Лекции по дисциплине: «Защита судов по физическим полям»

Глава 1. Магнитное поле корабля.

1. 1 Основные понятия и определения

Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которого является то, что оно действует только на движущиеся тела, обладающие электрическим зарядом, и на тела, обладающий магнитным моментом, независимо от их состояния движения.

Источниками макроскопического магнитного поля являются:

• намагниченные тела;

• проводники с током;

• движущиеся электрически заряженные тела;

• изменяющееся во времени электрическое поле (в свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле).

Интенсивность магнитного поля в данной точке определяется по действию, которое оно оказывает на замкнутый плоский контур тока достаточно малых размеров, свободно вращающийся в магнитном поле (под действием пары сил контур займет положение устойчивого равновесия). Направление нормали контура принимается за направление магнитного поля в данной точке пространства (это направление покажет и магнитная стрелка).

Строгая ориентация плоского контура с током в магнитном поле говорит о том, что величины, характеризующие магнитное поле являются векторными величинами.

Основными величинами, характеризующими среднее макроскопическое магнитное поле (при наличии токов и магнетиков) и его источники, являются: вектор магнитной индукции и магнитный момент .

Если характеризует магнитное поле, то магнитный момент – основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитное поле и магнитные свойства тел характеризуются магнитными единицами. Некоторые из них приведены в табл. 1.

Табл. 1 Определение магнитных физических величин и их единиц измерения в системе СИ.

№	Физическая величина	Определение физической величины	Обозначение	Ед. измер.	Определение единицы измерения
1	Напряжённость магнитного поля	Количественная характеристика магнитного поля, не зависящая от магнитных свойств среды, В среде она определяет вклад в магнитную индукцию внешних источников поля. В вакууме она совладает с магнитной индукцией (в СИ), где - коэффициент пропорциональности, называемый магнитной постоянной (магнитной проницаемостью вакуума). В изотропной среде (в СИ), где – магнитная проницаемость среды			Ампер на метр равен напряженности магнитного поля в центре длинного соленоида с равномерно распределенной обмоткой, по которой проходит ток силой, где – число витков на участке соленоида длиной
2	Намагниченность	Характеризует магнитное состояние макроскопического тела: зависит от магнитных свойств вещества тела, его формы и расположения во внешнем поле, напряженности внешнего поля и температуры. В случае однородно намагниченного теле определяется как магнитный момент единицы объема тела:			есть намагниченность, при которой вещества обладает магнитным моментом
3	Магнитный момент	Основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Элементарными источниками магнетизма считают замкнутые токи – макро- и микроатомные. Магнитные действия замкнутого тока (контура с током) определяются произведением силы тока на площадь контура. Магнитное состояние макроскопических тел определяется средним значением результирующего магнитного момента всех образующих тело микрочастиц, Отнесенный к единице объема тела магнитный момент называется намагниченностью			равен магнитному моменту электрического тока силой , проходящего по контуру площадью
4	Магнитная проницаемость	Физическая величина, характеризующая изменение магнитной индукции среды при воздействии магнитного поля . У изотропных сред . В зависимости от определения в статическом или переменном магнитном поле, её называют статической или динамической
5	Магнитная восприимчивость	Характеризует связь намагниченности вещества с магнитным полем в этом веществе. В статических магнитных полях равна отношению намагниченности вещества к напряженности намагничивающего поля ; с магнитной проницаемостью связана соотношением (в СИ). Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной обладают диамагнетики; положительной парамагнетики и ферромагнетики. Магнитная восприимчивость у ферромагнетиков очень сильно и сложным образом зависит от и существенно – от температуры
6	Магнитная индукция	Характеризует результирующее магнитное поле в веществе, представляющее собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и др. элементарными частицами. Магнитную индукцию можно выразить через вектор напряженности магнитного поля и вектор намагниченности .			равна магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором на плоский контур с током, имеющий магнитный момент действует максимальный вращающий момент равный
7	Магнитный поток (поток магнитной индукции)	Поток вектора магнитной индукции через какую-либо поверхность . Для замкнутой поверхности этот интеграл равен нулю, что отражает соленоидальный характер магнитного поля, т.е. отсутствие в природе магнитных зарядов источников магнитного поля (магнитные поля создаются электрическими токами)			равен магнитному потоку, создаваемому однородным магнитным полем при индукции через нормальную к потоку площадку в

Для характеристики магнитного поля часто вводят силовые линии поля (линии магнитной индукции): они направлены от северного магнитного полюса к южному. В каждой точке такой линии вектор расположен вдоль касательной. В местах повышенных значений линии индукции сгущаются, в тех же местах, где поле слабее, линии расходятся.

Магнитная индукция определяет среднее макроскопическое магнитное поле, создаваемое в данной точке пространства, как токами проводимости (движением свободных носителей зарядов), так и имеющимися намагниченными телами.

Магнитное поле, созданное токами проводимости и независящее от магнитных свойств присутствующего вещества характеризуется вектором напряженности магнитного поля .

Ранее практике электрических и магнитных измерений широкое распространение имела Гауссова система единиц (абсолютная система единиц СГС). Поскольку в ранее опубликованной литературе Гауссом система единиц использовалась достаточно широко, мы для удобства перевода единиц измерение к система СИ, приведем соотношения между основными магнитными единицами этих систем в табл. 2.

Табл. 2 Соотношения между магнитными единицами систем СГС и СИ

Величина	Обозначение	Единицы систем			Принятые внесистемные единицы
		СГС	Переводные	СИ
Магнитная индукция		(гаусс)
Магнитный поток (поток магнитной индукции)		(максвелл)
Магнитный момент (амперовский)
Намагниченность
Напряженность магнитного поля		(эрстед)			Гамма

При изложении материала использовались следующие обозначения:

– вектор напряженности магнитного поля Земли (МПЗ).

– горизонтальная составляющая вектора напряженности МПЗ;

– вертикальная составляющая вектора напряженности МПЗ;

– угол магнитного склонения;

– угол магнитного наклонения;

– намагниченность;

– остаточная намагниченность;

– индуктивная составляющая намагничивания корабля;

– вектор напряженности магнитного поля корабля;

– вектор напряженности поля вертикального намагничивания корабля;

– вертикальная составляющая поля вертикального намагничивания;

– вертикальная составляющая поля остаточного вертикального намагничивания;

– вертикальная составляющая поля индуктивного вертикального намагничивания;

– продольная составляющая поля вертикального намагничивания ;

– продольная составляющая поля остаточного вертикального намагничивания;

– продольная составляющая поля индуктивного вертикального намагничивания;

– поперечная составляющая поля вертикального намагничивания;

– поперечная составляющая поля остаточного вертикального намагничивания;

– поперечная составляющая поля индуктивного вертикального намагничивания;

– вектор напряженности поля продольного намагничивания корабля;

– вертикальная составляющая поля продольного намагничивания корабля;

– продольная составляющая поля продольного намагничивания корабля:

– поперечная составляющая поля продольного намагничивания корабля (аналогично вводятся обозначения для полей остаточного продольного намагничивания и индуктивного продольного намагничивания);

– вектор напряженности поля поперечного намагничивания корабля;

– вертикальная составляющая поля поперечного намагничивания корабля;

– продольная составляющая поля поперечного намагничивания корабля;

– поперечная составляющая поля поперечного намагничивания корабля (аналогично вводятся обозначения для полей остаточного поперечного намагничивания и индуктивного поперечного намагничивания);

– вертикальная составляющая вектора напряженности МПК;

– продольная составляющая вектора напряженности МПК;

– поперечная составляющая вектора напряженности МПК;

– магнитный курс корабля.