Čo sa nazýva sila magnetického poľa. Meranie intenzity magnetického poľa

Na popis magnetického poľa sa používajú dve jeho hlavné charakteristiky - indukcia B → a sila H →. Tieto množstvá spolu súvisia. Zvážte, aká je sila magnetického poľa, čomu sa rovná, aký je fyzikálny význam tejto veličiny.

Intenzita magnetického poľa

Sila magnetického poľa je vektorová fyzikálna veličina, vo všeobecnom prípade rovná rozdielu medzi vektormi indukcie magnetického poľa B → a magnetizáciou P m → .

Napätie sa označuje písmenom H → . Jednotka SI intenzity magnetického poľa je ampér na meter (ampérmeter).

Vzorec intenzity magnetického poľa:

Н → = 1 μ 0 B → - P m → .

Tu je koeficient μ 0 magnetická konštanta. μ 0 \u003d 1, 25663706 N A 2.

Fyzikálny význam intenzity magnetického poľa

Indukcia magnetického poľa - výkonová charakteristika. Indukcia určuje silu, ktorou magnetické pole pôsobí na náboj pohybujúci sa v poli určitou rýchlosťou.

Intenzita poľa charakterizuje hustotu siločiar (čiary magnetickej indukcie).

Fyzikálny význam intenzity magnetického poľa

Vo vákuu alebo v neprítomnosti média schopného magnetizácie (napríklad vo vzduchu) sa intenzita magnetického poľa zhoduje s magnetickou indukciou v rámci koeficientu μ 0 .

V médiách schopných magnetizácie (magnety) má napätie význam akéhosi „vonkajšieho poľa“. Zhoduje sa s vektorom magnetickej indukcie, ktorý by bol, keby neexistoval magnet.

Existuje teorém o cirkulácii magnetického poľa. Toto je jedna zo základných teorém elektrodynamiky, ktorú sformuloval Henri Ampere. Niekedy sa nazýva aj Amperova veta alebo zákon. Veta o cirkulácii magnetického poľa je akýmsi analógom Gaussovej vety o cirkulácii vektora intenzity elektrického poľa.

Veta o cirkulácii magnetického poľa

Cirkulácia vektora intenzity magnetického poľa pozdĺž uzavretého obvodu sa rovná algebraickému súčtu vodivých prúdov pokrytých obvodom, pozdĺž ktorého sa uvažuje o cirkulácii.

∮ H → d r → = ∑ I m

Príklad

Určte cirkuláciu vektora intenzity pre uzavretú slučku L .

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

Podľa cirkulačnej vety:

∮ H → d r → = ∑ I m

Uvažovaný obvod pokrýva prúdy I 1, I 2, I 3.

Hodnoty nahradíme s prihliadnutím na smery prúdov uvedené na obrázku a vypočítame obeh:

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

Magnetické pole je vírové pole, ktoré nie je potenciálne. Cirkulácia vektora napätia sa vo všeobecnosti líši od nuly.

Ak si všimnete chybu v texte, zvýraznite ju a stlačte Ctrl+Enter

Všeobecné informácie

Sila magnetického poľa a magnetická indukcia. Zdalo by sa, prečo fyzici skomplikovali už aj tak zložité fyzikálne pojmy pri opise javov magnetizmu? Dva rovnako nasmerované vektory, líšiace sa len koeficientom úmernosti – no a čo je na tom z pohľadu jednoduchého človeka, ktorý nie je príliš zaťažený poznatkami z oblasti modernej fyziky?

Avšak práve v tomto rozdiele sú skryté nuansy, ktoré vedcom umožnili objaviť úžasné vlastnosti rôznych látok a zákony ich interakcie s magnetickým poľom a dokonca zmeniť naše predstavy o svete okolo nás.

V skutočnosti tento rozdiel skrýva odlišný metodický prístup. Zjednodušene povedané, v prípade použitia pojmu intenzita magnetického poľa zanedbávame vplyv magnetického poľa na látku v konkrétnom prípade; v prípade aplikovania konceptu magnetickej indukcie tento faktor zohľadňujeme.

Z technického hľadiska je sila magnetického poľa ľubovoľne zložitej konfigurácie celkom jednoducho vypočítateľná a výsledná magnetická indukcia sa dá zmerať.

Za touto zdanlivou jednoduchosťou sa skrýva titánska práca celej galaxie vedcov, oddelených v čase a priestore. Ich myšlienky a koncepcie určovali a určujú vývoj vedy a techniky v minulosti, súčasnosti a budúcnosti.

A bez ohľadu na to, ako skoro ovládneme fúznu energiu pomocou novej generácie fúznych reaktorov založených na zadržiavaní „horúcej“ plazmy magnetickým poľom. Keď vyšleme do vesmíru nové generácie výskumných robotov na raketách založených na aplikácii iných princípov ako je spaľovanie chemického paliva. Alebo konkrétne vyriešime problém korekcie obežných dráh mikrosatelitov pomocou Hallových trysiek. Alebo ako naplno dokážeme využiť energiu Slnka, ako rýchlo a lacno sa môžeme pohybovať po našej planéte – mená priekopníkov vedy nám navždy ostanú v pamäti.

Už moderná generácia vedcov a inžinierov 21. storočia, vyzbrojená nahromadenými poznatkami svojich predchodcov, sa pri testovaní v laboratóriách a pilotných projektoch podrobí úlohe magnetickej levitácie; a problém získavania energie z prostredia pomocou technickej implementácie „Démona Maxwella“ pomocou doteraz nevídaných materiálov a interakcií nového typu. Na Kickstarteri sa už objavili prvé prototypy takýchto zariadení.

Zároveň sa vyrieši hlavný problém ľudstva – premena zásob uhlia a uhľovodíkov nahromadených za stovky miliónov rokov na teplo, ktoré splodinami horenia nemilosrdne menia klímu našej planéty. A prichádzajúca termonukleárna revolúcia, ktorá zaručuje po svojom bezmyšlienkovom vývoji tepelnú smrť akéhokoľvek organického života na Zemi, sa nestane rozsudkom smrti pre civilizáciu. Koniec koncov, energia akéhokoľvek druhu, ktorú vydáme, sa nakoniec zmení na teplo a ohrieva našu planétu.

Prípad pre malé - čas; Počkaj a uvidíš!

Odkaz na históriu

Napriek tomu, že samotné magnety a fenomén magnetizácie sú známe už dlho, vedecké štúdium magnetizmu sa začalo prácou francúzskeho stredovekého vedca Pierra Pelerina de Maricourt už v roku 1269. De Maricourt podpisoval svoje diela menom Petrus Peregrinus (lat. Petrus Peregrinus).

Vedec, ktorý skúmal správanie železnej ihly v blízkosti guľového magnetu, zistil, že ihla sa správa zvláštnym spôsobom v blízkosti dvoch bodov, ktoré nazval póly. Je lákavé uviesť analógiu s magnetickými pólmi Zeme, ale v tom čase by sa za takýto spôsob myslenia dalo ľahko ísť do kolísky! Okrem toho výskumník zistil, že každý magnet má vždy (moderne povedané) severný a južný pól. A bez ohľadu na to, ako magnet rozrežete v pozdĺžnom alebo priečnom reze, každopádne každý z výsledných magnetov bude mať vždy dva póly, bez ohľadu na to, aký je tenký.

„Búrlivú“ myšlienku, že samotná Zem je magnet, publikoval anglický lekár a prírodovedec William Gilbert v časopise De Magnete, ktorý vyšiel takmer o tri storočia neskôr v roku 1600.

V roku 1750 anglický vedec John Mitchell zistil, že magnety sa priťahujú a odpudzujú (interagujú) v súlade so zákonom o inverznej štvorci. V roku 1785 francúzsky vedec Charles Augustin de Coulomb experimentálne testoval Mitchellove predpoklady a zistil, že severný a južný magnetický pól nemožno oddeliť. Napriek tomu, analogicky so zákonom o interakcii elektrických nábojov, ktoré objavil skôr, Coulomb napriek tomu predpokladal existenciu magnetických nábojov - hypotetické magnetické monopóly.

Na základe faktov o magnetizme, ktoré v tom čase poznal, a na základe vtedajšieho metodologického prístupu ku konštrukcii teórií interakcie ako o určitých kvapalinách, vytvoril v roku 1824 Coulombov krajan Simeon Denis Poisson prvý úspešný model magnetizmu. V jeho teoretickom modeli bolo magnetické pole opísané dipólmi magnetických nábojov.

Ale takmer okamžite tri objavy v rade spochybnili Poissonov model. Pozrime sa na ne nižšie.

Dánsky fyzik Hans Christian Oersted si v roku 1819 všimol odchýlku magnetického kompasu pri zapínaní a vypínaní elektrického prúdu pretekajúceho vodičom vo forme drôtu, čím objavil vzťah medzi elektrinou a magnetizmom.

V roku 1820 francúzsky vedec André-Marie Ampère zistil, že vodiče s prúdmi tečúcimi jedným smerom sa priťahujú a odpudzujú v opačnom smere. V tom istom roku 1820 francúzski fyzici Jean-Baptiste Biot a Felix Savard objavili zákon, ktorý bol neskôr po nich pomenovaný. Tento zákon umožnil vypočítať silu magnetického poľa okolo akéhokoľvek vodiča s prúdom, bez ohľadu na jeho geometrickú konfiguráciu.

Zhrnutím získaných teoretických a experimentálnych údajov Ampère vyjadril myšlienku ekvivalencie elektrických prúdov a prejavov magnetizmu. Vyvinul svoj model magnetizmu, v ktorom nahradil magnetické dipóly cirkulujúcimi elektrickými prúdmi v malých uzavretých slučkách. Amperov model prejavu magnetizmu mal výhodu oproti Poissonovmu modelu, pretože vysvetľoval nemožnosť oddelenia pólov magnetov.

Ampere tiež navrhol termín "elektrodynamika" na opis takýchto javov, ktoré rozšírili aplikáciu vedy o elektrine na dynamické elektrické objekty, čím doplnili elektrostatiku. Azda najväčší vplyv na pochopenie podstaty prejavov magnetizmu mal koncept znázornenia interakcie magnetov prostredníctvom silového poľa, popísaného siločiarami, ktorý navrhol anglický vedec Michael Faraday. Fenomén elektromagnetickej indukcie objavený v roku 1831 Faradayom neskôr vysvetlil nemecký matematik Franz Ernst Neumann. Ten dokázal, že výskyt elektrického prúdu v uzavretom obvode so zmenou magnetického toku, ktorý ním prechádza, je jednoducho dôsledkom Ampérovho zákona. Neumann zaviedol do vedy koncept vektorového magnetického potenciálu, ktorý je v mnohých ohľadoch ekvivalentný sile siločiar Faradayovho magnetického poľa.

Vynikajúci anglický fyzik William Thompson (Lord Kelvin) dal v roku 1850 poslednú bodku v spore medzi dvoma modelmi magnetizmu. Predstavujeme koncept strednej magnetizácie M, v ktorom je magnetické pole, nielenže stanovil vzťah medzi silou magnetického poľa H a vektor magnetickej indukcie B, ale určil aj oblasti použiteľnosti týchto pojmov.

Intenzita magnetického poľa. Definícia

Sila magnetického poľa je vektorová fyzikálna veličina rovnajúca sa rozdielu vektora magnetickej indukcie B a vektor magnetizácie M. V medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je hodnota intenzity magnetického poľa určená vzorcom:

H= (1/μ 0) B - M

kde μ0 je magnetická konštanta, niekedy nazývaná vákuová magnetická permeabilita

V systéme jednotiek CGS je intenzita magnetického poľa určená iným vzorcom:

H = B- 4 π M

V medzinárodnom systéme jednotiek SI sa sila magnetického poľa meria v ampéroch na meter (A / m), v systéme CGS - v oerstedoch (Oe).

V elektrotechnike existuje aj mimosystémová jednotka na meranie napätia - ampérotáčka na meter. Ďalšie veličiny merania intenzity magnetického poľa používané v rôznych aplikáciách a ich prevod z jednej veličiny na druhú nájdete v prevodníku fyzikálnych veličín.

Meracie prístroje na meranie veľkosti magnetického poľa, ako aj prístroje na meranie magnetickej indukcie sa nazývajú teslametre alebo magnetometre.

Intenzita magnetického poľa. Fyzika javov

Výskumný tokamak ( potom rhoidálny ka merať s ma coils), ktorí pracovali vo výskumnom ústave verejnej energetickej spoločnosti Hydro-Québec na predmestí Montrealu v rokoch 1987 až 1997, keď bol projekt z rozpočtových dôvodov uzavretý. Inštalácia je vystavená v Kanadskom múzeu vedy a techniky

Vo vákuu (v klasickom zmysle slova) alebo v neprítomnosti média schopného magnetickej polarizácie, alebo v prípadoch, keď možno magnetickú polarizáciu média zanedbať, sila magnetického poľa H sa zhoduje (do koeficientu) s vektorom magnetickej indukcie AT. Pre systém CGS sa tento koeficient rovná 1, pre systém jednotiek SI - μ0.

Sila magnetického poľa je spôsobená voľnými (vonkajšími) prúdmi, ktoré sa dajú ľahko zmerať alebo vypočítať. To znamená, že intenzita má zmysel pre vonkajšie magnetické pole vytvorené cievkou s prúdom, do ktorej je vložený materiál schopný magnetizácie. Ak nás nezaujíma správanie sa materiálu pri pôsobení magnetického poľa, potom stačí operovať len so silou magnetického poľa. Napríklad intenzita bude dostatočná na technický výpočet interakcie magnetických polí dvoch alebo viacerých cievok s prúdom. Výsledná sila bude vektorovým súčtom polí vytvorených jednotlivými cievkami s prúdom.

Keďže väčšina elektromagnetických zariadení funguje vo vzduchu, je dôležité poznať jeho magnetickú permeabilitu. Absolútna magnetická permeabilita vzduchu sa približne rovná magnetickej permeabilite vákua a v technických výpočtoch sa rovná 4π 10⁻⁷ H/m.

Iná vec je, keď nás zaujíma správanie sa média schopného magnetizácie, napríklad pri využití javov nukleárnej magnetickej rezonancie. V NMR jadrá atómov, inak nazývané nukleóny a majúce polovičný celočíselný spin (magnetický moment), absorbujú alebo emitujú elektromagnetickú energiu pri určitých frekvenciách, keď sú vystavené magnetickému poľu. V týchto prípadoch treba brať do úvahy magnetickú indukciu.

Využitie sily magnetického poľa v technológii

Vo väčšine prípadov praktického použitia magnetického poľa, napríklad na jeho vytvorenie alebo meranie jeho veľkosti, hrá kľúčovú úlohu sila magnetického poľa. Existuje mnoho príkladov využitia magnetického poľa, predovšetkým v meracej technike a v rôznych experimentálnych zostavách.

Magnetické pole určitej sily a konfigurácie udržuje plazmové vlákna alebo prúdy nabitých častíc vo výskumných termonukleárnych reaktoroch a urýchľovačoch elementárnych častíc, čím bráni ochladzovaniu plazmy pri kontakte s obvodovými stenami. Tiež odchyľuje toky iónov alebo elektrónov v spektrometroch a kineskopoch.

Meranie sily magnetického poľa Zeme v rôznych bodoch je veľmi dôležité pre posúdenie stavu jej magnetosféry. Existuje dokonca celá sieť pozemných staníc a konštelácií vedeckých satelitov na sledovanie sily magnetického poľa Zeme. Ich práca umožňuje predpovedať magnetické búrky, ktoré sa vyskytujú na Slnku, čo minimalizuje ich následky.

Meranie intenzity poľa umožňuje vykonávať rôzne prieskumy, triediť materiály a trosky, ako aj zaistiť našu bezpečnosť odhaľovaním teroristických zbraní alebo nastražených mín.

Magnetometre

Celá trieda meracích prístrojov sa nazýva magnetometre, určené na meranie magnetizácie materiálov alebo na určenie sily a smeru magnetického poľa.

Prvý magnetometer vynašiel veľký nemecký matematik a fyzik Carl Friedrich Gauss v roku 1833. Toto zariadenie bolo optické zariadenie s otočnou magnetizovanou tyčou zavesenou na zlatej nite a zrkadlom nalepeným na nej kolmo na os magnetu. Meral sa rozdiel medzi vibráciami zmagnetizovanej a demagnetizovanej tyče.

V súčasnosti sa používajú citlivejšie magnetometre založené na iných princípoch, najmä na Hallových snímačoch, Josephsonových tunelových spojoch (magnetometre SQUID), indukcii a NMR rezonancii. Sú široko používané v rôznych aplikáciách: meranie magnetického poľa Zeme, pri geofyzikálnych štúdiách magnetických anomálií a pri hľadaní minerálov; vo vojenských záležitostiach na detekciu objektov, ako sú ponorky, potopené lode alebo maskované tanky, ktoré svojim poľom deformujú magnetické pole Zeme; na vyhľadávanie nevybuchnutej alebo nastraženej munície v oblasti bojových operácií. Z dôvodu miniaturizácie a zníženia spotreby prúdu sú smartfóny a tablety vybavené modernými magnetometrami. V súčasnosti sú magnetometre súčasťou vybavenia prieskumných bezpilotných lietadiel a špionážnych satelitov.

Zaujímavý detail: v súvislosti so zvýšením citlivosti magnetometrov bol jedným z faktorov prechodu konštrukcie ponoriek na titánové trupy namiesto oceľových trupov práve radikálne zníženie ich viditeľnosti v magnetickom poli. Predtým museli ponorky s oceľovým trupom, ako aj hladinové lode z času na čas podstúpiť procedúru demagnetizácie.

Magnetometre sa používajú pri vŕtaní studní a štôlní, v archeológii na obrysovanie vykopávok a hľadanie artefaktov, v biológii a medicíne.

detektory kovov

Pokusy využiť silu magnetického poľa vo vojenských záležitostiach sa robili od prvej svetovej vojny, ktorá zanechala na bojiskách milióny nevybuchnutej munície a mín. Najúspešnejší bol vývoj na začiatku 40. rokov minulého storočia poručík poľskej armády Jozef Stanislav Kosatsky, adoptovaný britskou armádou a ktorý mal značné využitie pri odmínovaní pri prenasledovaní ustupujúcich Nemcov vojskami r. Generál Montgomery počas druhej bitky pri El Alameine. Napriek tomu, že Kosatského zariadenie bolo vyrobené na vákuových trubiciach, vážilo s batériami iba 14 kilogramov a bolo také efektívne, že jeho úpravy používala britská armáda 50 rokov.

Teraz sa už nečudujeme, že v súvislosti so šírením terorizmu pred nástupom do lietadla alebo na futbalové zápasy prechádzame cez indukčné rámy detektorov kovov, kontrolujeme predmety našej batožiny alebo ich osobne ručne prehľadávame. držali detektory kovov na detekciu zbraní.

Rozšírili sa aj domáce detektory kovov a na plážach módnych letovísk sa udomácnil obraz hľadačov stratených pokladov, ktorí prečesávajú miestne pláže v nádeji, že nájdu niečo hodnotné.

Hallov efekt a zariadenia na ňom založené

Pravdepodobne sme sa všetci v detstve stretli s úžasnými vlastnosťami obyčajných magnetov. Malý kúsok kovu k sebe priťahoval niektoré kusy železa a iné odpudzoval.

Úžasné vlastnosti magnetu sa neobmedzujú len na toto. Napríklad magnet zavesený na niti je vždy určitým spôsobom umiestnený v priestore – táto vlastnosť tvorila základ pre vynález kompasu. Koncové body magnetu sú najviac "silné". Nazývajú sa "póly". Špecifické vlastnosti magnetu sú spôsobené jeho magnetickými poľami, ktoré nie sú hmotou, ale správajú sa veľmi hmatateľným spôsobom. Jednou z najdôležitejších charakteristík je intenzita magnetického poľa.

Charakteristiky magnetického poľa

Akékoľvek magnetické pole má energiu, ktorá sa prejavuje pri interakcii s inými telami. Pod vplyvom magnetických síl menia pohybujúce sa častice smer svojho toku. Magnetické pole sa objavuje len okolo tých elektrických nábojov, ktoré sú v pohybe. Akákoľvek zmena v elektrickom poli má za následok vznik magnetických polí.

Platí aj opačné tvrdenie: zmena magnetického poľa je predpokladom pre vznik elektrického. Takáto úzka interakcia viedla k vytvoreniu teórie elektromagnetických síl, pomocou ktorej sa aj dnes úspešne vysvetľujú rôzne fyzikálne javy.

Obraz magnetických polí

Magnetické pole je možné znázorniť na papieri pomocou siločiar. Sú nakreslené tak, že skutočný smer síl poľa v každom bode sa zhoduje so zakreslenými. Smer silových polí možno určiť pomocou strelky kompasu, ktorej severný pól je vždy tangenciálny k siločiare. Severný pól sa zvyčajne označuje ako miesto, odkiaľ pochádzajú siločiary magnetického poľa, a južný pól je miesto, kam vstupujú. Malo by sa pamätať na to, že takéto rozdelenie je veľmi podmienené a berie sa do úvahy iba z dôvodu jeho viditeľnosti.

Čo je magnetická intenzita

Železné piliny zoradené pozdĺž magnetických polí dokazujú, že magnetické pole má dva dôležité ukazovatele - veľkosť a smer. V ktoromkoľvek bode priestoru sa magnetické pole šíri rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti svetla vo vákuu – 300 000 kilometrov za sekundu.

Na definovanie charakteristík magnetického poľa vedci zaviedli hodnotu „sily“. Ide o vektorovú veličinu označujúcu smer magnetického poľa a počet jeho siločiar. Podľa jeho charakteristík je intenzita magnetického poľa podobná pojmu "sila" v mechanike. Tento indikátor nezávisí od parametrov média, v ktorom sa experimenty vykonávajú, ale iba od sily magnetického toku a vzdialenosti od zdroja vytvárajúceho pole. V rôznych prípadoch môže byť takýmto zdrojom jeden magnet, magnetická cievka, elektrický drôt. V každom z týchto prípadov vzniká magnetické pole s určitými charakteristikami.

Intenzita elektromagnetického poľa v experimentoch

Uvažujme o jednom vodiči, ktorý vedie elektrický prúd. Keď sa tento drôt pohybuje okolo neho, vytvára sa magnetické pole. Jeho charakteristiky možno vyjadriť intenzitou, ktorá je určená mierou vplyvu magnetického poľa na skúmané telo.

Môžete skúmať magnetické pole vo vnútri cievky. V tomto prípade bude napätie priamo závisieť od počtu závitov cievky a vzdialenosti medzi ňou a skúmaným telom.

Spojením týchto dvoch záverov môžeme zhrnúť: sila magnetického poľa v akomkoľvek bode priestoru je nepriamo úmerná dĺžke magnetickej čiary a je priamo úmerná súčinu počtu závitov cievky a sile prúdu.

Magnetická indukcia

Definícia intenzity magnetického poľa by bola neúplná bez pojmu „magnetická indukcia“. Táto hodnota vysvetľuje, koľko práce môže dané magnetické pole vykonať. Čím silnejšie je magnetické pole, tým viac práce dokáže vyprodukovať, tým väčšia je hodnota jeho magnetickej indukcie.

Vo fyzike sa magnetická indukcia označuje písmenom Ḇ. Dá sa vizualizovať ako hustota siločiar magnetického poľa na jednotku plochy povrchu, ktorá je umiestnená kolmo na merané magnetické pole. V súčasnosti sa magnetická indukcia meria v Tesle.

magnetický tok

Ďalšia veličina, ktorá kapacitne charakterizuje magnetické pole. Magnetický tok určuje, koľko siločiar preniká určitou jednotkovou plochou. V rovnomernom magnetickom poli sa hodnota magnetického toku vypočíta podľa vzorca:

Ф= Ḇ/S, kde:

Ф - magnetický tok;

Ḇ - hodnota magnetickej indukcie;

S je oblasť, ktorou prechádzajú siločiary magnetického poľa.

V sústave jednotiek SI sa magnetický tok meria vo Webers.

Vzorec napätia

Fyzikálny význam tohto množstva možno vyjadriť vzorcom: H \u003d I × ω / L, kde:

L je vzdialenosť medzi telesom a zdrojom magnetického poľa;

ω je počet závitov cievky;

I je sila prúdu v elektrickom obvode.

Z tejto rovnice môžeme vyvodiť záver, že napätie sa meria v [A / m], pretože otáčky v cievke sú kvantitatívne.

magnetizačná sila

Súčin H × I v tomto vzorci nie je nič iné ako analógia pre napätie elektrického poľa. Ak sa tento parameter aplikuje na celú dĺžku magnetickej indukčnej čiary, potom sa výsledný produkt bude nazývať magnetizačná sila (n.s.). Táto fyzikálna veličina sa meria v ampéroch, ale odborníci uprednostňujú výraz „ampérzávit“, pričom zdôrazňujú priamu závislosť sily od počtu závitov cievky.

gimlet pravidlo

Na určenie smeru magnetického poľa cievky alebo drôtu odborníci používajú pravidlo gimlet. Ak je „krútený“ pohyb imaginárneho závesu rovnobežný so smerom prúdu v obvode, potom „rukoväť“ závesu ukazuje, ako budú siločiary magnetického poľa umiestnené.

Príklady na určenie intenzity magnetického poľa

Príklad 1 Cievka s počtom závitov 100 a dĺžkou 10 cm je potrebné zabezpečiť uvedenú hodnotu intenzity magnetického poľa 5000A/m. Aký prúd by mal prechádzať cievkou?

Riešenie: Podľa definície je magnetizačná sila cievky H = I×ω/ L. A súčin H×I udáva magnetizačnú silu. Odtiaľ môžete odvodiť hodnotu aktuálnej sily, ktorá sa rovná: 5000A / m * 0,1 m \u003d prúdová sila * počet otáčok. Vyriešením jednoduchého pomeru dostaneme, že prúdová sila v tomto probléme by sa mala rovnať 5A.

Príklad 2 Cievka má 2000 závitov a preteká ňou prúd 5 ampérov. Aká je magnetizačná sila cievky?

Riešenie: Jednoduchý vzorec dá odpoveď: n.s.= I×ω. Teda n.s = 2000 × 5 = 10 000 ampérových závitov.

Príklad 3

Ako určiť intenzitu magnetického poľa priameho elektrického vodiča vo vzdialenosti 5 cm? Prúd pretekajúci drôtom je 30 A.

V tomto príklade budeme tiež potrebovať vzorec

V prípade priameho drôtu bude počet závitov cievky 1 a dĺžka l = 2∙π∙r.

Z toho sa dá vyvodiť, že

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

Tieto a podobné problémy sa dajú ľahko vyriešiť pomocou kurzu fyziky na základnej škole. Riešenie takýchto jednoduchých príkladov pomôže pochopiť kvalitatívnu podstatu elektromagnetických procesov v prírode okolo nás.

Jednou z najdôležitejších fyzikálnych charakteristík prirodzených aj umelých ľudských biotopov je magnetické pole. Je to jedna z foriem existencie elektromagnetického poľa. Hlavným rozlišovacím znakom tejto formy je, že magnetické pole ovplyvňuje iba tie častice a telesá, ktoré sú na jednej strane v nepretržitom pohybe a na druhej strane obsahujú určitý elektrický náboj.

Už z priebehu fyziky je známe, že na vytvorenie magnetického poľa je potrebný vodič s prúdovým a striedavým elektrickým poľom. Najdôležitejšími charakteristikami tohto poľa sú vektor magnetickej indukcie a magnetická intenzita.

Intenzita magnetického poľa je jednou z vektorových veličín študovaných vo fyzike, ktorá je súčtom rozdielu medzi vektorom elektromagnetickej indukcie a vektorom magnetizácie. Pretože magnetická intenzita je, potom sa jej jednotka merania vo všeobecne akceptovanej a najbežnejšej hodnote považuje za ampér na meter. Na získanie intenzity elektromagnetického poľa 1 a/m je potrebné, aby v priamom predĺženom drôte s najmenším priemerom prierezu prúdil elektrický prúd 2π ampéry. V tomto prípade, vo všetkých bodoch, ktoré tvoria toto vo vzdialenosti 1 meter, sila elektromagnetického poľa a bude rovná 1 a/m.

Dá sa odhadnúť sila magnetického poľa, alebo inými slovami počet siločiar tohto poľa. Najmä na určenie smeru týchto čiar môžete použiť známe pravidlo Toto pravidlo je jedným zo základných kameňov celej elektrotechniky. Hovorí, že ak je všeobecný smer pohybu prívesku úplne identický so smerom elektrického prúdu v konkrétnom vodiči, potom je smer otáčania prívesku identický so smerom magnetických čiar.

Zameraním sa na toto pravidlo je ľahké dokázať, že magnetické čiary, ktoré vznikajú v závitoch cievky, sú nasmerované rovnakým smerom. Z toho môžeme usúdiť, že sila magnetického poľa vo vnútri cievky bude oveľa silnejšia ako sila vytvorená jedným otočením. Je to spôsobené okrem iného tým, že siločiary susedných závitov sú nasmerované navzájom paralelne, ale v rôznych smeroch, a preto sa intenzita magnetického poľa medzi nimi bude neustále znižovať.

Je celkom prirodzené, že magnetické pole akejkoľvek cievky je priamo úmerné hodnote, ktorá prechádza jej závitmi. Okrem toho sila magnetického poľa priamo závisí od toho, ako blízko sú tieto závity umiestnené vo vzťahu k sebe. Experimentálne bolo dokázané, že v dvoch cievkach, v ktorých preteká elektrický prúd rovnakej sily a počet závitov je absolútne rovnaký, bude magnetické pole silnejšie v tej, kde má cievka kratšiu axiálnu dĺžku, tj. , jeho zákruty sú umiestnené oveľa bližšie k sebe.

Veľmi podstatná je číselná hodnota ampérových závitov, ktorá sa dá vypočítať vynásobením počtu závitov cievky intenzitou prúdu, ktorý v nich preteká. Magnetomotorická sila bude závisieť aj od veľkosti ampérzávitov. Na základe tohto konceptu sa dá ľahko dokázať, že magnetické pole skúmanej cievky je priamo úmerné počtu ampérzávitov na jednotku axiálnej dĺžky. Inými slovami, sila elektromagnetického poľa je tým vyššia, čím väčšia je veľkosť magnetomotorickej sily generovanej v skúmanej cievke.

Okrem umelo vytvorených magnetických polí existuje aj prirodzené, ktoré sa tvorí najmä vo vonkajšom obale jadra. Hlavné charakteristiky tohto poľa vrátane intenzity sa menia v čase aj v priestore, no všetky základné zákonitosti, ktoré sú charakteristické pre umelo vytvorené polia, fungujú aj v geomagnetickom poli.

Magnetické pole permanentného magnetu je spôsobené pohybom elektrónov po ich dráhach v atóme.

Magnetické pole je charakterizované intenzitou. Intenzita H magnetického poľa je podobná mechanickej sile. Je to vektorová veličina, to znamená, že má veľkosť a smer.

Magnetické pole, teda priestor okolo magnetu, možno znázorniť ako vyplnené magnetickými čiarami, o ktorých sa zvyčajne predpokladá, že vychádzajú zo severného pólu magnetu a vstupujú na juh (obr. 1). Tangenty k magnetickej čiare ukazujú smer intenzity magnetického poľa.

Sila magnetického poľa je väčšia tam, kde sú magnetické čiary hrubšie (na póloch magnetu alebo vo vnútri cievky s prúdom).

Magnetické pole v blízkosti vodiča (alebo vo vnútri cievky) je tým väčšie, čím väčší je prúd I a počet závitov ω cievky.

Sila magnetického poľa H v ktoromkoľvek bode priestoru je tým väčšia, čím väčší je súčin I∙ω a čím kratšia je dĺžka magnetickej čiary:

H = (I∙ω)/1.

Z rovnice vyplýva, že jednotka merania intenzity magnetického poľa je ampér na meter (A/m).

Pre každú magnetickú čiaru v danom homogénnom poli sú súčiny H1∙l1=H2∙l2=...=H∙l=I∙ω rovnaké (obr. 1).

Ryža. jeden.

Súčin H∙l v magnetických obvodoch je podobný napätiu v elektrických obvodoch a nazýva sa magnetické napätie a po celej dĺžke magnetickej indukčnej čiary sa nazýva magnetizačná sila (n.s.) Fm: Fm=H∙l=I ∙ω.

Magnetizačná sila Fm sa meria v ampéroch, ale v technickej praxi sa namiesto názvu ampér používa názov ampérzávit, ktorý zdôrazňuje, že Fm je úmerná prúdu a počtu závitov.

Pre valcovú cievku bez jadra, ktorej dĺžka je oveľa väčšia ako jej priemer (l≫d), možno magnetické pole vo vnútri cievky považovať za homogénne, t. j. s rovnakou intenzitou magnetického poľa H v celom vnútornom priestore cievky. cievka (obr. 1). Keďže magnetické pole mimo takejto cievky je oveľa slabšie ako v nej, vonkajšie magnetické pole možno zanedbať a pri výpočte môžeme predpokladať, že n. s. cievka sa rovná súčinu intenzity poľa vo vnútri cievky a dĺžky cievky.

Polarita magnetického poľa drôtu a cievky s prúdom je určená gimletovým pravidlom. Ak sa translačný pohyb návleku zhoduje so smerom prúdu, potom bude smer otáčania rúčky indikovať smer magnetických čiar.

Príklady

1. Cievkou s 2000 závitmi tečie prúd 3 A. Čo je n. s. cievky?

Fm=I∙ω=3∙2000=6000 A. Magnetizačná sila cievky je 6000 ampérotáčok.

2. Cievka s 2500 závitmi musí mať n. s. 10000 A. Aký prúd by ním mal prechádzať?

I=Fm/ω=(I∙ω)/ω=10000/2500=4 A.

3. Cievkou preteká prúd I \u003d 2 A. Koľko závitov by malo byť v cievke, aby sa zabezpečilo n. s. 8000 hej?

ω= Fm/I=(I∙ω)/I=8000/2=4000 otáčok.

4. Vo vnútri cievky 10 cm dlhej so 100 závitmi je potrebné zabezpečiť intenzitu magnetického poľa H=4000 A/m. Aký prúd by mal prechádzať cievkou?

Magnetizačná sila cievky Fм=H∙l=I∙ω. Preto 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I=400/100=4 A.

5. Priemer cievky (solenoidu) je D=20 mm a jej dĺžka je l=10 cm Cievka je navinutá z medeného drôtu s priemerom d=0,4 mm. Aká je sila magnetického poľa vo vnútri cievky, ak je zapnutá pri napätí 4,5 V?

Počet závitov bez zohľadnenia hrúbky izolácie ω=l∶d=100∶0,4=250 závitov.

Dĺžka obratu π∙d=3,14∙0,02 m = 0,0628 m.

Dĺžka drôtu cievky l1=250∙0,0628 m =15,7 m.

Aktívny odpor cievky r=ρ∙l1/S=0,0175∙(4∙15,7)/(3,14∙0,16)=2,2 Ohm.

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

Intenzita magnetického poľa vo vnútri cievky H=(I∙ω)/l=(2∙250)/0,1=5000 A/m.

6. Určte silu magnetického poľa vo vzdialenosti 1, 2, 5 cm od priameho drôtu, ktorým preteká prúd I = 100 A.

Použime vzorec H∙l=I∙ω.

Pre priamy drôt ω=1 a l=2∙π∙r,

odkiaľ H= I/(2∙π∙r).

H1=100/(2∙3,14∙0,01)=1590 A/m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.