Лекция 4. Анализ и расчет магнитных полей

Магнитное поле и его характеристики.

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле. Оно обладает энергией, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на движущиеся электрические заряды, т. е. электрический ток. Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется также лишь на движущиеся заряды. Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют единое электро-магнитное поле. Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изменение магнитного поля сопровождается возникновением электрического поля.

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость, напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция.

Интенсивность магнитного поля, т. е. способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией В. Чем сильнее магнитноe поле, тем большую индукцию оно имеет. Т.е. магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля. В можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т. е. числом силовых линий, проходящих через единицу площади, расположенную перпендикулярно магнитному полю. Различают однородные и неоднородные магнитные поля. В однородном магнитном поле магнитная индукция в каждой точке поля имеет одинаковое значение и направление. Однородным может считаться поле в воздушном зазоре между разноименными полюсами магнита или электромагнита. Единица измерения магнитной индукции - тесла(Тл); 1 Тл = 1 Вб/м².

Магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции сквозь площадку S называют величину

где Ф – магнитный поток, Вб;

В – магнитная индукция, Тл;

S – плоская площадка, м²;

α – угол между направлением нормали n к площадке и направлением индукции В;

Bn – проекция вектора В на нормаль n.

Единица измерения магнитного потока в системе СИ - вебер (Вб), имеет размерность В*с (вольт-секунда). Единица измерения магнитной индукции - тесла(Тл); 1 Тл = 1 Вб/м².

Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данного материала больше магнитной постоянной. Численно равна отношению абсолютной магнитной проницаемости μ_а к магнитной постоянной μ₀ (μ = μ_а/μ₀).

Изменение силы взаимодействия между проводниками с током обусловлено изменением интенсивности магнитного поля, вызванного размером, формой проводов, а также магнитными свойствами вещества, находящегося между проводами.

В зависимости от свойств среды величина μ может быть большей, чем в вакууме, (μ>1) или меньшей (μ<1). Магнитная проницаемость воздуха и большинства веществ, за исключением ферромагнитных материалов, близка к единице, поэтому для них μ_а ≈ μ₀ = 4л • 10^-7 Г/м.

Напряженность магнитного поля. Векторная величина, являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Напряженность Н не зависит от магнитных свойств среды. Магнитная индукция и напряженность связаны отношением

H = B/m_а = B/(mm_о)

Следовательно, в среде с неизменной магнитной проницаемостью индукция магнитного поля пропорциональна его напряженности. Напряженность магнитного поля измеряется в ампер на метр (А/м).

Магнитное поле проводника с током.

При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля располагаются по концентрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током.
Направление магнитного поля вокруг проводника с током всегда находится в строгом соответствии с направлением тока, проходящего по проводнику. Направление магнитных силовых линий можно определить по правилу буравчика. Его формулируют следующим образом. Если поступательное движение буравчика совместить с направлением тока в проводнике, то направление вращение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас за плоскость, то магнитное поле, возникающее вокруг этого проводника, направлено по часовой стрелке. Если ток по проводнику проходит по направлению к нам, то магнитное поле вокруг проводника направлено против часовой стрелки. Чем больше ток, проходящий по проводнику, тем сильнее возникающее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.

Электромагнитная индукция - это явление возникновения тока в замкнутом проводнике, при прохождении через него магнитного потока.