Какво се нарича силата на магнитното поле? Измерване на силата на магнитното поле

За описание на магнитното поле се използват две от основните му характеристики - индукция B → и интензитет H →. Тези количества са свързани помежду си. Нека да разгледаме какво е силата на магнитното поле, на какво е равно и какво е физическото значение на това количество.

Сила на магнитното поле

Силата на магнитното поле е векторна физическа величина, обикновено равна на разликата между векторите на индукция на магнитното поле B → и намагнитването P m →.

Напрежението се обозначава с буквата N →. Мерната единица SI за напрегнатост на магнитното поле е ампер на метър (A m p e r m e t r).

Формула за силата на магнитното поле:

N → = 1 μ 0 B → - P m → .

Тук коефициентът μ 0 е магнитната константа. μ 0 = 1, 25663706 N A 2.

Физическо значение на силата на магнитното поле

Индукцията на магнитното поле е мощностна характеристика. Индукцията определя силата, с която магнитното поле действа върху заряд, движещ се в полето с определена скорост.

Силата на полето характеризира плътността на силовите линии (линии на магнитна индукция).

Физическо значение на силата на магнитното поле

Във вакуум или при липса на среда, способна да намагнитва (например във въздух), силата на магнитното поле съвпада с магнитната индукция с точност до коефициент μ 0.

В медии, способни на магнетизиране (магнити), напрежението носи значението на „външно поле“, така да се каже. Той съвпада с вектора на магнитната индукция, който би съществувал, ако нямаше магнит.

Има теорема за циркулацията на магнитното поле. Това е една от основните теореми на електродинамиката, формулирана от Анри Ампер. Понякога се нарича също теорема или закон на Ампер. Теоремата за циркулацията на магнитното поле е вид аналог на теоремата на Гаус за циркулацията на вектора на напрегнатостта на електрическото поле.

Теорема за циркулацията на магнитното поле

Циркулацията на вектора на напрегнатост на магнитното поле по затворена верига е равна на алгебричната сума на токовете на проводимост, обхванати от веригата, по която се разглежда циркулацията.

∮ H → d r → = ∑ I m

Пример

Определете циркулацията на вектора на опън за затворен контур L.

I 1 = 5 A, I 2 = 2 A, I 3 = 10 A, I 4 = 1 A.

Според теоремата за циркулацията:

∮ H → d r → = ∑ I m

Разглежданата верига обхваща токовете I 1, I 2, I 3.

Нека заместим стойностите, като вземем предвид текущите посоки, посочени на фигурата, и изчислим циркулацията:

​​​​​ ∮ H → d r → = ∑ I m = 5 A 12 A + 10 A = 13 A .

Магнитното поле е вихрово поле, което не е потенциално. Циркулацията на вектора на напрежението обикновено е различна от нула.

Ако забележите грешка в текста, моля, маркирайте я и натиснете Ctrl+Enter

Главна информация

Сила на магнитното поле и магнитна индукция. Изглежда, защо физиците усложняват вече сложните физически концепции, когато описват явленията на магнетизма? Два вектора, еднакво насочени, различаващи се само в коефициента на пропорционалност - добре, какъв е смисълът от това от гледна точка на обикновен човек, който не е твърде обременен със знания от областта на съвременната физика?

Но точно тази разлика крие нюансите, които позволиха на учените да открият невероятните свойства на различни вещества и законите на тяхното взаимодействие с магнитното поле и дори да променят представите ни за света около нас.

В действителност тази разлика крие различен методологичен подход. Казано по-просто, когато използваме понятието сила на магнитното поле, ние пренебрегваме влиянието на магнитното поле върху веществото в конкретен случай; когато прилагаме концепцията за магнитна индукция, ние вземаме предвид този фактор.

От техническа гледна точка, силата на магнитно поле от всяка сложна конфигурация може да бъде просто изчислена и получената магнитна индукция може да бъде измерена.

Зад тази привидна простота се крие титаничната работа на цяла плеяда учени, разделени във времето и пространството. Техните идеи и концепции са определяли и определят развитието на науката и технологиите в миналото, настоящето и бъдещето.

И няма значение колко скоро ще овладеем термоядрената енергия с помощта на ново поколение термоядрени реактори, базирани на ограничаване на „горещата“ плазма от магнитно поле. Когато изпратим нови поколения изследователски роботи в космоса на ракети, базирани на използването на принципи, различни от изгарянето на химическо гориво. Или по-специално ще решим проблема с коригирането на орбитите на микросателитите с помощта на двигатели на Хол. Или колко пълно можем да използваме енергията на Слънцето, колко бързо и евтино можем да се движим около нашата планета - имената на пионерите на науката ще останат завинаги в паметта ни.

Вече модерното поколение учени и инженери от двадесет и първи век, въоръжени с натрупаните знания от своите предшественици, ще завладеят задачата на магнитната левитация, досега тествана в лаборатории и пилотни проекти; и проблемът с извличането на енергия от околната среда чрез техническата реализация на „демона на Максуел“, използвайки невиждани досега материали и нови видове взаимодействия. Първите прототипи на такива устройства вече се появиха в Kickstarter.

В същото време ще бъде решен основният проблем на човечеството - превръщането на запасите от въглища и въглеводороди, натрупани в продължение на стотици милиони години, в топлина, безмилостно променяйки климата на нашата планета с продукти от горенето. И предстоящата термоядрена революция, която гарантира след необмисленото си развитие топлинната смърт на целия органичен живот на Земята, няма да се превърне в смъртна присъда на цивилизацията. В крайна сметка енергията от всякакъв вид, която изразходваме, в крайна сметка се превръща в топлина и затопля нашата планета.

Въпрос на време е; Ще поживеем и ще видим!

Историческа справка

Въпреки факта, че самите магнити и явлението магнетизация са известни отдавна, научното изследване на магнетизма започва с работата на френския средновековен учен Пиер Пелерин дьо Марикур през 1269 г. Дьо Марикур подписва творбите си с името Петрус Перегринус.

Докато изучавал поведението на желязна игла в близост до сферичен магнит, ученият открил, че иглата се държи по специален начин в близост до две точки, които той нарекъл полюси. Изкушаващо е да се даде аналогия с магнитните полюси на Земята, но по това време подобен начин на мислене може лесно да доведе до клада! В допълнение, изследователят откри, че всеки магнит винаги има (в съвременните условия) северен и южен полюс. И без значение как разрязвате магнита в надлъжно или напречно сечение, всеки от получените магнити винаги ще има два полюса, независимо колко е тънък.

„Сумолната“ идея, че самата Земя е магнит, е публикувана от английския лекар и натуралист Уилям Гилбърт в неговия труд „De Magnete“, който е публикуван почти три века по-късно през 1600 г.

През 1750 г. английският учен Джон Мичъл открива, че магнитите привличат и отблъскват (взаимодействат) в съответствие със закона на обратните квадрати. През 1785 г. френският учен Шарл Огюстен дьо Кулон експериментално тества предположенията на Мичъл и установява, че северният и южният магнитни полюси не могат да бъдат разделени. Въпреки това, по аналогия със закона за взаимодействие на електрическите заряди, открит от него по-рано, Кулон все още приема съществуването на магнитни заряди - хипотетично магнитни монополи.

Въз основа на известните му по това време факти за магнетизма и на преобладаващия в тогавашната наука методологичен подход за изграждане на теории за взаимодействие като за определени течности, през 1824 г. сънародникът на Кулон Симеон Денис Поасон създава първия успешен модел на магнетизма. В неговия теоретичен модел магнитното поле се описва от диполи на магнитни заряди.

Но буквално веднага три последователни открития поставиха под съмнение модела на Поасон. Нека ги разгледаме по-долу.

Датският физик Ханс Кристиан Ерстед през 1819 г. забелязва отклонението на стрелката на магнитен компас, когато електрически ток, протичащ през проводник под формата на тел, се включва и изключва, като по този начин открива връзката между електричеството и магнетизма.

През 1820 г. френският учен Андре-Мари Ампер открива, че проводниците с токове, протичащи в една посока, се привличат един друг и се отблъскват в противоположната посока. През същата 1820 г. френските физици Жан-Батист Био и Феликс Савар откриват закона, който по-късно е кръстен на тях. Този закон направи възможно изчисляването на силата на магнитното поле около всеки проводник с ток, независимо от неговата геометрична конфигурация.

Обобщавайки получените теоретични и експериментални данни, Ампер изрази идеята за еквивалентността на електрическите токове и проявите на магнетизъм. Той разработи свой собствен модел на магнетизъм, в който замени магнитните диполи с циркулацията на електрически токове в малки затворени вериги. Моделът на Ампер за проявлението на магнетизма имаше предимство пред модела на Поасон, тъй като обясняваше невъзможността за разделяне на полюсите на магнитите.

Ампер също така предлага термина „електродинамика“, за да опише такива явления, които разширяват приложението на електрическата наука към динамични електрически обекти, като по този начин допълват електростатиката. Може би най-голямо влияние върху разбирането на същността на проявите на магнетизма оказа концепцията за представяне на взаимодействието на магнитите чрез силово поле, описано от силовите линии, предложена от английския учен Майкъл Фарадей. Явлението електромагнитна индукция, открито през 1831 г. от Фарадей, по-късно е обяснено от немския математик Франц Ернст Нойман. Последният доказа, че възникването на електрически ток в затворена верига при промяна на преминаващия през нея магнитен поток е просто следствие от закона на Ампер. Нойман въвежда в научната употреба концепцията за векторен магнитен потенциал, който в много отношения е еквивалентен на силата на линиите на магнитното поле на Фарадей.

Последната точка в спора между двата модела на магнетизма е поставена през 1850 г. от изключителния английски физик Уилям Томпсън (лорд Келвин). Въвеждане на концепцията за средно намагнитване М, в които има магнитно поле, той не само установи връзката между силата на магнитното поле зи вектора на магнитната индукция б, но и определи областите на приложимост на тези концепции.

Сила на магнитното поле. Определение

Силата на магнитното поле е векторна физична величина, равна на разликата във вектора на магнитната индукция би вектор на намагнитване М. В Международната система от единици (SI) стойността на силата на магнитното поле се определя по формулата:

з= (1/μ 0) · б - М

където μ0 е магнитната константа, понякога наричана магнитна проницаемост на вакуума

В системата от единици CGS силата на магнитното поле се определя по друга формула:

н = б- 4·π· М

В Международната система единици SI силата на магнитното поле се измерва в ампери на метър (A/m), в системата CGS - в ерстеди (Oe).

В електротехниката има и несистемна единица за измерване на напрежение - ампер-оборот на метър. Други измервания на силата на магнитното поле, използвани в различни приложения, и техните преобразувания от една стойност в друга могат да бъдат намерени в преобразувателя на физически единици.

Измервателните уреди за измерване на големината на напрегнатостта на магнитното поле, както и уредите за измерване на магнитната индукция се наричат ​​тесламетри или магнитометри.

Сила на магнитното поле. Физика на явленията

Изследователски токамак ( Чеоидален камярка с мамагнитни намотки), които са работили в изследователския институт на държавната енергийна компания Hydro-Québec в предградията на Монреал от 1987 до 1997 г., когато проектът е затворен, за да се спестят бюджетни средства. Инсталацията е изложена в Канадския музей на науката и технологиите

Във вакуум (в класическия смисъл на термина) или при липса на среда, способна на магнитна поляризация, или в случаите, когато магнитната поляризация на средата може да бъде пренебрегната, силата на магнитното поле нсъвпада (с точност до коефициент) с вектора на магнитната индукция IN. За системата CGS този коефициент е равен на 1, за системата от единици SI - μ0.

Силата на магнитното поле се причинява от свободни (външни) токове, които са лесни за измерване или изчисляване. Това означава, че напрежението има смисъл за външното магнитно поле, създадено от намотка, носеща ток, в която е вмъкнат материал, способен да магнетизира. Ако не се интересуваме от поведението на даден материал под въздействието на магнитно поле, тогава е достатъчно да работим само със силата на магнитното поле. Например, напрежението ще бъде достатъчно за техническо изчисление на взаимодействието на магнитните полета на две или повече намотки, носещи ток. Полученото напрежение ще бъде векторната сума на полетата, създадени от отделните тоководещи бобини.

Тъй като повечето електромагнитни устройства работят във въздуха, важно е да се знае неговата магнитна пропускливост. Абсолютната магнитна проницаемост на въздуха е приблизително равна на магнитната проницаемост на вакуума и в техническите изчисления се приема равна на 4π 10⁻⁷ H/m.

Друг е въпросът, когато се интересуваме точно от поведението на среда, способна да магнетизира, например при използване на ядрено-магнитен резонанс. В ЯМР атомните ядра, наричани иначе нуклони и имащи полуцяло въртене (магнитен момент), абсорбират или излъчват електромагнитна енергия при определени честоти, когато са изложени на магнитно поле. В тези случаи трябва да се вземе предвид магнитната индукция.

Приложение на силата на магнитното поле в техниката

В повечето случаи на практическо приложение на магнитно поле, например за неговото създаване или измерване на големината му, силата на магнитното поле играе ключова роля. Има много примери за използване на магнитни полета, предимно в измервателната техника и в различни експериментални установки.

Магнитно поле с определена сила и конфигурация задържа плазмени нишки или потоци от заредени частици в изследователски термоядрени реактори и ускорители на частици, като по този начин предотвратява охлаждането на плазмата при контакт с ограждащите стени. Той също така отклонява потоците от йони или електрони в спектрометри и кинескопи.

Измерването на силата на магнитното поле на Земята в различни точки е много важно за оценка на състоянието на нейната магнитосфера. Има дори цяла мрежа от наземни станции и съзвездия от научни спътници за наблюдение на силата на магнитното поле на Земята. Тяхната работа позволява да се предскажат магнитни бури, които се случват на Слънцето, като минимизират последствията от тях, доколкото е възможно.

Измерването на силата на полето позволява да се провеждат различни проучвания, да се сортират материали и боклук, както и да се гарантира нашата безопасност чрез откриване на терористични оръжия или поставени мини.

Магнитометри

Магнитометрите са цял клас измервателни инструменти, предназначени да измерват намагнитването на материали или да определят силата и посоката на магнитно поле.

Първият магнитометър е изобретен от великия немски математик и физик Карл Фридрих Гаус през 1833 г. Това устройство беше оптично устройство с въртяща се магнетизирана пръчка, окачена на златна нишка, и огледало, залепено към нея, перпендикулярно на оста на магнита. Измерена е разликата във вибрациите на магнетизиран и демагнетизиран прът.

В днешно време се използват по-чувствителни магнитометри на други принципи, по-специално върху сензори на Хол, тунелни контакти на Джоузефсън (SQUID магнитометри), индукция и ЯМР резонанс. Те се използват широко в различни приложения: измерване на магнитното поле на Земята, при геофизични изследвания на магнитни аномалии и при търсене на минерали; във военните дела за откриване на обекти като подводници, потънали кораби или камуфлажни танкове, които изкривяват магнитното поле на Земята със своето поле; за търсене на неексплодирали или заложени боеприпаси в райони на бойни действия. Благодарение на миниатюризацията и намаляването на консумацията на ток, смартфоните и таблетите са оборудвани с модерни магнитометри. Днес магнитометрите са неразделна част от оборудването на разузнавателните безпилотни летателни апарати и шпионски спътници.

Интересна подробност: поради увеличаването на чувствителността на магнитометрите, един от факторите за прехода на конструкцията на подводниците към титанови вместо стоманени корпуси беше именно радикалното намаляване на тяхната видимост в магнитното поле. Преди това подводниците със стоманен корпус, както и надводните кораби, трябваше от време на време да се подлагат на процедура за размагнитване.

Магнитометрите се използват при пробиване на кладенци и тунелиране, в археологията за очертаване на разкопки и търсене на артефакти, в биологията и медицината.

Метални детектори

Опити за използване на силата на магнитното поле във военни действия са правени от Първата световна война, която остави милиони неексплодирали боеприпаси и постави мини на бойните полета. Най-успешното развитие беше в началото на 40-те години на миналия век, лейтенантът от полската армия Йозеф Станислав Косацки, приет от британската армия и послужи за значителна полза при разчистването на минни полета по време на преследването на отстъпващите германци от войските на генерал Монтгомъри при втората битка при Ел Аламейн. Въпреки факта, че оборудването на Косацки е направено с помощта на вакуумни тръби, то тежи само 14 килограма, включително батериите, и е толкова ефективно, че модификациите му са използвани от британската армия в продължение на 50 години.

В днешно време, поради разпространението на тероризма, не се изненадваме да минаваме през индукционните рамки на металотърсачи, преди да се качим на самолет или на футболни мачове, багажът ни да бъде прегледан от охранители или да бъдем лично претърсени с ръчни металдетектори, за да открият оръжия.

Битовите метални детектори също станаха широко разпространени, а по плажовете на модните курорти гледката на търсачи на изгубени съкровища, които претърсват местните плажове с надеждата да намерят нещо ценно, стана обичайна.

Ефект на Хол и устройства, базирани на него

Вероятно всички сме се сблъсквали в детството с прекрасните свойства на обикновените магнити. Малко парче метал привлече някои парчета желязо и отблъсна други.

Удивителните свойства на магнита не спират дотук. Например, магнит, окачен на нишка, винаги е разположен в пространството по определен начин - това свойство е в основата на изобретяването на компаса. Крайните точки на магнита са "най-силни". Те обикновено се наричат ​​"полюси". Специфичните свойства на магнита се дължат на неговите магнитни полета, които не са материя, но се държат по много осезаем начин. Една от най-важните характеристики е силата на магнитното поле.

Характеристики на магнитното поле

Всяко магнитно поле има енергия, която се проявява при взаимодействие с други тела. Под въздействието на магнитните сили движещите се частици променят посоката на своя поток. Магнитно поле се появява само около онези електрически заряди, които са в движение. Всяка промяна в електрическото поле води до появата на магнитни полета.

Вярно е и обратното твърдение: промяната в магнитното поле е предпоставка за възникване на електрическо поле. Такова тясно взаимодействие доведе до създаването на теорията за електромагнитните сили, с помощта на която днес успешно се обясняват различни физически явления.

Изображение на магнитни полета

Магнитното поле може да бъде изобразено на лист хартия с помощта на силови линии. Те са начертани така, че реалната посока на силите на полето във всяка точка да съвпада с начертаните. Посоките на силовите полета могат да се определят с помощта на стрелка на компас, чийто северен полюс винаги е допирателна към линията на полето. Северният полюс обикновено се обозначава като мястото, където линиите на магнитното поле излизат, а Южният полюс като мястото, където те влизат. Трябва да се помни, че такова разделение е много произволно и се взема предвид само поради неговата яснота.

Какво е магнитен интензитет

Железни стърготини, подредени по дължината на магнитните полета, доказват, че магнитното поле има два важни параметъра - величина и посока. Във всяка точка на пространството магнитното поле се разпространява със скорост, равна на скоростта на светлината във вакуум – 300 000 километра/сек.

За да определят характеристиките на магнитното поле, учените въведоха стойността на "напрежението". Това е векторна величина, показваща посоката на действие на магнитното поле и броя на неговите силови линии. По своите характеристики силата на магнитното поле е подобна на концепцията за „сила“ в механиката. Този показател не зависи от параметрите на средата, в която се провеждат експериментите, а само от силата на магнитния поток и разстоянието до източника, създаващ полето. В различни случаи такъв източник може да бъде единичен магнит, магнитна намотка или електрически проводник. Във всеки от тези случаи възниква магнитно поле с определени характеристики.

Напрегнатост на електромагнитното поле в експерименти

Помислете за единичен проводник, по който тече електрически ток. Когато този проводник се движи, около него се създава магнитно поле. Неговите характеристики могат да бъдат изразени чрез интензитет, който се определя от мярката за влияние на магнитното поле върху изследваното тяло.

Можете да изследвате магнитното поле вътре в намотката. В този случай напрежението ще зависи пряко от броя на завъртанията на намотката и разстоянието между нея и изследваното тяло.

Комбинирайки тези две заключения, можем да обобщим: силата на магнитното поле във всяка точка на пространството е обратно пропорционална на дължината на магнитната линия и право пропорционална на произведението от броя на навивки на намотката и силата на тока.

Магнитна индукция

Дефиницията на силата на магнитното поле би била непълна без понятието „магнитна индукция“. Тази стойност обяснява колко работа може да произведе дадено магнитно поле. Колкото по-силно е магнитното поле, толкова повече работа може да произведе, толкова по-голяма е стойността на неговата магнитна индукция.

Във физиката магнитната индукция се обозначава с буквата Ḇ. Може да се изобрази визуално като плътността на линиите на магнитното поле на единица повърхност, която е разположена перпендикулярно на измереното магнитно поле. В момента магнитната индукция се измерва в тесла.

Магнитен поток

Друго количество, което съдържателно характеризира магнитното поле. Магнитният поток определя колко силови линии проникват през определена единица площ. В еднородно магнитно поле стойността на магнитния поток се изчислява по формулата:

Ф= Ḇ/S, където:

F - магнитен поток;

Ḇ - стойност на магнитната индукция;

S е площта, през която преминават линиите на магнитното поле.

В единици SI магнитният поток се измерва във Webers.

Формула за напрежение

Физическият смисъл на тази величина може да се изрази с формулата: Н= I×ω/ L, където:

L е разстоянието между тялото и източника на магнитното поле;

ω - брой навивки на бобината;

I е силата на тока в електрическата верига.

От това уравнение можем да заключим, че напрежението се измерва в [A/m], тъй като навивките в намотката са количествена стойност.

Магнетизираща сила

Продуктът Н×I в тази формула не е нищо повече от аналогия на напрежението на електрическото поле. Ако този параметър се приложи към цялата дължина на линията на магнитна индукция, тогава полученият продукт ще се нарече магнетизираща сила (n.s.). Тази физическа величина се измерва в ампери, но експертите предпочитат термина „ампер-оборот“, който подчертава пряката зависимост на силата от броя на завъртанията на намотката.

Правило на Gimlet

За да се определи посоката на магнитното поле на намотка или проводник, експертите използват правилото на гимлета. Ако движението на „завинтване“ на въображаем гимлет е успоредно на посоката на тока във веригата, тогава „дръжката“ на гимлета показва как ще бъдат разположени линиите на магнитното поле.

Примери за определяне на силата на магнитното поле

Пример 1.Има намотка с брой навивки 100 и дължина 10 см. Необходимо е да се осигури зададена стойност на силата на магнитното поле от 5000 A/m. Колко ток трябва да тече през бобината?

Решение: според дефиницията силата на намагнитване на бобината е равна на H = I × ω/ L. И произведението H × I дава силата на намагнитване. От тук можете да извлечете стойността на силата на тока, която е равна на: 5000A/m*0.1m = сила на тока * брой навивки. Решавайки проста пропорция, откриваме, че силата на тока в тази задача трябва да бъде равна на 5А.

Пример 2.Бобината има 2000 навивки и през нея протича ток от 5 ампера. Каква е магнетизиращата сила на намотката?

Решение: проста формула дава отговора: n.s. = I×ω. Така n.s = 2000×5 = 10000 ампер-оборота.

Пример 3.

Как да определим силата на магнитното поле на прав електрически проводник на разстояние 5 cm? Токът, протичащ през проводника, е 30 А.

В този пример ще ни трябва и формулата

В случай на прав проводник, броят на навивките на намотката ще бъде равен на 1, а дължината l = 2∙π∙r.

От това можем да заключим, че

H = 30/(2*3,14*0,02) = 238,85 A/m.

Тези и подобни проблеми могат лесно да бъдат решени с помощта на основния училищен курс по физика. Решаването на такива прости примери ще помогне да се разбере качествената същност на електромагнитните процеси в природата около нас.

Една от най-важните физически характеристики както на естествената, така и на изкуствената човешка среда е магнитното поле. Представлява една от формите на съществуване на електромагнитното поле. Основната отличителна черта на тази форма е, че магнитното поле действа изключително върху онези частици и тела, които, от една страна, са в непрекъснато движение, а от друга, съдържат определен електрически заряд.

От курса по физика също е известно, че за създаване на магнитно поле са необходими проводник с ток и променливи електрически полета. Най-важните характеристики на това поле са векторът на магнитната индукция и магнитният интензитет.

Силата на магнитното поле е една от векторните величини, изучавани във физиката, която се състои от разликата между вектора на електромагнитната индукция и вектора на намагнитване. Тъй като нейната мерна единица е магнитният интензитет, общоприетата и най-често срещана е ампер на метър. За да се получи интензитет на електромагнитното поле от 1 a/m, е необходимо електрически ток от 2π ампера да тече по прав, дълъг проводник с възможно най-малък диаметър на напречното сечение. В този случай във всички точки, образувани от това на разстояние 1 метър, напрегнатостта на електромагнитното поле ще бъде равна на 1 a/m.

Може да се оцени силата на магнитното поле или, с други думи, броят на силовите линии на това поле. По-специално, за да определите посоката на тези линии, можете да използвате добре известното правило.Това правило е един от крайъгълните камъни на цялата електротехника. Той гласи, че ако общата посока на движение на гимлета е напълно идентична с посоката на електрическия ток в конкретен проводник, тогава посоката на въртене на гимлета е идентична с посоката на магнитните линии.

Въз основа на това правило е лесно да се докаже, че магнитните линии, които се появяват в завоите на намотката, са насочени в една и съща посока. От това можем да заключим, че силата на магнитното поле вътре в намотката ще бъде много по-силна от интензитета, създаден от едно завъртане. Това се дължи, наред с други неща, на факта, че силовите линии на съседните завои са насочени успоредно една на друга, но в различни посоки, следователно силата на магнитното поле между тях постоянно ще намалява.

Съвсем естествено е, че магнитното поле на всяка намотка е право пропорционално на стойността, която преминава през нейните завои. В допълнение, силата на магнитното поле зависи пряко от това колко близо са тези завои един до друг. Експериментално е доказано, че в две намотки, в които тече електрически ток с еднаква сила и броят на навивките е абсолютно еднакъв, магнитното поле ще бъде по-силно в тази, където намотката е с по-къса аксиална дължина, т.е. , завоите му са разположени много по-близо един до друг.

Много значима е числената стойност на ампер навивките, която може да се изчисли чрез умножаване на броя на навивките в намотката по силата на тока, протичащ в тях. Магнитодвижещата сила също ще зависи от големината на ампероборотите. Въз основа на тази концепция може лесно да се докаже, че магнитното поле на изследваната бобина е право пропорционално на броя на амперните навивки на единица аксиална дължина. С други думи, колкото по-голяма е величината на магнитодвижещата сила, създадена в изследваната бобина, толкова по-голяма е силата на електромагнитното поле.

Освен изкуствено създадени магнитни полета съществува и естествено, което се образува предимно във външната обвивка на ядрото. Основните характеристики на това поле, включително интензивността, се променят както във времето, така и в пространството, но всички основни закони, характерни за изкуствено създадените полета, работят и в геомагнитното поле.

Магнитното поле на постоянния магнит се причинява от движението на електроните по техните орбити в атома.

Магнитното поле се характеризира с интензитет. Силата на магнитното поле H е подобна на механичната сила. Това е векторно количество, тоест има величина и посока.

Магнитното поле, т.е. пространството около магнита, може да си представим като изпълнено с магнитни линии, за които се смята, че излизат от северния полюс на магнита и навлизат в южния (фиг. 1). Допирателните към магнитна линия показват посоката на силата на магнитното поле.

Силата на магнитното поле е по-голяма там, където магнитните линии са по-плътни (на полюсите на магнита или вътре в намотка с ток).

Магнитното поле в близост до проводника (или вътре в намотката) е толкова по-голямо, колкото по-голям е токът I и броят на завоите ω на намотката.

Колкото по-голям е продуктът I∙ω и колкото по-къса е дължината на магнитната линия, толкова по-голяма е силата на магнитното поле H във всяка точка на пространството:

H=(I∙ω)/l.

От уравнението следва, че мерната единица за силата на магнитното поле е ампер на метър (A/m).

За всяка магнитна линия в дадено еднородно поле произведенията H1∙l1=H2∙l2=...=H∙l=I∙ω са равни (фиг. 1).

Ориз. 1.

Продуктът H∙l в магнитните вериги е подобен на напрежението в електрическите вериги и се нарича магнитно напрежение, а взет по цялата дължина на линията на магнитна индукция се нарича намагнитваща сила (f.s.) Fm: Fm=H∙l=I∙ ω.

Силата на намагнитване Fm се измерва в ампери, но в техническата практика вместо наименованието ампер се използва наименованието ампер-тур, което подчертава, че Fm е пропорционална на тока и броя на навивките.

За цилиндрична намотка без сърцевина, чиято дължина е значително по-голяма от нейния диаметър (l≫d), магнитното поле вътре в намотката може да се счита за равномерно, т.е. има една и съща сила на магнитното поле H в цялото вътрешно пространство на намотката (фиг. 1). Тъй като магнитното поле извън такава намотка е много по-слабо, отколкото вътре в нея, външното магнитно поле може да бъде пренебрегнато и при изчислението можем да приемем, че n. с. намотка е равна на произведението от напрегнатостта на полето вътре в намотката и дължината на намотката.

Полярността на магнитното поле на проводника и намотката с ток се определя от правилото на гимлета. Ако движението напред на гимлета съвпада с посоката на тока, тогава посоката на въртене на дръжката на гимлета ще покаже посоката на магнитните линии.

Примери

1. През намотка с 2000 навивки протича ток 3 A. Колко е n. с. намотки?

Fm=I∙ω=3∙2000=6000 A. Магнитизиращата сила на намотката е равна на 6000 ампер-оборота.

2. Намотка с 2500 навивки трябва да има n. с. 10000 A. Какъв ток трябва да тече през него?

I=Fм/ω=(I∙ω)/ω=10000/2500=4 A.

3. През бобината протича ток I = 2 A. Колко навивки трябва да има в бобината, за да се осигури n. с. 8000 а?

ω= Fm/I=(I∙ω)/I=8000/2=4000 оборота.

4. Вътре в намотка с дължина 10 cm и 100 навивки е необходимо да се осигури сила на магнитното поле H = 4000 A/m. Колко ток трябва да тече през бобината?

Магнитизиращата сила на бобината е Fм=H∙l=I∙ω. Следователно 4000 A/m ∙0,1 m =I∙100; I=400/100=4 A.

5. Диаметърът на намотката (соленоида) е D=20 мм, а дължината l=10 см. Намотката е навита от меден проводник с диаметър d=0,4 мм. Каква е силата на магнитното поле вътре в намотката, ако е включена на 4,5 V?

Броят на навивките без да се взема предвид дебелината на изолацията ω=l∶d=100∶0,4=250 навивки.

Дължина на завъртане π∙d=3,14∙0,02 m =0,0628 m.

Дължина на намотката l1=250∙0,0628 m =15,7 m.

Активно съпротивление на бобината r=ρ∙l1/S=0.0175∙(4∙15.7)/(3.14∙0.16)=2.2 Ohm.

Ток I=U/r=4,5/2,2=2,045 A ≈2 A.

Силата на магнитното поле вътре в намотката е H=(I∙ω)/l=(2∙250)/0,1=5000 A/m.

6. Определете силата на магнитното поле на разстояние 1, 2, 5 cm от прав проводник, през който протича ток I = 100 A.

Нека използваме формулата H∙l=I∙ω.

За прав проводник ω=1 и l=2∙π∙r,

откъдето H= I/(2∙π∙r).

H1=100/(2∙3.14∙0.01)=1590 A/m; H2=795 A/m; H3=318 A/m.