Величина характеризующая магнитное поле – Связь основных величин, характеризующих магнитное поле. Механические силы в магнитном поле
- Комментариев к записи Величина характеризующая магнитное поле – Связь основных величин, характеризующих магнитное поле. Механические силы в магнитном поле нет
- Советы абитуриенту
ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Магнитная индукция.Интенсивность магнитного поля характеризуется магнитной индукцией В. Чем сильнее магнитное поле, созданное постоянным магнитом или электромагнитом, тем большую индукцию оно имеет. Направление действия электромагнитной силы Fна проводник определяется правилом левой руки (рис.3).
Если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии пронизывали ладонь, а вытянутые четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия электромагнитной силы.
По этой силе можно судить об интенсивности магнитного поля, т. е. о его магнитной индукции. Если на проводник длиной 1 м с током 1 А, расположенный перпендикулярно магнитным линиям в равномерном магнитном поле, действует сила в 1 Н, то магнитная индукция такого поля равна 1 Тл (тесла).
Запомните
Магнитный поток. Величина, измеряемая произведением магнитной индукции
Вна площадь S, перпендикулярную вектору магнитной индукции, называется магнитным потоком Ф:
Магнитную индукцию выражают в теслах, а площадь — в квадратных метрах, поэтому единица магнитного потока — вебер:
Магнитодвижущая сила. Способность тока возбуждать магнитное поле характеризуется магнитодвижущей силой (МДС), Действующей вдоль замкнутой магнитной силовой линии. Магнитодвижущая сила равна току, создающему магнитное поле, и выражается в амперах.
Рис. 3. Определение направления действия
электромагнитной силы на проводник с током
согласно правилу левой руки
Для проводника с током I МДС равна току I. В общем случае, когда замкнутый контур магнитной силовой линии охватывает несколько токов, суммарная МДС равна сумме токов.
Для катушки с числом витков w и током I (рис. 4) МДС равна:
Напряженность магнитного поля. Магнитодвижущая сила, приходящаяся на единицу длины магнитной силовой линии, называется напряженностью магнитного поля Н и выражается в амперах на метр (А/м).
Если физические условия вдоль всей длины магнитной линии одинаковы, то
Например, вокруг прямолинейного проводника с током Iлинии магнитного поля представляют собой концентрические окружности переменного радиуса х, длина каждой из которых =
Запомните
По мере удаления от проводника напряженность поля снижается.
Магнитная проницаемость. Магнитная индукция зависит не только от силы тока, проходящего по прямолинейному проводнику или индуктивной катушке,
но и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды служит абсолютная магнитная проницаемость .Она определяется отношением магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н и измеряется в генри на метр (Гн/м):
Рис. 4.Тороидальная катушка
Абсолютная магнитная проницаемость вакуума для воздуха и других неферромагнитных материалов она незначительно отличается от магнитной проницаемости вакуума и при технических расчетах принимается равной Так как абсолютная магнитная проницаемость для вакуума и указанных ранее материалов практически одинакова, то называется магнитной постоянной.
Абсолютная магнитная проницаемость ферромагнитных материалов непостоянна и во много раз превышает магнитную проницаемость вакуума.
Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость ферромагнитного материала больше магнитной постоянной, называется относительной магнитной проницаемостью , или (сокращенно) магнитной проницаемостью:
Пример .1. Сталь при определенных условиях обладает абсолютной магнитной проницаемостью , равной 0,0008792 Гн/м. Определить относительную магнитную проницаемость этой стали.
Решение
Относительная магнитная проницаемость
Рис.5. Семейство кривых намагничивания: 1- технически чистого железа;
2 — электротехнической стали; 3 — пермаллоя
Семейство кривых намагничивания технически чистого железа (1), электротехнической стали (2) и пермаллоя (3) приведено на рис. 5. Эти материалы широко применяются в трансформаторах, электротехнических машинах и аппаратах.
Как видно из кривых намагничивания (см. рис..5), способность материалов намагничиваться (их магнитная проницаемость) в слабых полях велика, а затем с ростом индукции постепенно уменьшается.
Магнитная проницаемость магнитных материалов — величина изменяющаяся, зависящая от степени их намагничивания. При одной и той же напряженности магнитного поля (см. рис..5) магнитная индукция в чистом железе больше, чем в электротехнической стали. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость чистого железа больше магнитной проницаемости электротехнической стали.
Пример..2. Напряженность магнитного поля катушки Н = 750 А/м, абсолютная проницаемость сердечника , = 0,0008792 Гн/м. Определить магнитную индукцию сердечника.
Решение
Магнитная индукция сердечника
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. От каких величин зависит напряженность магнитного поля?
2. В каких единицах измеряется магнитная индукция?
3. Что называется относительной магнитной проницаемостью ц?
4. От каких параметров зависит магнитная индукция?
5. В каких единицах измеряется магнитный поток?
infopedia.su
Характеристики магнитного поля
Интенсивность магнитного поля в точке пространства характеризуется магнитной индукцией, которую обозначают символом В.
Магнитная индукция представляет собой силовую характеристику магнитного поля в соответствующей точке. За единицу магнитной индукции в СИ принята магнитная индукция поля, в котором на рамку площадью 1 м2 при протекании по ней тока 1 А действует со стороны поля момент сил Ммакс = l Н• м.
Единица измерения магнитной индукции — тесла (сокращенно Тл).
Магнитная индукция — величина векторная, т. е. характеризуемая численным значением и направленностью.
Магнитное поле графически изображают при помощи линий магнитной индукции. Линией магнитной индукции (магнитной линией) называется такая линия, касательная к которой в любой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Магнитные линии используют для указания направления магнитного поля и для характеристики его интенсивности. Чем больше интенсивность магнитного поля — индукция, тем чаще проводят эти линии.
Магнитные линии прямолинейного проводника с током имеют вид концентрических окружностей, центры которых расположены на оси проводника. Направление магнитных линий вокруг проводника с током определяют по мнемоническому правилу буравчика, которое заключается в следующем (рис.4).
Если буравчик расположить так, чтобы он ввинчивался в проводник по направлению тока, то направление вращения его рукоятки будет соответствовать направлению магнитных линий.
Направление магнитного поля катушки с током (соленоида) определяют также по правилу буравчика (рис.5).
При этом нужно вращать рукоятку буравчика в направлении тока в витках катушки. Поступательное движение буравчика укажет направление линий магнитной индукции.
Магнитную индукцию В (Тл) в точках, расположенных на расстоянии r (м) от оси бесконечного длинного прямолинейного проводника с током I (А), рассчитывают по формуле
,
где — абсолютная магнитная проницаемость (характеристика магнитных свойств среды).
Магнитную индукцию на осевой линии в центре цилиндрической катушки с током, длина которой намного больше ее диаметра, рассчитывают по формуле
,
где ω — число витков катушки.
Произведение силы тока на число витков катушки (Iω) называют магнитодвижущей силой, которая измеряется в ампер-витках (А-в).
Произведение магнитной индукции В и площади F, перпендикулярной вектору магнитной индукции, называют магнитным потоком; обозначают символом Ф: Ф — BF.
Единица измерения магнитного потока вебер (сокращенно Вб).
Магнитное поле, во всех точках которого векторы магнитной индукции равны по значению и параллельны друг другу, называют однородным.
Магнитное поле, созданное одним и тем же током, при прочих равных условиях различно по интенсивности в различных средах ввиду различных магнитных свойств этих сред.
Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, является абсолютная магнитная проницаемость.
Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости — генри на метр (сокращенно Г/м).
Абсолютную магнитную проницаемость вакуума принято называть магнитной постоянной .
Величина, показывающая, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данной среды больше или меньше магнитной постоянной (абсолютной магнитной проницаемости вакуума), называется относительной магнитной проницаемостью или магнитной проницаемостью.
Магнитная проницаемость — величина безразмерная.
Вещества, у которых относительная магнитная проницаемость меньше единицы, называют диамагнитными. В этих веществах магнитное поле слабее, чем в вакууме. Такими веществами являются водород, вода, кварц, серебро, медь и др.
Вещества, у которых относительная магнитная проницаемость немного больше единицы, называются парамагнитными. В таких веществах магнитное поле несколько сильнее, чем в вакууме. К таким веществам относятся воздух, кислород, алюминий, платина и др.
Для диамагнитных и парамагнитных веществ величина магнитной проницаемости не зависит от напряженности внешнего, намагничивающего поля, т. е. представляет собой постоянную величину, характеризующую данное вещество.
Особую группу образуют ферромагнитные вещества (железо, сталь, никель, кобальт и некоторые сплавы), магнитная проницаемость которых достигает нескольких десятков тысяч. Эти материалы, обладающие свойствами намагничиваться и резко усиливать магнитное поле, широко применяют в электротехнике (в электромагнитах, электрических машинах, трансформаторах, электроизмерительных приборах, реле и др.).
Катушка с железным сердечником называется электромагнитом.
Для характеристики магнитного поля наряду с вектором магнитной индукции В пользуются величиной, называемой напряженностью магнитного поля — Н.
Напряженность магнитного поля представляет собой величину, характеризующую интенсивность так называемого внешнего магнитного поля (без учета магнитных свойств среды).
Напряженность магнитного поля — векторная величина.
Направление вектора напряженности магнитного поля в изотропной среде, т. е. в среде, имеющей одинаковые свойства по всем направлениям, совпадает с вектором магнитной индукции в данной точке поля.
Напряженность магнитного поля Н и магнитная индукция В связаны зависимостью
.
Единица измерения напряженности магнитного поля ампер на метр (А/м).
Сильно выраженные магнитные свойства ферромагнитных материалов объясняются наличием в них самопроизвольно намагниченных очень малых областей (доменов), которые можно представить в виде маленьких магнитиков.
При отсутствии внешнего магнитного поля в ферромагнитном веществе в целом не обнаруживаются магнитные свойства, так как магнитные поля доменов имеют различную ориентацию и их суммарное магнитное поле равно нулю.
Когда ферромагнитный материал помещают во внешнее магнитное поле, например в катушку с током, то под действием внешнего поля домены поворачиваются в направлении внешнего поля. При этом магнитное поле катушки с током резко усиливается и магнитная индукция В возрастает. Если внешнее поле слабо, поворачивается только часть доменов, магнитные поля которых по своему направлению близки к направлению внешнего поля. По мере усиления внешнего поля количество повернутых доменов возрастает и при некотором значении напряженности Н внешнего поля практически все домены оказываются повернутыми так, что их магнитные поля располагаются по направлению поля. Такое состояние называется магнитным насыщением.
Зависимость магнитной индукции В ферромагнитного материала от напряженности Н намагничивающего (внешнего) поля можно выразить в виде графика, который называется кривой намагничивания.
Кривые намагничивания некоторых ферромагнитных материалов, приведенные на рис. 6,
показывают, что с увеличением напряженности Н магнитная индукция В сначала быстро возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением намагничивающего (внешнего) поля появляется и усиливается собственное магнитное поле ферромагнитного материала, которое образуется повернутыми элементарными магнитиками.
В месте изгиба кривой скорость роста магнитной индукции уменьшается. За изгибом, когда напряженность поля достигает некоторого значения, наступает насыщение, и кривая незначительно поднимается, переходя в прямую линию. На этом участке магнитная индукция продолжает увеличиваться, но уже очень медленно, и только за счет увеличения напряженности внешнего магнитного поля.
Графически зависимость В от Н не прямая линия, следовательно, отношение непостоянно, т. е. магнитная проницаемость ферромагнитного материала не является постоянной величиной, а зависит от напряженности намагничивающего поля.
Если в обмотке катушки с ферромагнитным сердечником увеличивать силу тока до полного магнитного насыщения, а затем уменьшать ее, то кривая намагничивания не совпадает с кривой размагничивания (рис.7).
При напряженности, равной нулю, магнитная индукция не равна нулю, а имеет некоторое значение В, которое называется остаточной магнитной индукцией. Явление отставания магнитной индукции В от намагничивающей силы Н называется гистерезисом.
Чтобы полностью размагнитить ферромагнитный сердечник, в катушке нужно создать ток обратного направления, который создал бы напряженность, равную отрезку Нс. Для различных ферромагнитных материалов этот отрезок имеет различную длину. Чем больше этот отрезок, тем больше требуется энергии на размагничивание.
Значение Нс напряженности поля обратного направления, при котором произойдет полное размагничивание сердечника, называется коэрцитивной (задерживающей) силой.
Если и дальше увеличивать ток в катушке, то индукция снова возрастет до значения насыщения (—В), но с измененным направлением магнитных силовых линий. Размагничивая в обратном направлении, получим остаточную индукцию (—В). Увеличивая ток через катушку в первоначальном направлении, снова придем в точку а. Кривая абвгджа называется циклической кривой перемагничивания или петлей гистерезиса. Энергию, расходуемую на циклическое перемагничивание, называют потерями на гистерезис.
Явление остаточного магнетизма используется при изготовлении постоянных магнитов из материалов, обладающих большим остаточным магнетизмом (магнитно-твердые материалы).
Из материалов, способных легко перемагничиваться (магнитно-мягкие материалы), изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов.
На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует электромагнитная сила F = BIl sin α, где В — магнитная индукция поля, Тл; I — ток в проводнике, А; l — активная длина проводника, м; α — угол между направлениями тока в проводнике и вектором магнитной индукции поля.
Сила, действующая на проводник с током, имеет направление, которое можно определить по так называемому правилу левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы магнитные линии входили в нее и четыре вытянутых пальца совпадали с направлением тока в проводнике(рис.8),
то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током. Эта сила перпендикулярна вектору магнитной индукции и току.
Движущийся в магнитном поле проводник с током является прообразом электрического двигателя, в котором электрическая энергия превращается в механическую.
При движении проводника в магнитном поле в нем индуктируется электродвижущая сила, значение которой (В) пропорционально магнитной индукции, активной длине проводника и нормальной (к полю) составляющей скорости его движения, т. е. e=Blυ sin α, где В — магнитная индукция, Тл; υ— скорость движения проводника, м/с; I — активная длина проводника (часть проводника, находящаяся в магнитном поле), м; α — угол между векторами скорости и магнитной индукции поля.
Эта зависимость носит название закона электромагнитной индукции.
Для определения направления индуктированной э.д. с. в прямолинейном проводнике применяют правило правой руки (рис. 9):
если расположить ладонь правой руки так, чтобы магнитные линии входили в нее, а отставленный большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца покажут направление индуктированной э.д.с.
Движущийся в магнитном поле под действием внешней механической силы проводник представляет собой простейший электрический генератор, в котором происходит преобразование механической энергии в электрическую.
Закон электромагнитной индукции формулируется и по-другому: в замкнутом контуре индуктируется э.д. с. при всяком изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром. Э. д. е., индуктированная в контуре, численно равна скорости изменения магнитного потока, охватываемого этим контуром:
Эта формула дает среднее значение э.д.с. за время At и показывает, что э.д.с. зависит не от абсолютного значения магнитного потока, а от скорости его изменения. При наличии нескольких витков, пронизываемых одним и тем же магнитным потоком, индуктированную э. д. с. рассчитывают по формуле
Эта формула выражает закон Ленца: индуктированная э.д.с. имеет такое направление, при котором созданный ею ток противодействует причине, вызвавшей возникновение э. д. с.
Если витки катушки пронизываются различными по значению магнитными потоками, то индуктированная во всей катушке э. д. с. равна сумме э. д. е., индуктированных в отдельных витках катушки:
Сумму магнитных потоков отдельных витков катушки называют потокосцеплением.
Единица измерения потокосцепления, как и магнитного потока, — вебер.
Если электрический ток в контуре изменяется, то изменяется и созданный им магнитный поток. При этом по закону электромагнитной индукции в проводнике индуктируется э.д. с. Поскольку она возникает вследствие изменения тока в самом проводнике, то это явление названо самоиндукцией, а индуктируемая в проводнике э. д. с. названа э. д. с. самоиндукции.
Магнитный поток и потокосцепление зависят не только от силы тока в проводнике, но и от формы и размеров этого проводника, а также от магнитной проницаемости окружающей его среды. Между потокосцеплением и током.
Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью проводника. Он характеризует свойство проводника образовывать, потокосцепление при прохождении по нему тока. Это один из главных параметров электрических цепей.
Для определенной цепи индуктивность — величина постоянная. Она зависит от геометрических размеров контура, его конфигурации и магнитной проницаемости окружающей среды, но не зависит ни от силы тока в контуре, ни от магнитного потока.
Индуктивность катушки тем больше, чем больше площадь ее сечения и чем больше она содержит витков, вследствие того, что оба эти условия увеличивают магнитный поток через катушку при одном и том же токе в ней. Очень сильно возрастает магнитный поток через катушку, если в нее вставить железный сердечник. Поэтому катушка с железным сердечником обладает гораздо большей индуктивностью, чем такая же по размерам катушка без сердечника.
Единица измерения индуктивности – генри (сокращенно Г):
Генри — это индуктивность проводника, в котором ток силой: 1 А возбуждает магнитный поток 1 Вб.
Если взять два или больше электрически не связанных замкнутых контуров и по одному из них пропустить ток, то в других контурах будет индуктироваться э. д. с. Это явление получило название взаимоиндукции.
В электрических приборах и аппаратах металлические детали иногда движутся в магнитном поле или неподвижные металлические детали пересекаются силовыми линиями изменяющегося по значению магнитного поля. В этих металлических деталях индуктируется э. д. с. самоиндукции. Под действием э. д. с. в массе металлической детали возбуждаются вихревые токи (токи Фуко), которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов.
Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые по закону Ленца противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.
Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечники катушек индуктивности, а также магнитопроводы электрических машин и аппаратов изготовляют в виде пакетов из листов электротехнической стали. Листы изолируют друг от друга специальными лаками.
incub.info
Величины, характеризующие магнитное поле
Количество просмотров публикации Величины, характеризующие магнитное поле – 93
1. Магнитная индукция. В случае если в однородное магнитное поле поместить проводник с током, то на него будет действовать сила. Величина этой силы определяется законом Ампера, согласно которому . .
– магнитная индукция поля.
; если , то
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, магнитная индукция – величина, численно равная силе, с которой поле действует на проводник с током в 1А и длиной в 1м.
В случае если левую руку поставить так, чтоб магнитные силовые линии входили в ладонь, а 4 вытянутых пальца указывали направление тока, то большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.
Магнитная индукция – величина векторная и является силовой характеристикой поля.
За направление вектора магнитной индукции в каждой точке поля принимают направление магнитных силовых линий.
Магнитные силовые линии перпендикулярны проводнику с током, то .
2. Магнитный поток.
Величина, измеряемая произведением магнитной индукции на величину площади, перпендикулярной векторам магнитной индукции, принято называть магнитным потоком.
Стоит сказать, что для неоднородного поля на площадке выделяют элементарную площадь , на которой поле будет однородным.
3. Магнитная проницаемость
Различают абсолютную и относительную магнитную проницаемость среды.
Абсолютная магнитная проницаемость среды характеризует магнитные свойства среды, в которой возникло магнитное поле.
Абсолютная магнитная проницаемость вакуума принято называть магнитной постоянной.
Величина, показывающая, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость среды больше или меньше абсолютной магнитной проницаемости вакуума, принято называть относительной магнитной проницаемостью
Учитывая зависимость отвеличины m все вещества подразделяются на парамагнитные, диамагнитные и ферромагнитные.
У парамагнитных веществ (для Al m=1,000023).
У диамагнитных веществ (для Си m=0,99991).
У ферромагнитных веществ , то есть в 10¸100 тысяч раз больше 1.
4. Напряженность магнитного поля
Напряженность как и магнитная индукция характеризует интенсивность магнитного поля, но не зависит от свойств среды.
Напряженность – величина векторная, направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Величина, равная произведению напряженности магнитного поля Н на участок длины магнитной силовой линии l, принято называть магнитным напряжением:
Магнитное напряжение, вычисленное по всей длине l магнитной силовой линии, принято называть магнитодвижущей силой, или намагничивающей силой:
или
Закон полного тока
Магнитное поле, создаваемое током, и ток в проводнике неразрывно связаны между собой, следовательно, и величины, характеризующие магнитное поле (магнитный поток, магнитная индукция и т.д.) также связаны с током в проводнике.
Закон полного тока и устанавливает зависимость между током в проводнике и напряженностью магнитного поля.
Полным током называют алгебраическую сумму токов, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром ((SI) – полный ток).
| В случае если ток создает магнитное поле, направление которого совпадает с произвольно выбранным направлением обхода контура, то он берется со знаком ʼʼ+ʼʼ, а если нет – со знаком ʼʼ-ʼʼ |
| Магнитное поле во всех точках контура будет различным и по значению и по направлению, в связи с этим выделим на контуре элементарный участок и допустим, что вектор напряжен-ности в этой точке образует |
с участком угол a. Вектор Н можно разложить на две составляющие, одна из которых совпадает с участком , а вторая – перпендикулярна ему.
Для определения намагничивающей силы для замкнутого контура крайне важно просуммировать (проинтегрировать) все магнитные напряжения, вычисленные вдоль этого контура.
Опытным путем установлено, что намагничивающая сила, вычисленная вдоль замкнутого контура, равна полному току (алгебраической сумме токов, пронизывающих поверхность, ограниченную магнитной силовой линией, по которой вычислена намагничивающая сила).
Применение закона полного тока
1. Магнитное поле вокруг прямолинейного проводника с током
Длина контура равна длине окружности, таким образом, чем дальше точка удалена от проводника, тем напряженность поля в ней будет меньше.
2. Напряженность поля внутри цилиндрического проводника
| Необходимо определить напряженность поля внутри проводника в т.А, расположенной на расстоянии х от центра проводника (х<R). Плотность тока по всему сечению |
проводника одинакова, в связи с этим протекающий через площадь, ограниченную окружностью с радиусом х, ток равен . С другой стороны плотность тока , а площадь, ограниченная контуром с радиусом х: .
где
Напряженность поля внутри проводника увеличивается от нуля в центре проводника до максимального значения на его поверхности, а затем по мере удаления от поверхности проводника опять уменьшается.
| Магнитную индукцию можно определить как и для прямолинейного проводника с током магнитная индукция будет равна , а внутри проводника с током – |
3. Магнитное поле кольцевой и цилиндрической катушек
| На кольцевой катушке равномерно намотана обмотка, имеющая w витков. Напряженность поля внутри сердечника на расстоянии R благодаря симметрии во всех точках будет одинакова согласно закону полного тока (- для однородного поля). Определим напряженность поля Н внутри кольцевой катушки. |
Полный ток , где w – число витков.
, тогда
Наибольшая напряженность и магнитная индукция будут на внутренней поверхности кольца, а наименьшие – на внешней поверхности кольца. В случае если взять контур с радиусом или с радиусом , то напряженность и магнитная индукция в этих точках будут равны нулю, т.к. эти точки не пронизываются токами.
| Цилиндрические катушки можно рассматривать как кольцевую с бесконечно большим радиусом. По этой причине напряженность поля цилиндрической катушки определяется как: |
– длина катушки;
– полный ток.
referatwork.ru
Связь основных величин, характеризующих магнитное поле. Механические силы в магнитном поле
Магнитное поле постоянного тока это одна из компонент электромагнитного поля, не изменяющегося во времени. Оно создается неизменными во времени токами, протекающими по проводящим телам, неподвижным в пространстве по отношению к наблюдателю. Хотя при протекании постоянных токов имеется и вторая компонента электромагнитного поля, а именно электрическое поле, но оно во времени не изменяется и потому не влияет на магнитное поле. Благодаря этому магнитное поле постоянного тока можно рассматривать независимо от электрического. Магнитное поле характеризуется индукцией B, намагниченностью J и напряженностью магнитного поля Н. Эти три величины связаны соотношением:
В=m0 (Н + J) = m0mН =maН, (13.1)
где m0— магнитная постоянная, в системе СИ равная 4p·10-7 Гн/м; m — относительная магнитная проницаемость; ma — абсолютная магнитная проницаемость.
Рис. 13.1. Действие магнитного поля на проводник с током.
Одним из основных проявлений магнитного поля является воздействие его на проводник с током, помещенный в это поле. Опыт показывает, что сила F, с которой магнитное поле действует на элемент проводника длиной dl с током I, определяется следующим образом:
F = I[dl B]. (13.2)
Эта сила направлена перпендикулярно индукции в данной точке поля и перпендикулярна элементу тока I dl(рис. 13.1, а). Если индукция В и элемент длиной dl параллельны, то элемент тока не испытывает механического воздействия со стороны магнитного поля. Механическое воздействие магнитного поля на элемент тока максимально, когда В и dlвзаимно перпендикулярны. Из (13.2) следует, что индукция -это силовая характеристика поля, определенная при условии, что внесенный в данную точку поля элемент тока Idl, расположенный перпендикулярно В, не исказил магнитного поля, существовавшего до внесения в эту точку элемента тока. Другими словами, при оговоренном расположении элемента тока индукция численно определяется так
.
Имея в виду это условие неискажения поля внесением элемента тока, в соответствии с (13.2) говорят также, что индукция может быть определена как сила, действующая на проводник длиной dl, равной единице, если по нему протекает ток I, равный единице.
Рис.13.2 Связь проводника с током и вектором напряженности
магнитного поля Н.
В СИ единицей измерения индукции является тесла
(1 Тл = 1ВΈс/м2) в системе СГСМ — гаусс — Гс.
Механическое воздействие магнитного поля на ток можно пояснить, исходя из представления о деформации силовых линий магнитного поля или из понятия о силах Лоренца. Деформация силовых линий иллюстрируется рис.13.1, б-г. На рис. 13.1 изображены: б – силовые линии равномерного магнитного поля до внесения в него провода с током; в – силовые линии уединенного провода с током; г – силовые линии результирующего поля. Слева от провода силовые линии собственного поля провода направлены встречно силовым линиям внешнего равномерного поля, а справа — согласно с ним. Поэтому результирующее поле слева от провода разрежено, а справа сгущено. Силовые линии, стремясь выпрямиться, производят давление на провод справа налево. Обратим внимание на то, что силовая линия, показанная пунктиром на рис. 13.1, г), является как бы граничной между силовыми линиями, расположенными справа и слева от провода. В точке С этой линии магнитная индукция равна нулю. При взаимно перпендикулярном расположении магнитного поля и провода с током направление действия силы часто определяют по мнемоническому правилу, получившему название правила левой руки; если расположить левую руку таким образом, что силовые линии будут входить в ладонь, вытянутые пальцы направить по току, то отогнутый большой палец покажет направление действующей силы. Взаимодействие поля с током имеет место независимо от причин возникновения магнитного поля, в результате ли протекания макротоков в электрических контурах, или вследствие протекания микротоков в ферромагнитных материалах, или потока электронов в вакуумном приборе и т. п. Оно наблюдается как в постоянном, так и в изменяющемся во времени поле.
Рассмотрим пример. На рис. 13.1, д изображены два параллельных провода, расстояние между которыми а = 10 см. По первому проводу течет ток I1 = 1000 А, по второму I2 = 500 А (направления токов показаны стрелками). Определить силу взаимодействия между проводами на длине 1 м.
Для решения воспользуемся формулой (13.2). Учтем, что угол между элементом длины второго провода dl и индукцией В от левого провода равен 90°. Поэтому модуль векторного произведения [dl В] равен dlВ sin 900 = dl В.
Магнитная индукция, создаваемая первым проводом в точках, где расположен второй провод, по закону полного тока B= .
Сила
;
.
Под действием силы провода стремятся сблизиться.
cyberpedia.su
Величины, характеризующие электромагнитное поле — МегаЛекции
| Величина | Единица измерения | |
| Наименование | Обозначение | |
| Напряженность электрического поля | Вольт на метр | В/м |
| Электрическая индукция | Кулон на квадратный метр | Кл/м2 |
| Напряженность магнитного поля | Ампер на метр | А/м |
| Магнитная индукция | Тесла | Тл |
| Плотность тока | Ампер на квадратный метр | А/м2 |
| Сила тока | Ампер | А |
| Электрический заряд | Кулон | Кл |
| Электрическое напряжение | Вольт | В |
| Плотность потока энергии электромагнитного поля | Ватт на квадратный метр | Вт/м2 |
Естественные электромагнитные поля
В спектре естественных электромагнитных полей условно можно выделить несколько составляющих – это
– постоянное магнитное поле Земли (геомагнитное поле, ГМП)
– электростатическое поле
– переменные электрические и магнитные поля в диапазоне частот от 3-10 Гц до 1012 Гц.
Особое внимание при изучении влияния естественных ЭМП на живую природу уделяется геомагнитному полю, как одному из важнейших факторов окружающей среды.
ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ГМП – магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками.
Земля обладает магнитным полем дипольного типа, как будто бы в ее центре расположен гигантский полосовой магнит. Дипольный магнитный момент Земли на 1995 год составлял 7,812·1025 Гс·см³ (или 7,812·1022 А·м²), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на 0,004·1025 Гс·см³ или на 0,05% в год.
Магнитный дипольный момент Земли – основная векторная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Представляет собой вращающий момент, действующий на планету Земля в магнитном поле. Измеряется в А⋅м2 или Дж/Тл (СИ)
Сейчас напряжённость магнитного поля Земли составляет около 30 000 нТл на экваторе (где вектор поля направлен по горизонтали) и 60 000 нТл на полюсах (где вектор направлен вертикально).
Палеомагнитные реконструкции позволили установить, что в истории Земли уже многократно происходили инверсии магнитного поля, т.е. полюса геомагнитного диполя менялись местами. За последние 5 млн. лет это происходило уже около 20 раз (примерно каждые 250 000). Но последняя такая инверсия случилась примерно 780 тыс. лет назад. Объяснения столь длительного периода стабильности пока нет. Однако то, что в настоящее время главное магнитное поле Земли довольно интенсивно уменьшается, неоспоримый факт.
Если уменьшение дипольной компоненты поля со скоростью 0,05% в год продолжится, то эта основная составляющая поля исчезнет уже в четвёртом тысячелетии. А магнитное поле Земли станет многополярным. Такая конфигурация поля всегда предшествует переполюсовке а Земля в этот период лишается своего прочного магнитного щита, который экранирует Землю от энергичных заряженных частиц, приходящих из космоса и от Солнца. Эти частицы, постепенно оседая, активно разрушают стратосферный озон. В результате уменьшения концентрации озона увеличивается вредная УФ -радиация. Сейчас уменьшение содержания озона фиксируется на всех широтах, несмотря на активные меры, принятые в рамках Монреальского протокола о защите озонового слоя Земли. Наиболее ввысокие потери озона происходят в Южном полушарии над Антарктикой. В весенний период здесь развивается самая большая озоновая дыра. Моделирование показывает, что при нулевом геомагнитном поле концентрация озона в атмосфере уменьшится на 50%. Такое сокращение содержания озона и появление многочисленных озоновых дыр приведут к катастрофическим последствиям для биосферы.
Рис. 2 Геомагнитное поле земли: а) – дипольное магнитное поле, б) – магнитное поле Земли, трансформированное потоком солнечного ветра.
Считается, что магнитное поле Земли генерируется токами в жидком металлическом ядре. В тоже время проблема происхождения и сохранения поля по сей день не считается решённой. Среди имеющихся гипотез наиболее правдоподобны две:
–поле вызвано вращающимся железным ядром Земли,
–гигантским электрическим током, опоясывающим Землю на большом расстоянии от центра Земли.
Свой вклад в формирование естественного электромагнитного фона Земли вносят:
1. Мировая и локальная грозовая активности. ЭМП, происхождение которых обусловлено грозовой активностью, наблюдаются и на более высоких частотах (0,1-15 кГц).
2. Электромагнитные излучения всего радиочастотного диапазона, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, видимый свет, ионизирующее излучение, входящие в спектр солнечного и галактического излучений, достигающих Земли.
В совокупности естественные ЭМП Земли представляют собой целый спектр электромагнитных «шумов», в условиях воздействия которых существует сама Земля и все живое на ней.
Основную часть геомагнитного поля Земли составляет – магнитосфера (внешнее поле) и некоторую ее часть магнетизм собственно самой Земли и ее недр.
Величина постоянного ГМП может изменяться на поверхности Земли от 26 мкТл (в районе Рио-де-Жанейро) до 68 мкТл (вблизи географических полюсов), достигая максимумов в районах магнитных аномалий (Курская аномалия, до 190 мкТл).
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
megalektsii.ru
Величины, характеризующие электромагнитное поле
Поиск Лекций| Величина | Единица измерения | |
| Наименование | Обозначение | |
| Напряженность электрического поля | Вольт на метр | В/м |
| Электрическая индукция | Кулон на квадратный метр | Кл/м2 |
| Напряженность магнитного поля | Ампер на метр | А/м |
| Магнитная индукция | Тесла | Тл |
| Плотность тока | Ампер на квадратный метр | А/м2 |
| Сила тока | Ампер | А |
| Электрический заряд | Кулон | Кл |
| Электрическое напряжение | Вольт | В |
| Плотность потока энергии электромагнитного поля | Ватт на квадратный метр | Вт/м2 |
Естественные электромагнитные поля
В спектре естественных электромагнитных полей условно можно выделить несколько составляющих – это
– постоянное магнитное поле Земли (геомагнитное поле, ГМП)
– электростатическое поле
– переменные электрические и магнитные поля в диапазоне частот от 3-10 Гц до 1012 Гц.
Особое внимание при изучении влияния естественных ЭМП на живую природу уделяется геомагнитному полю, как одному из важнейших факторов окружающей среды.
ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ГМП – магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками.
Земля обладает магнитным полем дипольного типа, как будто бы в ее центре расположен гигантский полосовой магнит. Дипольный магнитный момент Земли на 1995 год составлял 7,812·1025 Гс·см³ (или 7,812·1022 А·м²), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на 0,004·1025 Гс·см³ или на 0,05% в год.
Магнитный дипольный момент Земли – основная векторная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Представляет собой вращающий момент, действующий на планету Земля в магнитном поле. Измеряется в А⋅м2 или Дж/Тл (СИ)
Сейчас напряжённость магнитного поля Земли составляет около 30 000 нТл на экваторе (где вектор поля направлен по горизонтали) и 60 000 нТл на полюсах (где вектор направлен вертикально).
Палеомагнитные реконструкции позволили установить, что в истории Земли уже многократно происходили инверсии магнитного поля, т.е. полюса геомагнитного диполя менялись местами. За последние 5 млн. лет это происходило уже около 20 раз (примерно каждые 250 000). Но последняя такая инверсия случилась примерно 780 тыс. лет назад. Объяснения столь длительного периода стабильности пока нет. Однако то, что в настоящее время главное магнитное поле Земли довольно интенсивно уменьшается, неоспоримый факт.
Если уменьшение дипольной компоненты поля со скоростью 0,05% в год продолжится, то эта основная составляющая поля исчезнет уже в четвёртом тысячелетии. А магнитное поле Земли станет многополярным. Такая конфигурация поля всегда предшествует переполюсовке а Земля в этот период лишается своего прочного магнитного щита, который экранирует Землю от энергичных заряженных частиц, приходящих из космоса и от Солнца. Эти частицы, постепенно оседая, активно разрушают стратосферный озон. В результате уменьшения концентрации озона увеличивается вредная УФ -радиация. Сейчас уменьшение содержания озона фиксируется на всех широтах, несмотря на активные меры, принятые в рамках Монреальского протокола о защите озонового слоя Земли. Наиболее ввысокие потери озона происходят в Южном полушарии над Антарктикой. В весенний период здесь развивается самая большая озоновая дыра. Моделирование показывает, что при нулевом геомагнитном поле концентрация озона в атмосфере уменьшится на 50%. Такое сокращение содержания озона и появление многочисленных озоновых дыр приведут к катастрофическим последствиям для биосферы.
Рис. 2 Геомагнитное поле земли: а) – дипольное магнитное поле, б) – магнитное поле Земли, трансформированное потоком солнечного ветра.
Считается, что магнитное поле Земли генерируется токами в жидком металлическом ядре. В тоже время проблема происхождения и сохранения поля по сей день не считается решённой. Среди имеющихся гипотез наиболее правдоподобны две:
–поле вызвано вращающимся железным ядром Земли,
–гигантским электрическим током, опоясывающим Землю на большом расстоянии от центра Земли.
Свой вклад в формирование естественного электромагнитного фона Земли вносят:
1. Мировая и локальная грозовая активности. ЭМП, происхождение которых обусловлено грозовой активностью, наблюдаются и на более высоких частотах (0,1-15 кГц).
2. Электромагнитные излучения всего радиочастотного диапазона, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, видимый свет, ионизирующее излучение, входящие в спектр солнечного и галактического излучений, достигающих Земли.
В совокупности естественные ЭМП Земли представляют собой целый спектр электромагнитных «шумов», в условиях воздействия которых существует сама Земля и все живое на ней.
Основную часть геомагнитного поля Земли составляет – магнитосфера (внешнее поле) и некоторую ее часть магнетизм собственно самой Земли и ее недр.
Величина постоянного ГМП может изменяться на поверхности Земли от 26 мкТл (в районе Рио-де-Жанейро) до 68 мкТл (вблизи географических полюсов), достигая максимумов в районах магнитных аномалий (Курская аномалия, до 190 мкТл).
Рекомендуемые страницы:
poisk-ru.ru
Основные величины, характеризующие электромагнитное поле
Электротехника Основные величины, характеризующие электромагнитное полепросмотров – 550
Электромагнитное поле
Электромагнитное поле проявляется в силовом воздействии на заряженные тела; эти силы, в свою очередь, представляются векторами. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, электромагнитное поле может быть описано с помощью математической модели – векторного поля.
Электрическое поле характеризуется силовым взаимодействием как с неподвижными, так и с движущимися зарядами, причем кинетическая энергия движущейся частицы при этом взаимодействии изменяется.Напряженность электрического поля – ϶ᴛᴏ векторная величина, определяющая силу , действующую на частицу, имеющую единичный заряд , со стороны электрического поля:
, В/м.
Направление вектора совпадает с направлением действия силы. Заряд – скалярная величина. В случае если заряд отрицателен, то направление действия силы и направление вектора напряженности электрического поля противоположны. Определив напряженность поля во всех его точках, можно провести ряд линий так, чтобы в каждой точке этих линий касательные к ним совпадали по направлению с вектором напряженности (рис. 10.1). Это – силовые линии поля; их совокупность дает картину поля.
Силовые линии имеют начало и конец; они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных; силовые линии всегда перпендикулярны к поверхности проводника.
Для материальных сред вводят второе векторное поле , названное полем электрического смещения или электрической индукции. Величины и в вакуумесвязаны соотношением:
[Кл/м2],
где e0=8,854·10-12 Ф/м – постоянная, найденная экспериментально и названная электрической постоянной вакуума.
В случае если в электрическое поле поместить непроводник (диэлектрик), то часть электрического поля будет обусловлена поляризацией диэлектрика и направлена против внешнего поля . Напряженность электрического поля уменьшится с до . Отношение этих значений напряженности электрического поля принято называть относительной диэлектрической проницаемостью:
.
Она показывает, во сколько раз сила взаимодействия между электрическими зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме.
Абсолютную диэлектрическую проницаемостьпредставляют в виде произведения двух величин:
.
Свойства среды могут либо изменяться по определенному закону от точки к точке – такие среды называют неоднородными, либо в любой точке оставаться неизменными – этооднородные среды. Среды, физические свойства которых вокруг любой точки одинаковы по всем направлениям, – изотропные. Величина e для изотропных сред постоянна. Среды, свойства которых различны по разным направлениям, – анизотропные.
Магнитное поле характеризуется силовым взаимодействием лишь с движущимися зарядами, причем кинетическая энергия заряженных тел остается при этом постоянной. Как и при электрическом взаимодействии, магнитное поле в вакууме может быть описано с помощью единственного векторного поля. Это поле магнитной индукции [Тл]. Принцип его определения основан на том, что точечный заряд q, движущийся в электромагнитном поле со скоростью , испытывает действие силы, называемой силой Лоренца:
.
Первый член в этом выражении обусловлен действием электрического поля, второй – магнитного. Магнитная часть силы Лоренца всегда действует перпендикулярно к траектории частицы.
В природе существует довольно большой класс веществ, помещение которых в магнитное поле приводит к его изменению. Οʜᴎ называются магнетиками. Для явлений в магнетиках задание векторного поля оказывается недостаточным. По этой причине вводится второе векторное поле [А/м], называемое напряженностью магнитного поля. В вакууме векторы и связаны между собой следующим соотношением:
,
где m0=1,257·10-6 Гн/м – магнитная постоянная вакуума. Величина учитывает свойства среды и принято называть магнитной проницаемостью (здесь – относительная магнитная проницаемость).
В случае если соотношения и для какой-либо среды линейны, то такая среда также принято называть линейной.
oplib.ru
