Какими физическими величинами характеризуется магнитное поле

Основными векторными величинами, характеризующими магнитное поле, являются магнитная индукция и намагниченность .

Магнитная индукция – это векторная величина, определяемая по силовому воздействию магнитного поля на движущийся электрический заряд.

Намагниченность – магнитный момент единицы объема вещества.

Кроме этих двух величин магнитное поле характеризуется вектором напряженности .

Три величины – , , – связаны друг с другом следующей зависимостью:

(32.4)

В системе СИ единица индукции В – Тесла (Тл), а единица намагниченности и напряженности – ампер на метр (А/м).

Намагниченность представляет собой вектор, направление которого в данной точке поля совпадает с направлением вектора . При этом

æ , (32.5)

где æ – магнитная восприимчивость вещества, характеризующая способность вещества намагничиваться.

Подставив (32.5 ) в (32.4) и обозначив (1+æ) = ,получим:

(32.6)

где =μаотносительная магнитная проницаемость среды;

μмагнитная постоянная, характеризующая магнитные свойства вакуума;

μа абсолютная магнитная проницаемость среды.

В системе СИ μ = 4πּ10 -7 Гн/м.

У ферромагнитных материалов µ и æ зависят от напряженности магнитного поля H и поэтому зависимость (32.6) является нелинейной. В расчетах магнитных цепей часто используют величину, называемую магнитным потоком Ф, под которой понимают поток вектора магнитной индукции через некоторую поверхность S .

(32.7)

В системе СИ единицей магнитного потока является вебер (вб). Электрический ток, протекая по проводнику, создает в окружающем пространстве магнитное поле. Направление тока в проводнике и магнитных силовых линий связаны правилом буравчика.

Ток возбуждает магнитное поле благодаря своей намагничивающей силе F. Намагничивающая сила создает в пространстве, окружающем проводник, определенную, пропорциональную ей напряженность магнитного поля H. Под действием напряженности магнитного поля изменяется магнитное состояние среды, которое характеризуется вектором магнитной индукции В. Таким образом, напряженность магнитного поля определяется величиной тока, а магнитная индукция зависит как от величины тока, так и от параметров самой среды (через ее магнитную проницаемость).

Вопросы для самоконтроля

1. Какой эквивалентной линейной схемой замещения можно заменить нелинейный резистор?

2. Поясните методику расчета нелинейной цепи постоянного тока методом линеаризации.

3. Как можно применить метод эквивалентного генератора для расчета тока в ветви с нелинейным сопротивлением?

4. Как при помощи нелинейного элемента осуществить стабилизацию тока в нагрузке?

5. Как при помощи нелинейного элемента осуществить стабилизацию постоянного напряжения?

6. Как подразделяются материалы по магнитным свойствам?

7. Перечислите основные величины магнитного поля. Как они связаны между собой?

8. Какую величину называют магнитным потоком? В каких единицах измеряется магнитный поток?

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8811 — | 7169 — или читать все.

Читайте также:  Коврик котик крючком схема

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Электрический ток связан с магнитным полем. Основными величинами, характеризующими магнитное поле, являются: магнитный поток, магнитная индукция и напряженность магнитного поля.

В качестве силовой характеристики магнитного поля вводится векторная величина В, называемая индукцией магнитного поля или просто индукцией. Модуль вектора индукции магнитного поля равен отношению магнитной силы F, направленной вдоль радиуса-вектора, соединяющего точечные заряды, к произведению заряда Q на его скорость v при условии, что заряд движется перпендикулярно вектору индукции:

Единица индукции магнитного поля – Тесла (Тл): 1 Тл — это индукция поля, которое действует на заряд 1 Кл, движущийся со скоростью 1 м/с перпендикулярно вектору индукции, с поперечной силой 1 Н.
Напряженностью Н магнитного поля называют величину:

Другой важной характеристикой магнитного поля является величина, называемая магнитным потоком.

Единицу магнитного потока – вебер (Вб): 1 Вб — магнитный поток, пронизывающий поверхность площадью 1 метр кв., расположенную перпендикулярно силовым линиям однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл.
Напряженность магнитного поля связана с магнитной индукцией соотношением

Магнитная проницаемость вещества
Относительная магнитная проницаемость
Магнитная проницаемость в вакууме
Магнитная проницаемость — безразмерная величина. Таким образом, каждое данное вещество может характеризоваться присущей ему магнитной проницаемостью, так же как диэлектрик — диэлектрической проницаемостью.
Все тела, помещаемые в магнитное поле, изменяют его индукцию.
В 50-х годах прошлого столетия Фарадей обнаружил, что все тела обладают магнитными свойствами, но степень и характер их взаимодействия с полем у различных веществ различны. В связи с этим различают вещества с парамагнитными, диамагнитными и ферромагнитными свойствами.

· диамагнетики (висмут, вода, водород, медь, стекло);

· парамагнетики (кислород, платина, вольфрам, алюминий);

· ферромагнетики (железо, кобальт, чугун, никель).

У диамагнетиков, как и у парамагнетиков, зависимость В(Н) (кривая намагничивания рис.11.1) является линейной, отличие только в угле наклона графика.

Рис.11.1. Кривая намагничивания

Кривая намагничивания показывает связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля. У ферромагнетиков эта связь существенно нелинейная. Индукция поля в намагниченном ферромагнетике сначала быстро нарастает с ростом напряженности внешнего магнитного поля. Затем рост индукции поля замедляется. В стали потери на перемагничивание пропорциональны площади, ограниченной кривой намагничивания.

Материалы с большой площадью кривой намагничивания называются магнитотвердыми, с малой площадью кривой намагничивания — магнитомягкими, например, электротехническая сталь. Важное отличие ферромагнетиков также заключается в том, что если пара- или диамагнитные свойства вещества проявляются у газов и жидкостей, то ферромагнитные свойства наблюдают только у кристаллов.

Читайте также:  Как убрать пятна с помощью соды

Рис.11.2. Петля гистерезиса

Характерным свойством ферромагнетиков является гистерезис (рис.11.2). Явление заключается в том, что индукция ферромагнетика В зависит не только от напряженности намагничивающего поля в данный момент, но и от предварительного намагничивания образца. Поэтому вообще нельзя указать, какая индукция ферромагнетика соответствует данному значению напряженности намагничивающего поля, если неизвестно, в каком состоянии он до этого находился. То же, естественно, относится к значениям магнитной проницаемости.
Участок ОС кривой на графике характеризует ход первоначальной намагниченности, т. е. случая, когда ферромагнетик был сначала нагрет выше точки Кюри и тем самым полностью размагничен, а затем охлажден и подвергнут намагничиванию. Совершенно иной вид будет иметь кривая намагничивания, если ферромагнетик был уже ранее намагничен.
Изготовим сердечник в форме тороида из размагниченного ферромагнетика и обмотаем его равномерно проводником. Меняя силу тока в обмотке, мы тем самым меняем напряженность намагничивающего поля. Пусть напряженность поля возрастет до значения Hs. Этому значению поля соответствует индукция насыщения, равная Bs. Будем уменьшать силу тока в обмотке, уменьшая тем самым напряженность намагничивающего поля. Мы убедимся, что индукция сердечника в процессе размагничивания остается все время большей, чем в процессе намагничивания. Когда сила тока в обмотке станет равной нулю, исчезнет и намагничивающее поле. Но индукция ферромагнетика не обратится в нуль — сердечник сохранит некоторую остаточную индукцию Вr. И только в том случае, когда по обмотке будет пропущен ток обратного направления и возникнет поле с напряженностью — Нc, индукция сердечника обратится в нуль. Напряженность размагничивающего поля Нc называют коэрцитивной силой.
Если увеличивать в обмотке силу тока обратного направления, то индукция магнитного поля в сердечнике будет возрастать тоже в противоположном направлении до насыщения.

Магнитной цепью называется часть электротехнического устройства, предназначенная для создания в его рабочем объеме магнитного поля заданной величины и конфигурации.
Магнитная цепь электрических реле, трансформаторов, электрических машин состоит из источников, возбуждающих магнитное поле, и магнитопровода, в котором магнитный поток концентрируется и практически весь замыкается.
При расчете магнитной цепи может быть поставлена задача определения намагничивающей силы (н.с.) при заданном магнитном потоке или индукции — это прямая задача. Обратная задача — определить магнитный поток по намагничивающей силе.
В обеих задачах должны быть известны размеры участков магнитной цепи и кривая намагничивания материала.
Расчет магнитной цепи производится на основании первого закона Кирхгофа, по которому алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитной цепи равна 0:

и второго закона Кирхгофа для магнитной цепи или закона полного тока

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля Н по замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром.
Если контур интегрирования охватывает W витков, то
— намагничивающая сила или магнитодвижущая сила (МДС), измеряется в ампер-витках (ав).

Читайте также:  Как сделать украшение соты

11.3.Закон Ома для участка магнитной цепи длиной lсрплощадью S.

При напряжении Uм между концами участка связь между напряженностью магнитного поля Н и индукцией В выражается формулой:

В этом выражении Ф аналогичен току электрической цепи, а магнитное напряжение — электрическому напряжению.
Тогда магнитное сопротивление

Магнитное сопротивление определяется воздушным зазором. При наличии воздушного зазора для создания соответствующей индукции требуется большой ток. При отсутствии воздушного зазора для создания соответствующей индукции требуется небольшой ток.
Нелинейность кривой намагничивания обусловливает нелинейность индуктивного сопротивления катушки на магнитном сердечнике.
Катушки индуктивности на ферромагнитном магнитопроводе считаются нелинейными элементами как в цепи постоянного тока, так и при синусоидальном напряжении.
Для электрических цепей с нелинейным индуктивным и линейным емкостным сопротивлениями характерны явления феррорезонанса. При последовательном соединении различают феррорезонанс напряжений, а при параллельном — феррорезонанс токов. Для изменения индуктивного сопротивления катушки с ферромагнитным сердечником используют подмагничивание сердечника дополнительной катушкой, питаемой постоянным током. В этом случае она называется дросселем насыщения и используется для регулирования скорости вращения двигателей, регулирования освещения, а также в выпрямительных установках с регулируемым напряжением.

Основные физические величины, описывающие магнитное поле, известны из курса физики. К ним относятся: магнитная индукция, магнитный поток, намагниченность, напряженность магнитного поля, магнитная проницаемость.
Магнитная индукция В определяется силой, испытываемой единичным зарядом Q, движущимся в магнитном поле со скоростью V:
(8.1)
Магнитная индукция измеряется в теслах [Тл].
Магнитный поток Ф — это поток вектора магнитной индукции через площадь S:
(8.2)
В однородном магнитном поле, перпендикулярном площади S, магнитный поток
(8.3)
Магнитный поток измеряется в веберах [Вб]:

Намагниченность есть магнитный момент единицы объема вещества:
(8.4)
где m — вектор магнитного момента элементарного контура:

Напряженность магнитного поля Н связана с В и М зависимостью
(8.5)
где — магнитная постоянная:

Намагниченность и напряженность магнитного поля измеряется в А/М.
Для ферромагнитных материалов
(8.6)
где — относительная магнитная проницаемость.
Воздействие магнитного поля бывает двух видов:
1)индуктивное воздействие.
В этом случае в перемещаемом в магнитном поле проводнике возникает электродвижущая сила э.д.с. Если же это поле переменное, то э.д.с. возникает в неподвижном проводнике.
2)электромагнитное воздействие.
В этом случае на проводник с током в магнитном поле действует сила со стороны поля.

Страница обновлена: 05.02.2018

Отзывы и пожелания можно направлять по адресу energ2010@yandex.ru

Информация предоставлена для ознакомления и не является официальным источником.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector