Магнитные цепи. Введение, часть 1

15 September

Если по проводнику пропустить электрический ток, то вокруг него возникнет магнитное поле.

Направление силовых линий поля при заданном протекании тока в проводе
Направление силовых линий поля при заданном протекании тока в проводе

Магнитное поле будет возбуждаться не только вокруг проводника с током, но и вокруг движения заряженных частиц, расположенных внутри атомов и молекул.

Атомы вещества, совершая беспорядочное тепловое движение, когда внешнее магнитное поле отсутствует, обычно ориентированы хаотически. В результате возбуждаемые магнитные поля компенсируют друг друга. И при наложении внешнего магнитного поля, атомы ориентируются в направлении этого поля, и когда компенсация нарушается, соответственно тела намагничиваются.

Способность вещества намагничиваться характеризуется относительной магнитной проницаемостью μ(мю).

Вещества, у которых μ меньше единицы, называют диамагнетиками, а у которых μ больше единицы, называют парамагнетиками.

Наибольший интерес, с точки зрения магнитных свойств, представляют ферромагнетики, магнитная проницаемость которых во много раз больше 1 и достигается до 100000. Магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями. Эти линии не имеют ни начала, ни конца. То есть являются замкнутыми.

В пространстве, окружающем магнит, положительное направление силовых линий магнитного поля от северного к южному.

Подключение витка провода на постоянное напряжение
Подключение витка провода на постоянное напряжение

Чем сильнее магнитное поле, тем больше будет плотность линий магнитного поля. Это магнитное поле можно определить с помощью магнитной стрелки. Силовые линии магнитного проводника с током имеют вид окружности.

Силовые линии поля вокруг проводника с током(направление тока в проводе "От нас")
Силовые линии поля вокруг проводника с током(направление тока в проводе "От нас")

Направление магнитных силовых линий определяется правилом буравчика:

Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его рукоятки совпадает с направлением магнитного поля.

Чтобы получить более сильное магнитное поле применяют катушки, это провод, намотанный на каркас. Тогда магнитное поле каждого витка катушки складывается и их силовые линии образуют общий магнитный поток.

Общий магнитный поток вокруг провода, намотанного на каркас
Общий магнитный поток вокруг провода, намотанного на каркас

Для катушки справедливо правило буравчика. Где направление вращения рукоятки, будет совпадать с направлением тока, а движение самого буравчика совпадает с направлением поля внутри катушки.

Буравчик: винт, имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке

Магнитные линии внутри катушки направлены от южного полюса к северному, а снаружи от северного к южному. Сила, с которой магнитное поле воздействует на тело, внесённое в это поле, называется намагничивающей или магнитодвижущей силой(МДС).

Эта сила пропорциональна величине протекающей по проводнику тока. Чем больше витков в катушке, тем больше будет это сила.

Катушка из одного и нескольких витков, подключенная на постоянное напряжение
Катушка из одного и нескольких витков, подключенная на постоянное напряжение

Магнитодвижущая сила равна произведению силы тока на число витков F=Iw. Единица измерения: Ампер витки. Отношения МДС на длину магнитной силовой линии, это напряжённость магнитного поля H=Iw/l. Такая напряженность будет внутри катушки, а снаружи из-за рассеивания магнитного потока она будет меньше.

Если сердечник катушки замкнуть, то есть взять тороид, то магнитные силовые линии будут полностью замыкаться в сердечнике, рассеивание не будет и формула справедлива в любой точке поля.

Катушка на тороидальном сердечнике
Катушка на тороидальном сердечнике

Интенсивность магнитного поля характеризуется магнитной индукции.

Магнитная индукция - величина векторная и в каждой точке поля численно равна силе, действующей на единичный элемент тока, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям.

Свойства магнитных материалов определяются намагниченностью. Связь между тремя характеристиками магнитного поля следующая:

Формула, связывающая магнитную индукцию, напряженность магнитного поля, намагниченность и магнитную постоянную
Формула, связывающая магнитную индукцию, напряженность магнитного поля, намагниченность и магнитную постоянную

Намагниченность - вектор, направление которого совпадает с направлением вектора напряженности в каждой точке поля. Для ферромагнетиков магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля.

Еще одной важной величиной магнитных цепей является магнитный поток. Магнитный поток - величина, определяемая произведением магнитной индукции на площадь сечения.

Подробнее о магнитном потоке и других величинах и характеристиках магнитного поля, мы говорим в следующих статьях.

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.