Ono što se naziva jakost magnetskog polja. Mjerenje jakosti magnetskog polja

Za opisivanje magnetskog polja koriste se dvije njegove glavne karakteristike - indukcija B → i intenzitet H →. Ove su količine povezane. Razmotrite kolika je jakost magnetskog polja, čemu je jednaka, koje je fizičko značenje te veličine.

Jakost magnetskog polja

Jakost magnetskog polja je vektorska fizikalna veličina, u općem slučaju jednaka razlici između vektora indukcije magnetskog polja B → i magnetizacije P m → .

Napetost se označava slovom H → . SI jedinica jakosti magnetskog polja je amper po metru (Amper metar).

Formula jakosti magnetskog polja:

N → = 1 μ 0 B → - P m → .

Ovdje je koeficijent μ 0 magnetska konstanta. μ 0 \u003d 1, 25663706 N A 2.

Fizičko značenje jakosti magnetskog polja

Indukcija magnetskog polja - karakteristika snage. Indukcija određuje silu kojom magnetsko polje djeluje na naboj koji se u polju kreće određenom brzinom.

Jačina polja karakterizira gustoću linija polja (linija magnetske indukcije).

Fizičko značenje jakosti magnetskog polja

U vakuumu ili u odsutnosti medija sposobnog za magnetizaciju (na primjer, u zraku), jakost magnetskog polja podudara se s magnetskom indukcijom unutar koeficijenta μ 0 .

U medijima sposobnim za magnetiziranje (magneti), napetost ima značenje svojevrsnog "vanjskog polja". Poklapa se s vektorom magnetske indukcije, kakav bi bio da nema magneta.

Postoji teorem o kruženju magnetskog polja. Ovo je jedan od temeljnih teorema elektrodinamike koje je formulirao Henri Ampere. Ponekad se naziva i Ampèreov teorem ili zakon. Teorem o kruženju magnetskog polja je svojevrsni analog Gaussovog teorema o kruženju vektora jakosti električnog polja.

Teorem o cirkulaciji magnetskog polja

Kruženje vektora jakosti magnetskog polja duž zatvorenog strujnog kruga jednako je algebarskom zbroju struja vodljivosti obuhvaćenih strujnim krugom duž kojeg se razmatra strujanje.

∮ H → d r → = ∑ I m

Primjer

Odrediti cirkulaciju vektora intenziteta za zatvorenu petlju L .

I 1 \u003d 5 A, I 2 = 2 A, I 3 \u003d 10 A, I 4 \u003d 1 A.

Prema teoremu o cirkulaciji:

∮ H → d r → = ∑ I m

Razmatrani krug pokriva struje I 1, I 2, I 3.

Zamjenjujemo vrijednosti uzimajući u obzir smjerove struja navedenih na slici i izračunavamo cirkulaciju:

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

Magnetsko polje je vrtložno polje koje nije potencijalno. Cirkulacija vektora napetosti u općem slučaju različita je od nule.

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter

Opće informacije

Jakost magnetskog polja i magnetska indukcija. Čini se, zašto su fizičari komplicirali ionako složene fizikalne koncepte kada su opisivali fenomene magnetizma? Dva vektora, jednako usmjerena, koji se razlikuju samo u koeficijentu proporcionalnosti - pa, što je smisao sa stajališta jednostavne osobe koja nije previše opterećena znanjem iz područja moderne fizike?

Ipak, upravo u toj razlici skrivene su nijanse koje su znanstvenicima omogućile da otkriju i nevjerojatna svojstva različitih tvari, i zakone njihove interakcije s magnetskim poljem, pa čak i da promijene naše ideje o svijetu oko nas.

U stvarnosti, ta razlika krije drugačiji metodološki pristup. Pojednostavljeno rečeno, u slučaju korištenja pojma jakosti magnetskog polja zanemarujemo utjecaj magnetskog polja na tvar u konkretnom slučaju; u slučaju primjene koncepta magnetske indukcije uzimamo u obzir ovaj faktor.

S tehničkog gledišta, jakost magnetskog polja proizvoljno složene konfiguracije prilično je jednostavno izračunati, a rezultirajuća magnetska indukcija može se izmjeriti.

Iza ove naizgled jednostavnosti krije se titanski rad čitave galaksije znanstvenika, odvojenih u vremenu i prostoru. Njihove ideje i koncepti određivali su i određuju razvoj znanosti i tehnologije u prošlosti, sadašnjosti i budućnosti.

I bez obzira koliko brzo ćemo ovladati fuzionom energijom uz pomoć nove generacije fuzijskih reaktora temeljenih na zadržavanju "vruće" plazme magnetskim poljem. Kada u svemir pošaljemo nove generacije istraživačkih robota na raketama temeljenih na primjeni principa koji nisu izgaranje kemijskog goriva. Ili, konkretno, riješit ćemo problem korekcije orbita mikrosatelita pomoću Hallovih potisnika. Ili koliko u potpunosti možemo iskoristiti energiju Sunca, koliko se brzo i jeftino možemo kretati po našem planetu – imena pionira znanosti zauvijek će ostati u našem sjećanju.

Već će se moderna generacija znanstvenika i inženjera dvadeset i prvog stoljeća, naoružana akumuliranim znanjem svojih prethodnika, podvrgnuti zadatku magnetske levitacije, dok se testira u laboratorijima i pilot projektima; te problem izvlačenja energije iz okoliša uz pomoć tehničke implementacije “Maxwellovog demona” korištenjem do sada neviđenih materijala i interakcija novog tipa. Prvi prototipovi takvih uređaja već su se pojavili na Kickstarteru.

Istovremeno će biti riješen glavni problem čovječanstva - pretvaranje u toplinu rezervi ugljena i ugljikovodika nakupljenih stotinama milijuna godina, koji produktima izgaranja nemilosrdno mijenjaju klimu našeg planeta. A nadolazeća termonuklearna revolucija, koja nakon nepromišljenog razvoja jamči toplinsku smrt bilo kojeg organskog života na Zemlji, neće postati smrtna presuda za civilizaciju. Uostalom, energija bilo koje vrste koju potrošimo na kraju se pretvara u toplinu i zagrijava naš planet.

Slučaj za malo - vrijeme; Čekaj i vidi!

Referenca povijesti

Unatoč činjenici da su sami magneti i fenomen magnetizacije odavno poznati, znanstveno proučavanje magnetizma započelo je radom francuskog srednjovjekovnog znanstvenika Pierrea Pelerina de Maricourta davne 1269. godine. De Maricourt je svoja djela potpisivao imenom Petrus Peregrinus (lat. Petrus Peregrinus).

Istražujući ponašanje željezne igle u blizini sferičnog magneta, znanstvenik je otkrio da se igla na poseban način ponaša u blizini dviju točaka, koje je nazvao polovima. Primamljivo je dati analogiju s magnetskim polovima Zemlje, ali u to se vrijeme za takav način razmišljanja lako moglo ići na lomaču! Osim toga, istraživač je otkrio da svaki magnet uvijek ima (u modernim terminima) sjeverni i južni pol. I bez obzira kako rezali magnet u uzdužnom ili poprečnom presjeku, svejedno će svaki od dobivenih magneta uvijek imati dva pola, bez obzira koliko tanak bio.

"Buntničku" ideju da je sama Zemlja magnet objavio je engleski liječnik i prirodoslovac William Gilbert u De Magneteu, objavljenom gotovo tri stoljeća kasnije, 1600. godine.

Godine 1750. engleski znanstvenik John Mitchell otkrio je da se magneti privlače i odbijaju (interagiraju) u skladu sa zakonom obrnutog kvadrata. Godine 1785. francuski znanstvenik Charles Augustin de Coulomb eksperimentalno je provjerio Mitchellove pretpostavke i otkrio da se sjeverni i južni magnetski pol ne mogu odvojiti. Ipak, po analogiji sa zakonom interakcije električnih naboja koji je ranije otkrio, Coulomb je ipak pretpostavio postojanje magnetskih naboja - hipotetski magnetski monopoli.

Na temelju njemu tada poznatih činjenica o magnetizmu i metodološkom pristupu koji je u tadašnjoj znanosti prevladavao u izgradnji teorija interakcije kao o određenim tekućinama, Coulombov sunarodnjak Simeon Denis Poisson stvorio je 1824. prvi uspješan model magnetizma. U njegovom teoretskom modelu magnetsko polje je opisano dipolima magnetskih naboja.

Ali gotovo odmah, tri otkrića zaredom dovela su u sumnju Poissonov model. Razmotrimo ih u nastavku.

Danski fizičar Hans Christian Oersted 1819. godine uočio je otklon magnetskog kompasa pri paljenju i gašenju električne struje koja teče kroz vodič u obliku žice, otkrivši tako vezu između elektriciteta i magnetizma.

Godine 1820. francuski znanstvenik André-Marie Ampère otkrio je da se vodiči kojima struje teku u jednom smjeru privlače, a odbijaju u suprotnom smjeru. Iste 1820. francuski fizičari Jean-Baptiste Biot i Felix Savard otkrili su zakon koji je kasnije po njima nazvan. Ovaj je zakon omogućio izračunavanje jakosti magnetskog polja oko bilo kojeg vodiča s strujom, bez obzira na njegovu geometrijsku konfiguraciju.

Sažimajući dobivene teorijske i eksperimentalne podatke, Ampère je izrazio ideju o ekvivalentnosti električnih struja i manifestacija magnetizma. Razvio je svoj model magnetizma, u kojem je magnetske dipole zamijenio cirkulirajućim električnim strujama u sićušnim zatvorenim petljama. Ampereov model manifestacije magnetizma imao je prednost nad Poissonovim modelom, jer je objašnjavao nemogućnost razdvajanja polova magneta.

Ampere je također predložio izraz "elektrodinamika" za opisivanje takvih pojava, što je proširilo primjenu znanosti o elektricitetu na dinamičke električne objekte, nadopunjujući tako elektrostatiku. Možda je najveći utjecaj na razumijevanje suštine manifestacija magnetizma imao koncept predstavljanja interakcije magneta kroz polje sile, opisano linijama sile, koji je predložio engleski znanstvenik Michael Faraday. Fenomen elektromagnetske indukcije koji je 1831. godine otkrio Faraday kasnije je objasnio njemački matematičar Franz Ernst Neumann. Potonji je dokazao da je pojava električne struje u zatvorenom krugu s promjenom magnetskog toka koji prolazi kroz njega jednostavno posljedica Ampèreova zakona. Neumann je u znanost uveo koncept vektorskog magnetskog potencijala, koji je u mnogočemu ekvivalentan jakosti linija sile Faradayeva magnetskog polja.

Izvanredni engleski fizičar William Thompson (Lord Kelvin) stavio je konačnu točku na spor između dva modela magnetizma 1850. godine. Uvođenje pojma srednje magnetizacije M, u kojem postoji magnetsko polje, on ne samo da je utvrdio odnos između jakosti magnetskog polja H i vektor magnetske indukcije B, ali i odredila područja primjenjivosti ovih koncepata.

Intenzitet magnetskog polja. Definicija

Jakost magnetskog polja je vektorska fizikalna veličina jednaka razlici vektora magnetske indukcije B i vektor magnetiziranja M. U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) vrijednost jakosti magnetskog polja određena je formulom:

H= (1/μ 0) B - M

gdje je μ0 magnetska konstanta, koja se ponekad naziva vakuumska magnetska permeabilnost

U CGS sustavu jedinica jakost magnetskog polja određena je drugačijom formulom:

H = B- 4 π M

U Međunarodnom sustavu jedinica SI, jakost magnetskog polja mjeri se u amperima po metru (A / m), u CGS sustavu - u oerstedima (Oe).

U elektrotehnici postoji i izvansustavna jedinica za mjerenje napona - amper-turn po metru. Ostale veličine mjerenja jakosti magnetskog polja koje se koriste u raznim primjenama, te njihovo preračunavanje iz jedne veličine u drugu, možete pronaći u pretvaraču fizikalnih veličina.

Mjerni instrumenti za mjerenje veličine magnetskog polja, kao i instrumenti za mjerenje magnetske indukcije, nazivaju se teslametri ili magnetometri.

Intenzitet magnetskog polja. Fizika pojava

Istraživanje tokamaka ( zatim roidalni ka mjeriti sa ma zavojnice) koji je radio u istraživačkom institutu javne energetske tvrtke Hydro-Québec u predgrađu Montreala od 1987. do 1997., kada je projekt zatvoren iz proračunskih razloga. Instalacija je izložena u Kanadskom muzeju znanosti i tehnologije

U vakuumu (u klasičnom smislu pojma) ili u nedostatku medija sposobnog za magnetsku polarizaciju, ili u slučajevima kada se magnetska polarizacija medija može zanemariti, jakost magnetskog polja H poklapa se (do koeficijenta) s vektorom magnetske indukcije NA. Za CGS sustav, ovaj koeficijent je jednak 1, za SI sustav jedinica - μ0.

Jakost magnetskog polja posljedica je slobodnih (vanjskih) struja koje je lako izmjeriti ili izračunati. To jest, intenzitet ima smisla za vanjsko magnetsko polje koje stvara zavojnica kojom teče struja u koju je umetnut materijal koji se može magnetizirati. Ako nas ne zanima ponašanje materijala pod djelovanjem magnetskog polja, onda je dovoljno operirati samo s jakošću magnetskog polja. Na primjer, intenzitet će biti dovoljan za tehnički izračun interakcije magnetskih polja dvaju ili više zavojnica sa strujom. Rezultirajuća snaga bit će vektorski zbroj polja koje stvaraju pojedinačni svici s strujom.

Budući da većina elektromagnetskih uređaja radi u zraku, važno je znati njegovu magnetsku propusnost. Apsolutna magnetska propusnost zraka približno je jednaka magnetskoj propusnosti vakuuma i u tehničkim proračunima uzima se jednaka 4π 10⁻⁷ H/m.

Druga je stvar kada nas zanima ponašanje medija sposobnog za magnetizaciju, na primjer, kada se koriste fenomeni nuklearne magnetske rezonancije. U NMR-u, jezgre atoma, koje se inače nazivaju nukleoni i imaju polucijeli spin (magnetski moment), apsorbiraju ili emitiraju elektromagnetsku energiju na određenim frekvencijama kada su izložene magnetskom polju. U tim slučajevima mora se uzeti u obzir magnetska indukcija.

Primjena jakosti magnetskog polja u tehnici

U većini slučajeva praktične primjene magnetskog polja, na primjer, za njegovo stvaranje ili mjerenje njegove veličine, jakost magnetskog polja igra ključnu ulogu. Brojni su primjeri uporabe magnetskog polja, prvenstveno u mjernoj tehnici iu raznim eksperimentalnim postavama.

Magnetsko polje određene jakosti i konfiguracije zadržava plazma filamente ili tokove nabijenih čestica u istraživačkim termonuklearnim reaktorima i akceleratorima elementarnih čestica, čime se sprječava hlađenje plazme pri dodiru s okolnim stijenkama. Također skreće tokove iona ili elektrona u spektrometrima i kineskopima.

Mjerenje jakosti Zemljinog magnetskog polja na raznim točkama vrlo je važno za procjenu stanja njezine magnetosfere. Postoji čak cijela mreža zemaljskih postaja i konstelacija znanstvenih satelita za praćenje jakosti Zemljinog magnetskog polja. Njihov rad omogućuje predviđanje magnetskih oluja koje se događaju na Suncu, minimizirajući, koliko je to moguće, njihove posljedice.

Mjerenje jakosti polja omogućuje izvođenje raznih istraživanja, sortiranje materijala i krhotina, kao i osiguravanje naše sigurnosti otkrivanjem terorističkog oružja ili postavljenih mina.

Magnetometri

Čitava klasa mjernih instrumenata naziva se magnetometri, dizajnirani za mjerenje magnetizacije materijala ili za određivanje jakosti i smjera magnetskog polja.

Prvi magnetometar izumio je veliki njemački matematičar i fizičar Carl Friedrich Gauss 1833. godine. Taj je uređaj bio optički uređaj s rotirajućom magnetiziranom šipkom obješenom na zlatnu nit i zrcalom zalijepljenim na nju okomito na os magneta. Izmjerena je razlika između vibracija magnetizirane i demagnetizirane šipke.

Danas se koriste osjetljiviji magnetometri koji se temelje na drugim principima, posebice na Hallovim senzorima, Josephsonovim tunelskim spojevima (SQUID magnetometri), indukciji i NMR rezonanciji. Naširoko se koriste u raznim primjenama: mjerenje Zemljinog magnetskog polja, u geofizičkim studijama magnetskih anomalija iu potrazi za mineralima; u vojnim poslovima za otkrivanje objekata kao što su podmornice, potopljeni brodovi ili kamuflirani tenkovi koji svojim poljem iskrivljuju Zemljino magnetsko polje; za traženje neeksplodiranih ili podmetnutih ubojnih sredstava u polju borbenih djelovanja. Zbog minijaturizacije i smanjenja potrošnje struje pametni telefoni i tableti opremljeni su modernim magnetometrima. Sada su magnetometri uključeni kao sastavni dio opreme izviđačkih bespilotnih letjelica i špijunskih satelita.

Zanimljiv detalj: u vezi s povećanjem osjetljivosti magnetometara, jedan od čimbenika prelaska konstrukcije podmornica na trupove od titana umjesto na čelične trupove bilo je upravo radikalno smanjenje njihove vidljivosti u magnetskom polju. Prethodno su podmornice s čeličnim trupom, kao i površinski brodovi, s vremena na vrijeme morale proći postupak demagnetizacije.

Magnetometri se koriste u bušenju bunara i prolaza, u arheologiji za ocrtavanje iskopa i traženje artefakata, u biologiji i medicini.

detektori metala

Pokušaji korištenja jakosti magnetskog polja u vojnim poslovima činjeni su od Prvog svjetskog rata, koji je ostavio milijune neeksplodiranih ubojnih sredstava i mina na ratištima. Najuspješniji je bio razvoj ranih 40-ih godina prošlog stoljeća, poručnika poljske vojske Jozefa Stanislava Kosatskog, kojeg je usvojila britanska vojska i koji je bio od velike koristi u čišćenju minskih polja tijekom potjere za Nijemcima u povlačenju od strane trupa General Montgomery tijekom druge bitke kod El Alameina. Unatoč činjenici da je Kosatskyjeva oprema napravljena na vakuumskim cijevima, težila je samo 14 kilograma s baterijama i bila je toliko učinkovita da je njezine modifikacije britanska vojska koristila 50 godina.

Sada nas više ne čudi, u vezi sa širenjem terorizma, da prolazimo kroz indukcijske okvire detektora metala prije ulaska u zrakoplov ili na nogometne utakmice, da čuvari pregledaju predmete naše prtljage ili da ih osobno ručno pretražujemo. držao detektore metala za otkrivanje oružja.

Detektori metala u kućanstvu također su postali rašireni, a na plažama mondenih ljetovališta postala je poznata slika tragača za izgubljenim blagom koji češljaju lokalne plaže u nadi da će pronaći nešto vrijedno.

Hall efekt i uređaji temeljeni na njemu

Vjerojatno smo se svi u djetinjstvu susreli s prekrasnim svojstvima običnih magneta. Mali komadić metala privukao je neke komade željeza na sebe, a odbio druge.

Nevjerojatna svojstva magneta nisu ograničena na ovo. Na primjer, magnet obješen na nit uvijek se nalazi u prostoru na određeni način - ovo je svojstvo bilo temelj za izum kompasa. Krajnje točke magneta su najjače. Zovu se "polovi". Specifična svojstva magneta posljedica su njegovih magnetskih polja, koja nisu materija, ali se ponašaju na vrlo opipljiv način. Jedna od najvažnijih karakteristika je jakost magnetskog polja.

Karakteristike magnetskog polja

Svako magnetsko polje ima energiju koja se manifestira u interakciji s drugim tijelima. Pod utjecajem magnetskih sila čestice koje se kreću mijenjaju smjer svog strujanja. Magnetsko polje se javlja samo oko onih električnih naboja koji se gibaju. Svaka promjena električnog polja povlači za sobom pojavu magnetskih polja.

Vrijedi i obrnuta tvrdnja: promjena magnetskog polja je preduvjet za nastanak električnog. Takva bliska interakcija dovela je do stvaranja teorije elektromagnetskih sila, uz pomoć koje se i danas uspješno objašnjavaju razni fizikalni fenomeni.

Slika magnetskih polja

Magnetsko polje može se prikazati na komadu papira pomoću linija sile. Crtaju se tako da se stvarni smjer polja sila u svakoj točki poklapa s nacrtanim. Smjer polja sile može se odrediti pomoću igle kompasa, čiji je sjeverni pol uvijek tangencijalan na liniju sile. Sjeverni pol se obično označava kao mjesto odakle dolaze linije magnetskog polja, a Južni pol je mjesto gdje one ulaze. Treba imati na umu da je takva podjela vrlo uvjetna i uzima se u obzir samo zbog svoje jasnoće.

Što je magnetski intenzitet

Željezne strugotine poredane duž magnetskih polja dokazuju da magnetsko polje ima dva važna pokazatelja - veličinu i smjer. U bilo kojoj točki svemira, magnetsko polje se širi brzinom jednakom brzini svjetlosti u vakuumu - 300.000 kilometara u sekundi.

Kako bi definirali karakteristike magnetskog polja, znanstvenici su uveli vrijednost "snage". Ovo je vektorska veličina koja pokazuje smjer magnetskog polja i broj njegovih linija sile. Po svojim karakteristikama intenzitet magnetskog polja sličan je pojmu "sile" u mehanici. Ovaj pokazatelj ne ovisi o parametrima medija u kojem se provode pokusi, već samo o jakosti magnetskog toka i udaljenosti do izvora koji proizvodi polje. U raznim slučajevima, takav izvor može biti jedan magnet, magnetska zavojnica, električna žica. U svakom od ovih slučajeva nastaje magnetsko polje s određenim karakteristikama.

Jakost elektromagnetskog polja u pokusima

Razmotrite jednu žicu kojom teče električna struja. Kada se ova žica kreće oko njega, stvara se magnetsko polje. Njegove karakteristike mogu se izraziti u smislu intenziteta, koji je određen mjerom utjecaja magnetskog polja na tijelo koje se proučava.

Možete ispitati magnetsko polje unutar zavojnice. U ovom slučaju, napetost će izravno ovisiti o broju zavoja zavojnice i udaljenosti između njega i tijela koje se proučava.

Kombinirajući ova dva zaključka, možemo sažeti: jakost magnetskog polja u bilo kojoj točki prostora obrnuto je proporcionalna duljini magnetske linije i izravno proporcionalna umnošku broja zavoja zavojnice i jakosti struje.

Magnetska indukcija

Definicija jakosti magnetskog polja bila bi nepotpuna bez koncepta "magnetske indukcije". Ova vrijednost objašnjava koliki rad može izvršiti određeno magnetsko polje. Što je jače magnetsko polje, to više rada može proizvesti, to je veća vrijednost njegove magnetske indukcije.

U fizici se magnetska indukcija označava slovom Ḇ. Može se vizualizirati kao gustoća linija magnetskog polja po jedinici površine površine, koja se nalazi okomito na izmjereno magnetsko polje. Trenutno se magnetska indukcija mjeri u teslama.

magnetski tok

Još jedna veličina koja kapaciozno karakterizira magnetsko polje. Magnetski tok određuje koliko linija sile prožima određenu jedinicu površine. U jednoličnom magnetskom polju vrijednost magnetskog toka izračunat ćemo po formuli:

F= Ḇ/S, gdje je:

F - magnetski tok;

Ḇ - vrijednost magnetske indukcije;

S je područje kroz koje prolaze silnice magnetskog polja.

U SI sustavu jedinica, magnetski tok se mjeri u Weberima.

Formula napetosti

Fizičko značenje ove količine može se izraziti formulom: H \u003d I × ω / L, gdje:

L je udaljenost između tijela i izvora magnetskog polja;

ω je broj zavoja zavojnice;

I je jakost struje u električnom krugu.

Iz ove jednadžbe možemo zaključiti da se napetost mjeri u [A / m], budući da su zavoji u svitku kvantitativna vrijednost.

sila magnetiziranja

Umnožak H × I u ovoj formuli nije ništa drugo nego analogija za napon električnog polja. Ako se ovaj parametar primijeni na cijelu duljinu linije magnetske indukcije, tada će se rezultirajući umnožak nazvati sila magnetiziranja (n.s.). Ova se fizikalna veličina mjeri u amperima, ali stručnjaci preferiraju izraz "amper-okret", naglašavajući izravnu ovisnost sile o broju zavoja zavojnice.

gimlet pravilo

Kako bi odredili smjer magnetskog polja zavojnice ili žice, stručnjaci koriste pravilo gimleta. Ako je "uvijajuće" kretanje zamišljene gimlet paralelno sa smjerom struje u krugu, tada "ručka" gimlet pokazuje kako će biti smještene linije magnetskog polja.

Primjeri za određivanje jakosti magnetskog polja

Primjer 1 Postoji zavojnica s brojem zavoja 100 i duljinom od 10 cm.Potrebno je osigurati zadanu vrijednost jakosti magnetskog polja od 5000A/m. Kolika struja treba teći kroz zavojnicu?

Rješenje: Prema definiciji, sila magnetiziranja zavojnice je H = I×ω/ L. A umnožak H×I daje silu magnetiziranja. Odavde možete izvesti vrijednost jakosti struje, koja je jednaka: 5000A / m * 0,1 m \u003d jakost struje * broj zavoja. Rješavajući jednostavnu proporciju, dobivamo da bi strujna snaga u ovom problemu trebala biti jednaka 5A.

Primjer 2 Zavojnica ima 2000 zavoja i kroz nju teče struja od 5 ampera. Kolika je sila magnetiziranja zavojnice?

Rješenje: Jednostavna formula daje odgovor: n.s.= I×ω. Dakle, n.s = 2000 × 5 = 10000 amper zavoja.

Primjer 3

Kako odrediti jakost magnetskog polja ravne električne žice na udaljenosti od 5 cm? Struja koja teče kroz žicu je 30 A.

U ovom primjeru trebat će nam i formula

Kod ravne žice broj zavoja zavojnice bit će 1, a duljina l = 2∙π∙r.

Iz ovoga se može zaključiti da

H \u003d 30 / (2 * 3,14 * 0,02) \u003d 238,85 A / m.

Ovi i slični problemi mogu se jednostavno riješiti uz pomoć osnovnoškolskog tečaja fizike. Rješenje takvih jednostavnih primjera pomoći će razumjeti kvalitativnu bit elektromagnetskih procesa u prirodi oko nas.

Jedna od najvažnijih fizičkih karakteristika prirodnih i umjetnih ljudskih staništa je magnetsko polje. To je jedan od oblika postojanja elektromagnetskog polja. Glavna karakteristika ovog oblika je da magnetsko polje utječe samo na one čestice i tijela koja su, s jedne strane, u neprekidnom kretanju, a s druge strane sadrže određeni električni naboj.

Čak i iz tečaja fizike poznato je da je za stvaranje magnetskog polja potreban vodič s strujom i izmjeničnim električnim poljima. Najvažnije karakteristike ovog polja su vektor magnetske indukcije i magnetski intenzitet.

Jakost magnetskog polja je jedna od vektorskih veličina koja se proučava u fizici, a koja je zbroj razlike između vektora elektromagnetske indukcije i vektora magnetizacije. Budući da je magnetski intenzitet, onda se njegova mjerna jedinica u općeprihvaćenom i najčešćem obliku smatra amperom po metru. Da bi se dobila jakost elektromagnetskog polja od 1 a/m, potrebno je da u ravnoj produženoj žici najmanjeg promjera presjeka teče električna struja od 2π ampera. U tom slučaju, u svim točkama koje se time formiraju na udaljenosti od 1 metra, jakost elektromagnetskog polja i bit će jednaka 1 a/m.

Može se procijeniti jakost magnetskog polja, odnosno, drugim riječima, broj linija sile tog polja. Konkretno, da biste odredili smjer ovih linija, možete koristiti dobro poznato pravilo. Ovo pravilo je jedan od kamena temeljaca cjelokupne elektrotehnike. Kaže da ako je opći smjer kretanja gimleta potpuno identičan smjeru električne struje u određenom vodiču, onda je i smjer vrtnje gimleta identičan smjeru magnetskih linija.

Usredotočujući se na ovo pravilo, lako je dokazati da su magnetske linije koje nastaju u zavojima zavojnice usmjerene u istom smjeru. Iz ovoga možemo zaključiti da će jakost magnetskog polja unutar zavojnice biti puno jača od jakosti koju stvara jedan zavoj. To je, između ostalog, zbog činjenice da su linije sile susjednih zavoja usmjerene paralelno jedna s drugom, ali u različitim smjerovima, stoga će se jakost magnetskog polja između njih stalno smanjivati.

Sasvim je prirodno da je magnetsko polje bilo koje zavojnice izravno proporcionalno vrijednosti koja prolazi kroz njezine zavoje. Osim toga, snaga magnetskog polja izravno ovisi o tome koliko su ti zavoji blizu jedan u odnosu na drugi. Eksperimentalno je dokazano da će u dva svitka u kojima teče električna struja iste jakosti, a broj zavoja je apsolutno jednak, magnetsko polje biti jače u onom gdje svitak ima manju osnu duljinu, tj. , njegovi zavoji nalaze se mnogo bliže jedan drugome.

Vrlo je značajna brojčana vrijednost amperzavoja, koja se može izračunati množenjem broja zavoja u zavojnici s jakošću struje koja u njima teče. Magnetomotorna sila također će ovisiti o veličini amper-zavoja. Na temelju ovog koncepta može se lako dokazati da je magnetsko polje ispitivane zavojnice izravno proporcionalno broju amper-zavoja po jedinici aksijalne duljine. Drugim riječima, jakost elektromagnetskog polja je to veća što je veća magnituda magnetomotorne sile koja se stvara u zavojnici koja se proučava.

Osim umjetno stvorenih magnetskih polja, postoji i prirodno, koje se stvara uglavnom u vanjskoj ljusci jezgre. Glavne karakteristike ovog polja, uključujući i intenzitet, mijenjaju se u vremenu i prostoru, ali sve osnovne zakonitosti koje su svojstvene umjetno stvorenim poljima djeluju iu geomagnetskom polju.

Magnetsko polje trajnog magneta uzrokovano je kretanjem elektrona u njihovim orbitama u atomu.

Magnetsko polje karakterizira intenzitet. Intenzitet H magnetskog polja sličan je mehaničkoj sili. Ona je vektorska veličina, odnosno ima veličinu i smjer.

Magnetsko polje, odnosno prostor oko magneta, može se prikazati kao ispunjen magnetskim linijama za koje se obično smatra da izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni (slika 1). Tangente na magnetsku liniju pokazuju smjer jakosti magnetskog polja.

Jačina magnetskog polja veća je tamo gdje su magnetske linije deblje (na polovima magneta ili unutar zavojnice s strujom).

Magnetsko polje u blizini vodiča (ili unutar zavojnice) je to veće što je struja I i broj zavoja ω zavojnice veći.

Jakost magnetskog polja H u bilo kojoj točki prostora to je veća što je umnožak I∙ω veći i što je duljina magnetske linije kraća:

H=(I∙ω)/l.

Iz jednadžbe proizlazi da je mjerna jedinica za jakost magnetskog polja amper po metru (A/m).

Za svaki magnetski vod u zadanom homogenom polju jednaki su umnošci H1∙l1=H2∙l2=...=H∙l=I∙ω (slika 1).

Riža. jedan.

Umnožak H∙l u magnetskim krugovima sličan je naponu u električnim krugovima i naziva se magnetski napon, a uzet duž cijele duljine linije magnetske indukcije naziva se sila magnetiziranja (n.s.) Fm: Fm=H∙l=I ∙ω.

Sila magnetiziranja Fm mjeri se u amperima, ali se u tehničkoj praksi umjesto naziva amper koristi naziv amper-turn, čime se naglašava da je Fm proporcionalna jakosti struje i broju zavoja.

Za cilindričnu zavojnicu bez jezgre, čija je duljina puno veća od promjera (l≫d), magnetsko polje unutar zavojnice može se smatrati homogenim, tj. ima istu jakost magnetskog polja H u cijelom unutarnjem prostoru zavojnice. zavojnica (slika 1). Budući da je magnetsko polje izvan takve zavojnice puno slabije nego unutar nje, vanjsko magnetsko polje možemo zanemariti i u proračunu pretpostaviti da je n. S. zavojnica jednaka je umnošku jakosti polja unutar zavojnice i duljine zavojnice.

Polaritet magnetskog polja žice i zavojnice kojom teče struja određuje se pravilom gimleta. Ako se translacijsko kretanje gimleta podudara sa smjerom struje, tada će smjer rotacije ručke gimlet pokazati smjer magnetskih linija.

Primjeri

1. Zavojnicom koja ima 2000 zavoja teče struja jakosti 3 A. Koliko je n. S. zavojnice?

Fm=I∙ω=3∙2000=6000 A. Sila magnetiziranja zavojnice je 6000 amper-zavoja.

2. Svitak koji ima 2500 zavoja mora imati n. S. 10000 A. Kolika struja treba kroz njega teći?

I=Fm/ω=(I∙ω)/ω=10000/2500=4 A.

3. Kroz zavojnicu teče struja I \u003d 2 A. Koliko zavoja treba biti u zavojnici da se osigura n. S. 8000 Ha?

ω= Fm/I=(I∙ω)/I=8000/2=4000 okretaja.

4. Unutar zavojnice duljine 10 cm, koja ima 100 zavoja, potrebno je osigurati jakost magnetskog polja H=4000 A/m. Kolika struja treba teći kroz zavojnicu?

Sila magnetiziranja zavojnice Fm=H∙l=I∙ω. Stoga 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I=400/100=4 A.

5. Promjer zavojnice (solenoida) je D=20 mm, a duljina l=10 cm Zavojnica je namotana od bakrene žice promjera d=0,4 mm. Kolika je jakost magnetskog polja unutar zavojnice ako je uključena na napon 4,5 V?

Broj zavoja bez uzimanja u obzir debljine izolacije ω=l∶d=100∶0.4=250 zavoja.

Duljina zavoja π∙d=3,14∙0,02 m = 0,0628 m.

Duljina žice zavojnice l1=250∙0,0628 m =15,7 m.

Aktivni otpor svitka r=ρ∙l1/S=0,0175∙(4∙15,7)/(3,14∙0,16)=2,2 Ohma.

Struja I \u003d U / r \u003d 4,5 / 2,2 \u003d 2,045 A ≈2 A.

Jačina magnetskog polja unutar zavojnice H=(I∙ω)/l=(2∙250)/0,1=5000 A/m.

6. Odredite jakost magnetskog polja na udaljenosti 1, 2, 5 cm od ravne žice kojom teče struja I = 100 A.

Upotrijebimo formulu H∙l=I∙ω.

Za ravnu žicu ω=1 i l=2∙π∙r,

odakle je H= I/(2∙π∙r).

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