Магнитное поле напряженность и индукция

Чтобы убедиться в присутствии магнитного поля в проводнике через который идет ток, можно поднести сверху к нему обычный компас. Стрелка компаса сразу отклонится в сторону. Если поднести компас к проводнику с током снизу — стрелка отклонится в противоположную сторону.

Итак, стрелка компаса отклонилась и установилась вдоль магнитного поля, создаваемого током. Впервые, такой опыт провел в 1820 году, датский физик Эрстед.

Таким образом, электрический ток бегающий по проводнику, создает магнитное поле вокруг этого проводника.

Возле проволочного витка с током на рисунке выше можно заметить две области южный и северный магнитные полюсы. Направление магнитного поля определяется направлением тока, который это поле создал. Если расположить рядом друг с другом два проводника и пропустить через них эл.ток, то в любой точке между ними силы, действующие на стрелку компаса, будут задаваться магнитными полями обоих проводников. Причем в зависимости от токового направления оба магнитных поля могут либо действовать друг против друга и даже полностью взаимно уничтожаться, либо - синхронно. При согласованном действии полей их обоюдные усилия складываются.

Простой металлический проводник с током, образующий магнитное поле небольшой величины, не имеет практической ценности, а вот если его свернуть в кольцо, то появляются сразу три явления: во-первых, силовые линии собираются вместе, концентрируются в центре кольца и появляются Южный и Северный полюсы.

Большее усиление суммарного маг. поля достигается, если свернуть из проводника сразу несколько колец. Магнитное поле внутри такого кольца будет суммой многих согласованно действующих полей и многократно усилится, по сравнению с полем не изогнутого проводника. Такой спиралевидный компонент называют катушкой. На этом принципе работают электромагниты во всех электронных устройствах. Он состоит из огромного числа витков, уложенных очень плотно. Это позволяет всем силовым линиям собраться вместе, при протекании эл.тока.

Чем больше количество витков в катушке тем больше силовых линий соберется вместе, и тем больше ток. Следовательно, величина магнитного поля прямо пропорциональна количеству витков и токовому номиналу. Для поддержания силовых линий внутрь катушки помещают металлический сердечник.

Магнитное поле - силовые линии

Убедившись, опытным путем в существовании вокруг проводника с током магнитного поля, то-есть пространства, где присутствуют некоторые силы, попытаемся разобраться со свойствами этого поля в следующем эксперименте. Поместим на бумажный лист тонкий слой железных и проложим через центр листа металлический проводник. В момент подачи напряжения через проводник, опилки лягут вокруг проводника правильными концентрическими окружностями . Линии, нарисованные опилками, полностью совпадают с силовыми линиями магнитного поля. Таким образом, магнитные силовые линии не имеют ни начала, ни конца, а являются полностью замкнутыми. Стрелка компаса ориентированная на север, в магнитном поле, всегда показывает направлении вдоль магнитных силовых линий.

Свойства магнитных силовых линий обладают отдельными чертами со свойствами электрических силовых линий. Магнитные силовые линии пытаются сократить свою длину; если, силовые линии однонаправленные, то они будут отталкиваться друг от друга, е если противополож­но направленные, то притягиваются и даже могут взаимно уничтожить друг друга.

Магнитные силовые линии протекают через железо гораздо легче, чем через другие вещества. Если расположить железный пустотелый шар в магнитном поле, созданным постоянным магнитом, то силовые линии пройдут через оболочку этого шара, не попадая в внутреннюю полость.

Это свойство магнитного поля получило широкое распространение в радиоэлектронике для защиты различных компонентов схемы, например, трансформаторов, катушек индуктивности и пр., от влияния внешних магнитных полей. Такая защита получила название антимагнитное экранирование.

Магнитное поле напряженность

Напряженность магнитного поля, оценивают по количеству магнитных силовых линий в какой-то точке поля. Напряженность магнитного поля обозначают в формулах латинским символом Н. Напряженность магнитного поля показывает общее число силовых линий магнитного поля, проходящих через один см² поперечного сечения поля.

Магнитные силовые линии, пронизывающие объект, называют магнитным потоком. Он будет тем больше, чем больше количество силовых линий проходит через какой-то предмет. Магнитный поток в формулах обозначают символом Ф.

Направление силовых линий связано с направлением следования тока в проводнике. Наиболее простым способом определения направления магнитных силовых линий считается использование правила буравчика

Определение правило буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока идущего через проводник, то направление вращения буравчика совпадет с направлением магнитных силовых линий.

Придадим проводнику форму кольца. Пользуясь правилом буравчика, мы легко выясним, что силовые линии, генерируемые всеми участками проводника, имеют внутри кольца одинаковое направление. Поэтому, внутри кольцевого проводника магнитное поле будет на порядок сильнее, чем снаружи.

В следующем опыте изготовим из проводника цилиндрическую спираль и подадим на нее электрический ток, который будет идти по всем виткам в одном и том же направлении. Это будет эквивалентно тому, что мы разместим ряд кольцевых проводников на одной общей оси. Проводник, имеющий такую форму, получил название соленойд или катушка.

Используя правило буравчика, мы легко поймем, что силовые линии, создаваемые витками соленойда, имеют внутри него одинаковое направление и значит более сильное магнитное поле, чем внутри любого одного витка. Между соседними витками катушки магнитные силовые линии направлены навстречу друг другу, и по­этому магнитное поле в этих местах будет ослаблено. Снаружи катушки направление всех силовых линий будет совпадать.

Магнитное поле катушки сильнее, если выше сила тока, идущего по ее виткам, и чем ближе друг к другу, расположены они. Произведение силы тока в амперах на число витков, называется ампер- виток и описывает магнитное действие тока, то есть магнитодвижущую силу. Используя новые термины, можно сказать, что магнитное поле катушки тем выше, чем больше ампервитков на единицу осевой длины катушки.

Индукция магнитного поля

Способность влиять магнитным полем на объект называется магнитной индукцией. При помещении в соленойд стального стержня (сердечника) ее магнитный поток увеличивается многократно. Объясняется это так. Железо, входящее в любой сплав стали имеет кристаллическую структуру. Отдельные кристаллы обладают свойствами мини магнитов. В обычном состоянии они расположены хаотично. Магнитные поля их взаимно уничтожаются, и поэтому стальной сердечник не проявляет магнитных свойств.

При помещении стального сердечника в магнитное поле молекулярные магниты поворачиваются на некоторый угол и устанавливаются вдоль силовых линий. Чем выше уровень магнитного поля, тем выше число молекулярных магнитов поворачивается и тем упорядочнее становится их расположение. Поля одинаково направленных магнитов не уничтожают уже друг друга, а наоборот, возрастают, увеличивая дополнительные силовые линии. Магнитный поток, создаваемый мини магнитами , во много раз выше основного магнитного потока, создаваемого соленойдом; именно поэтому магнитный поток соленойда при помещении в нее стального сердечника увеличивается многократно.

Если плавно увеличивать ток, протекающий по виткам соленойда, то магнитный поток в сердечнике будет возрастать до тех пор, пока все молекулярные магниты не повернутся по направлению силовых линий. После этого возрастание магнитного потока закончится. Это состояние сердечника называется магнитным насыщением.

Число, показывающее, во сколько раз вырос магнитный поток соленоида при введении в него сердечника, называется магнитной проницаемостью материала и обозначается символом µ. Магнитная проницаемость железа и отдельных стальных сплавов доходит до нескольких сотен тысяч. Для большинства обычных материалов она близка к единице.

Произведение напряженности магнитного поля Н на проницаемость материала µ получила название магнитной индукцией В.

Магнитная индукция определяет количество силовых линий в каком либо материале, проходящих через 1 см² сечения материала. После прекращения движения тока в катушке с обычным железным сердечником, теряет свои магнитные свойства, потому что молекулярные магниты снова располагаются хаотично. Если же сердечник стальной, то он сохраняет магнитные свойства. Объясняется это тем, что в стали молекулярные магниты способны сохранять свое направленное расположение. Соленойд с железным сердечником называют электромагнитом, так как его магнитные свойства обусловлены протеканием тока.

Движении замкнутого проводника в магнитном поле. Электромагнитная индукция, правило левой руки

Поместим между полюсами постоянного магнита проводник, по которому идет электрический ток. Мы сразу заметим, что проводник будет выталкиваться полем магнита из междуполюсного пространства. Объяснить это достаточно просто...

Для определения полярности электромагнита применяют "Правило левой руки". Которое в упращенном варианте звучит следующим образом. Обхватывая левой рукой катушку индуктивности, четыре пальца покажут токовое направление, а большой укажет на Северный полюс магнита.

Правило правой руки. Взаимоиндукция

Правая рука повернутая ладонью навстречу силовым линиям магнитного поля, а большой палец направлен в сторону движения проводника, то четыре оставшихся пальца укажут, в каком направлении идет индукционный ток

Самоиндукция . ЭДС самоиндукции

В первые моменты времени после подачи тока значительная часть энергии источника питания расходуется на создание магнитного поля и лишь минимальная часть — на преодоление сопротивления проводника. Поэтому в момент замыкания схемы ток не сразу достигнет предельной своего максимального значения. Она установится в цепи лишь после окончания процесса создания магнитного поля