Pole magnetyczne i jego parametry, obwody magnetyczne

Pod pojęciem „pole magnetyczne” zwykle rozumie się pewną przestrzeń energetyczną, w której przejawiają się siły oddziaływania magnetycznego. Dotyczą one:

• odrębne substancje: ferrimagnesy (metale - głównie żeliwo, żelazo i ich stopy) oraz ich klasa ferrytów niezależnie od stanu;

• poruszające się ładunki elektryczne.

Nazywa się je ciała fizyczne, które mają wspólny moment magnetyczny elektronów lub innych cząstek magnesy trwałe... Ich interakcję pokazano na zdjęciu. linie pola magnetycznego.

Powstają po przyłożeniu magnesu trwałego do tylnej części arkusza tektury z równą warstwą opiłków żelaza. Na zdjęciu wyraźne zaznaczenie biegunów północnego (N) i południowego (S) z kierunkiem linii pola względem ich orientacji: wyjścia z bieguna północnego i wejścia na biegun południowy.

Jak powstaje pole magnetyczne

Źródłami pola magnetycznego są:

• magnesy trwałe;

• opłaty za telefon komórkowy;

• zmienne w czasie pole elektryczne.

Każde dziecko w przedszkolu jest zaznajomione z działaniem magnesów trwałych.W końcu musiał już wyrzeźbić obrazki-magnesy, wyjęte z paczek wszelkiego rodzaju smakołyków, na lodówce.

Ładunki elektryczne w ruchu mają zwykle znacznie większą energię pola magnetycznego niż magnesy trwałe… Jest to również oznaczone liniami sił. Przeanalizujmy zasady ich rysowania dla prostego drutu z prądem I.

Linia pola magnetycznego jest poprowadzona w płaszczyźnie prostopadłej do ruchu prądu, tak że w każdym jej punkcie siła działająca na północny biegun igły magnetycznej jest skierowana stycznie do tej linii. Tworzy to koncentryczne kręgi wokół poruszającego się ładunku.

Kierunek tych sił określa znana reguła śruby lub śruby prawoskrętnej.

reguła świderka

Konieczne jest ustawienie gimbala współosiowo z wektorem prądu i obrócenie uchwytu tak, aby ruch gimbala do przodu pokrywał się z jego kierunkiem. Następnie orientacja linii pola magnetycznego zostanie wskazana przez obrót uchwytu.

W przewodniku pierścieniowym ruch obrotowy uchwytu pokrywa się z kierunkiem prądu, a ruch translacyjny wskazuje kierunek indukcji.

Linie pola magnetycznego zawsze opuszczają biegun północny i docierają do bieguna południowego. Kontynuują wewnątrz magnesu i nigdy nie są otwierane.

Zobacz tutaj, aby uzyskać więcej informacji: Jak działa reguła gimbala w elektrotechnice

Zasady oddziaływania pól magnetycznych

Pola magnetyczne z różnych źródeł sumują się, tworząc pole wynikowe.

W tym przypadku magnesy o przeciwnych biegunach (N — S) przyciągają się, a o tych samych nazwach (N — N, S — S) — odpychają się.Siły oddziaływania między biegunami zależą od odległości między nimi. Im bliżej bieguny są przesunięte, tym większa jest generowana siła.

Podstawowe charakterystyki pola magnetycznego

Zawierają:

• wektor indukcji magnetycznej (V);

• strumień magnetyczny (F);

• wiązanie strumienia (Ψ).

Intensywność lub siła oddziaływania pola jest szacowana na podstawie wektora wartości indukcji magnetycznej... Jest określana na podstawie wartości siły „F” wytwarzanej przez przepływający prąd „I” przez drut o długości „l ». V= F / (I ∙ l)

Jednostką miary indukcji magnetycznej w układzie SI jest Tesla (ku pamięci fizyka, który badał te zjawiska i opisywał je metodami matematycznymi). W rosyjskiej literaturze technicznej jest oznaczony jako „T”, aw dokumentacji międzynarodowej przyjmuje się symbol „T”.

1 T to indukcja takiego jednorodnego strumienia magnetycznego, który działa z siłą 1 niutona na każdy metr długości na prosty przewód prostopadły do ​​kierunku pola, gdy przepływa przez niego prąd o natężeniu 1 ampera.

1T = 1 ∙ N / (A ∙ m)

Kierunek wektora V określony regułą lewej ręki.

Jeśli umieścisz lewą dłoń w polu magnetycznym tak, aby linie sił z bieguna północnego wchodziły do ​​dłoni pod kątem prostym i umieścisz cztery palce w kierunku prądu w drucie, to wystający kciuk wskaże kierunek kierunek siły działającej na ten drut.

W przypadku, gdy przewodnik z prądem elektrycznym nie znajduje się pod kątem prostym do linii pola magnetycznego, siła działająca na niego będzie proporcjonalna do wartości przepływającego prądu i składowej rzutu długości przewodnika z prąd w płaszczyźnie położonej w kierunku prostopadłym.

Siła działająca na prąd elektryczny nie zależy od materiałów, z których wykonany jest przewodnik, ani od pola jego przekroju. Nawet jeśli ten drut w ogóle nie istnieje, a poruszające się ładunki zaczną się poruszać w innym środowisku między biegunami magnetycznymi, siła ta nie zmieni się w żaden sposób.

Jeśli wewnątrz pola magnetycznego we wszystkich punktach wektor V ma ten sam kierunek i wielkość, wówczas takie pole uważa się za jednorodne.

Każde środowisko z właściwości magnetyczne, wpływa na wartość wektora indukcyjnego V.

Strumień magnetyczny (F)

Jeśli weźmiemy pod uwagę przejście indukcji magnetycznej przez pewien obszar S, wówczas indukcję ograniczoną do jego granic będziemy nazywać strumieniem magnetycznym.

Gdy obszar jest nachylony pod pewnym kątem α do kierunku indukcji magnetycznej, strumień magnetyczny zmniejsza się wraz z cosinusem kąta nachylenia obszaru. Jego maksymalna wartość powstaje, gdy obszar jest prostopadły do ​​jego indukcji przenikliwej. Ф = В S

Jednostką miary strumienia magnetycznego jest 1 weber, określony przez przejście indukcji 1 tesli przez powierzchnię 1 metra kwadratowego.

Połączenie strumieniowe

Termin ten jest używany do uzyskania całkowitej wielkości strumienia magnetycznego generowanego przez określoną liczbę przewodników prądowych znajdujących się między biegunami magnesu.

W przypadku, gdy ten sam prąd I przepływa przez uzwojenie cewki o liczbie zwojów n, wówczas całkowity (połączony) strumień magnetyczny wszystkich zwojów nazywany jest wiązaniem strumienia Ψ.

Ψ = n Ф… Jednostką pomiaru przepływu jest 1 weber.

Jak powstaje pole magnetyczne ze zmiennego prądu elektrycznego

Pole elektromagnetyczne oddziałujące z ładunkami elektrycznymi i ciałami z momentami magnetycznymi jest połączeniem dwóch pól:

• elektryczny;

• magnetyczny.

Są ze sobą powiązane, są kombinacją siebie nawzajem, a kiedy jedna zmienia się w czasie, w drugiej pojawiają się pewne odchylenia. Na przykład, podczas tworzenia zmiennego sinusoidalnego pola elektrycznego w generatorze trójfazowym, to samo pole magnetyczne powstaje jednocześnie z charakterystyką podobnych harmonicznych przemiennych.

Właściwości magnetyczne substancji

W związku z oddziaływaniem z zewnętrznym polem magnetycznym substancje dzielą się na:

• antyferromagnesy o zrównoważonych momentach magnetycznych, dzięki którym powstaje bardzo mały stopień namagnesowania ciała;

• diamagnesy z właściwością magnesowania pola wewnętrznego przeciw działaniu pola zewnętrznego. Kiedy nie ma pola zewnętrznego, wtedy ich właściwości magnetyczne się nie manifestują;

• paramagnesy o właściwościach magnesowania pola wewnętrznego w kierunku działania zewnętrznego, które mają niewielki stopień magnetyzm;

• właściwości ferromagnetyczne bez przyłożonego pola zewnętrznego w temperaturach poniżej punktu Curie;

• ferrimagnesy o niezrównoważonych momentach magnetycznych pod względem wielkości i kierunku.

Wszystkie te właściwości substancji znalazły różnorodne zastosowania w nowoczesnych technologiach.

Obwody magnetyczne

Termin ten nazywany jest zbiorem różnych materiałów magnetycznych, przez które przepływa strumień magnetyczny.Są one analogiczne do obwodów elektrycznych i są opisane odpowiednimi prawami matematycznymi (prąd całkowity, Ohm, Kirchhoff itp.). Patrzeć - Podstawowe prawa elektrotechniki.

Na podstawie obliczenia obwodu magnetycznego działają wszystkie transformatory, cewki indukcyjne, maszyny elektryczne i wiele innych urządzeń.

Na przykład w działającym elektromagnesie strumień magnetyczny przechodzi przez obwód magnetyczny wykonany ze stali ferromagnetycznych i powietrza o wyraźnych właściwościach nieferromagnetycznych. Połączenie tych elementów tworzy obwód magnetyczny.

Większość urządzeń elektrycznych ma w swojej konstrukcji obwody magnetyczne. Przeczytaj więcej na ten temat w tym artykule — Obwody magnetyczne urządzeń elektrycznych

Przeczytaj także w tym temacie: Przykłady obliczeń obwodu magnetycznego