5.2. Магнітні кола.

В сучасних електричних машинах, трансформаторах, підсилювальних пристроях автоматики, запам’ятовуючих пристроях ЕОМ часто використовують феромагнітні матеріали, тобто матеріали, які здійснюють значне підсилення індукції магнітного поля, що утворюється магніторушійною силою (МРС) котушки, в яку поміщений феромагнітний матеріал. Іншими словами виникає магнітне поле.

Магнітне поле в більшості випадків створюються електромагнітами. Електромагніт складається з сталевого сердечника (осердя) та намотаної на ньому котушки з витками ізольованого дроту, через які пропущений струм. Для концентрації магнітного поля і зосередження магнітних ліній в певній частині простору, створюються умови, щоб магнітний потік проходив головним чином через феромагнітні матеріали.

В окремих випадках весь магнітний потік, або його частина замикається через неферомагнітну середу, наприклад повітря, магнітні властивості якої незначно відрізняється від магнітних властивостей вакууму ( _а   ₀).

Сукупність кількох ділянок – феромагнітних (сталь) і неферомагнітних (повітря), по яким замикаються лінії магнітного потоку, називається магнітним колом або магнітопроводом.

В просторі, що оточує провідник з електричним струмом, утворюється магнітне поле. Магнітне поле проявляється у силовій дії на електрично заряджені частки і тіла, що рухаються; на провідники з струмом; на частки і тіла, що мають магнітний момент (намагнічені).

Однією з кількісних характеристик магнітного поля є магнітна індукція – B. Це векторна величина характеризує інтенсивність і напрямок силової дії магнітного поля в будь-якій точці простору.

В метричній системі СІ магнітна індукція дорівнює відношенню сили dF, що діє з боку магнітного поля на кожний елемент провідника з струмом, до добутку сили струму І на довжину елемента dl, якщо цей елемент розташований в полі так, що відношення dl / dF має найбільше значення одиниці вимірювання – [Тесла, (Т)] або [Вебер / м ², (Вб / м ²)]. В системі СГС одиниця вимірювання – [Гаус, (Гс)], 1Гс = 10 ^–4 Т.

Вказані співвідношення визначають тільки величину вектора магнітної індукції.

Щодо напрямку магнітної індукції.

Магнітне поле зображується схематично магнітними лініями із стрілками (рис. 5.1). Напрямок магнітних ліній і напрямок струму, що утворив поле цих ліній зв’язані правилом «буравчика».

Вектор магнітної індукції В направлений по дотичній лінії. Напрямок вектора В співпадає з напрямком магнітної стрілки, що розміщена в даній точці поля.

Якщо магнітна індукція в усіх точках поля має однакову величину і напрямок, то таке поле називають рівномірним або однорідним.

Магнітна індукція залежить не тільки від струму, що утворює магнітне поле, але і від магнітних властивостей оточуючого середовища.

І ншою важливою величиною, що характеризує магнітне поле, є магнітний потік Ф. Елементарним магнітним потоком крізь нескінченно малий майданчик називається величина

dФ = B cos dS

де  – кут між напрямком вектора В і нормаллю n до майданчика dS (рис. 5.2).

Магнітний потік Ф крізь поверхню S визначається за виразом

.

Якщо магнітне поле рівномірне, а поверхня S плоска, то

Ф = BS cos

Якщо площина S розташована перпендикулярно до вектора В і  = 0, то Ф = BS.

Одиниця виміру магнітного потоку в системі СІ є Вебер [Вб], а в системі СГС – Максвелл [Мкс]. 1 Вб = 10 ⁸ Мкс.

При дослідженні магнітного поля і розрахунку магнітних пристроїв користуються розрахунковою величиною – напруженістю магнітного поля Н, одиниця виміру якої є ампер на метр [А/м].

Вектор магнітної індукції В і вектор напруженості магнітного поля Н для ізотропного середовища (однакові фізичні властивості в усіх напрямках) пов’язані співвідношенням В =  _аН, де  _а – абсолютна магнітна проникливість середовища. Абсолютна магнітна проникливість неферомагнітних матеріалів і середовищ (дерево, папір, мідь, алюміній, повітря) не відрізняється від абсолютної магнітної проникливості вакууму, яка ще називається магнітною постійною  ₀ = 4 10 ^– 9 Гс /см = 4 10 ^– 7 Гс /м.

У феромагнітних матеріалів  _а = · ₀, де  – відносна магнітна проникливість. Величина   не є постійною і залежить від величини магнітної індукції В.

Залежність між В і Н для феромагнітних матеріалів не має точного аналітичного виразу, тому для кожного феромагнітного матеріалу цю залежність зображують у вигляді кривої намагнічування В = f(Н), яка визначається дослідним шляхом.