Досліди
Ерстеда і Ампера показали, що навкруги
провідників із струмом виникає магнітне
поле. М. Фарадей висунув зворотну ідею:
під дією магнітного
поля,
що змінюється, в замкнутому провіднику
повинен виникати електричний струм.
Для доказу цієї ідеї Фарадей виконав
ряд дослідів. Один з них полягає в
наступному.
Якщо
смуговий магніт переміщати уздовж осі
котушки К (рис. 58.1), то в ній з'являється
струм, який реєструє гальванометр О.
Напрям
струму залежить від того, яким полюсом
був спрямований магніт до котушки і
від напряму його руху. Той же результат
виходив, якщо магніт залишався нерухомим,
а котушку надягали на магніт або знімали
з нього. Відкрите Фарадеєм явище
було названо явищем електромагнітної
індукції.
Електромагнітної
індукцією називається явище виникнення
електрорушійної сили в провідному
контурі при будь-якій зміні магнітного
потоку, що пронизує цей контур.
Ерс,
що виникає, називається електрорушійною
силою електромагнітної індукції є,.
Якщо провідник замкнений, то виникає
струм, який називають
індукційним.
Рисунок
58.1
195
І
Електромагнетизм
(58.1)
є,
=
—
(ІІ
При
цьому неістотно, чим викликана зміна
магнітного потоку. Це може бути
деформація або переміщення контуру в
зовнішньому полі, або зміна магнітного
полл в часі.
Вираз
(58.1) називається законом Фарадея* для
електромагнітної індукції. Знак « - »
введений у формулу відповідно до
правила Ленца. Правило Ленца:
Індукційний
струм має такий напрям, що його магнітне
поле протидіє зміні магнітного
потоку, що викликав цей індукційний
струм.
Приклад:
При
наближенні смугового
8Пі
4$
(ІІ
магніту
до замкненого контуру (рис. 58.2) в ньому
наводиться індукційний струм, який
своєю магнітною дією перешкоджає
наближенню магніту і зростанню
магнітного потоку, що пронизує
контур. При видаленні магніту (рис.
58.3) від контуру з ньому наводиться
індукційний струм протилежного напряму,
який перешкоджає видаленню магніту і
зменшенню магнітного потоку, що пронизує
контур.
Якщо
замкнений контур складається з N
послідовно
сполучених витків (наприклад, соленоїд),
то закон електромагнітної індукції
записується таким чином:
с
=
М4Ф=
сі(МФ)
1 йі йі
Величину
¥ =
іУФ називають
повним магнітним потоком або
потокозчепленням.
З
урахуванням цього:
N
N
в»
>0
<0
В,
Рисунок
58.3
Подальші
експерименти показали, що ерс
електромагнітної індукції пропорційна
швидкості зміни магнітного потоку, що
пронизує контур:
СІФ
(58.2)
Є/
§62
Магнітні вимірювання
Магнітні
вимірювання -
це вимірювання характеристик магнітного
поля або магнітних властивостей речовин
(матеріалів). До характеристик магнітного
поля, що вимірюються, відносяться:
вектор магнітної індукції В,
напруженість магнітного поля Н,
потік
вектора магнітної індукції (магнітний
потік) ф,
градієнт
магнітного поля і ін.
Для
вимірювання магнітних характеристик
застосовують наступні методи:
балістичний, магнітометричний,
електродинамічний, індукційний,
мостовий, нейтронографічний,
резонансний і ін.
Балістичний
метод заснований на вимірюванні
балістичним гальванометром кількості
електрики ц,
що
переноситься індукційним струмом через
вимірювальну котушку з числом витків
N,
що
надягнена на зразок, при швидкій зміні
зчепленого з нею магнітного потоку ф.
Зміна
магнітного потоку
лф
= 2*,
N
і
І
де
К
- опір
кола.
Балістичним
методом визначають основну криву
індукції В
=/(//),
криву намагнічування 3
=/(Н),
петлю
гістерезису, різні види проникності.
Магнітометричний
метод заснований на дії досліджуваного
намагніченого зразка на розташований
поблизу нього постійний магніт. Поширений
діючий за цим принципом астатичний
магнітометр. Він складається з двох
однакових послідовно включених в коло
котушок - той, що намагнічує і
компенсаційної, між якими на підвісі
укріплений магаітний датчик: система
з двох лінійних магнітів однакових
за розміром з рівними магнітними
моментами (астатична система). Магніти
розташовані паралельно один одному
полюсами в різні боки. Дія магнітних
полів котушок на астатичну систему
взаємно компенсована. Зразок, що
поміщається в котушку, яка намагнічує,
порушує скомпенсованість полів і
викликає поворот системи магнітів. За
кутом повороту системи визначають
магнітний момент зразка. Далі можна
обчислити 3,В\Н.
Метод
дає можливість знайти залежність
В(Н)
і
ДЯ), петлю гістерезису і магнітну
сприйнятливість. Завдяки високій
чутливості методу магнітометра його
застосовують для вимірювання геомагнітного
поля і вирішення ряду метрологічних
задач.
Іноді
для вимірювання характеристик магнітного
поля, зокрема в промислових умовах,
застосовується електродинамічний
метод, при якому вимірюється кут
повороту рамки із струмом, що знаходиться
в магнітному полі намагніченого
зразка. Перевага методу - можливість
градуювання шкали приладу безпосередньо
в одиницях величини, що вимірюється -
в Тл (для В)
і
А/м (для Я).
Для
дослідження феромагнітних речовин в
широкому інтервалі значень Н
використовують
індукційний метод, який дозволяє
виміряти В(Н),
Д//),
петлю
гістерезису
і різні види проникності. Він заснований
на вимірюванні ерс індукції, яка
збуджується у вторинній обмотці, що
намотана на зразок, при пропусканні
змінного струму, що намагнічує, через
первинну обмотку. Цей метод може
бути також використаний для вимірювання
намагніченості в сильних імпульсних
магнітних полях і магнітній сприйнятливості
діа- і парамагнітних речовин в
радіочастотному діапазоні. Цей метод
використовується, зокрема, в індукційному
магнітометрі, в якому досліджуваний
зразок коливається в магнітному
полі і при цьому порушує ерс у вимірювальних
котушках.
Прилади
для магнітних вимірювань класифікують
за їх призначенням, умовам застосування,
за принципом дії чутливого елемента
(датчика, або перетворювача). Прилади
для вимірювання напруженості магнітного
поля Н
його
індукції В,
магнітного
моменту і ряду інших магнітних
характеристик речовини звичайно
називають магнітометрами, з них деякі
мають своє найменування: для вимірювання
магнітного потоку - флюксметри або
веберметри; потенціалу поля - магнітні
потенціалометри; градієнта - градієнтометри;
коерцитивної сили - коерцитиметри
і т.п.
Індуктивність
елементів електричних кіл визначать
за допомогою приладу, який називають
вимірником індуктивності (генріметр).
Сучасні генрі-метри забезпечують
вимірювання індуктивності в діапазоні
10 -ьЮ Гн з похибкою до 0,1%.