної лінії. Частку МРС, яка приходиться на одиницю довжини магнітної лінії, характеризує напруженість магнітного поля.
Залежність між напруженістю магнітного поля та струмом встановлює закон повного струму. Повним струмом називають алгебраїчну суму струмів, які пронизують поверхню обмежену замкненим контуром. Наприклад, розглянемо контур, проведений в магнітному полі, поверхня якого пронизується двома струмами (рис.14.1). Обираємо напрямок обходу контуру. Будемо вважати напрямок струму позитивним, якщо його напрямок збігається з поступальним рухом свердлика, рукоятка якого обертається в напрямку обходу контуру, й негативним, коли не збігається. Тобто, І1 - позитивний, І2 - негативний. Повний струм буде:
Рисунок 14.1 - Контур, проведений в магнітному полі, поверхня якого пронизується двома струмами
Закон повного струму: МРС уздовж контуру дорівнює повному струму, який пронизує поверхню обмежену цим контуром:
де n - кількість струмів, які пронизують поверхню обмежену контуром,
- напруженість магнітного поля контуру, А/м
- довжина замкненого контуру, м