Силата на магнитното поле. Магнетизираща сила

Около проводник или бобина с електрически ток винаги има магнитно поле… Магнитното поле на постоянен магнит се причинява от движението на електрони по орбитите им в атома.

Магнитното поле се характеризира със своята сила. Силата H на магнитното поле е подобна на механичната якост. Това е векторно количество, тоест има величина и посока.

Магнитното поле, тоест пространството около магнита, може да бъде представено като изпълнено с магнитни линии, които се считат за излизащи от северния полюс на магнита и влизащи в южния (фиг. 1). Тангентите към магнитната линия показват посоката на силата на магнитното поле.

Магнитното поле е по -силно там, където магнитните линии са по -плътни (при полюсите на магнит или вътре в бобина с ток).

Колкото по -голям е токът I и броят на завъртанията ω на бобината, толкова по -голямо е магнитното поле близо до проводника (или вътре в бобината).

Силата на магнитното поле H във всяка точка на пространството е толкова по -голяма, колкото по -голям е продуктът ∙ ω и колкото по -къса е дължината на магнитната линия:

H = (I ∙ ω) / l.

От уравнението следва, че единицата за измерване на силата на магнитното поле е ампер на метър (A / m).

За всяка магнитна линия в дадено равномерно поле продуктите H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω са равни (фиг. 1).

Ориз. 1.

Продуктът H ∙ l в магнитни вериги е подобен на напрежението в електрическите вериги и се нарича магнитно напрежение, а взет по цялата дължина на магнитната индукционна линия се нарича намагнитваща сила (ns) Fm: Fm = H ∙ l = I ∙ ω.

Силата на намагнитване Fm се измерва в ампери, но в техническата практика вместо името ампер се използва името ампер-оборот, което подчертава, че Fm е пропорционален на тока и броя на завъртанията.

За цилиндрична намотка без сърцевина, чиято дължина е много по -голяма от нейния диаметър (l≫d), магнитното поле вътре в бобината може да се счита за равномерно, т.е. със същата сила на магнитно поле H във цялото вътрешно пространство на намотката (фиг. 1). Тъй като магнитното поле извън такава намотка е много по -слабо, отколкото вътре в нея, външното магнитно поле може да се пренебрегне и при изчислението се приема, че n. с. бобина е равна на произведението на силата на полето вътре в бобината на дължината на бобината.

Полярността на магнитното поле на проводника и токовата бобина се определя от правилото на кардана. Ако движението напред на кардана съвпада с посоката на тока, тогава посоката на въртене на дръжката на кардана ще показва посоката на магнитните линии.

Примери за

1. Ток от 3 А протича през намотка с 2000 завъртания. Какво е n. с. бобини?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 А. Силата на намагнитване на бобината е 6000 ампер-оборота.

2. Намотка с 2500 завъртания трябва да има n. с. 10000 А. Какъв ток трябва да тече през него?

I = Fm / ω = (I ∙ ω) / ω = 10000/2500 = 4 А.

3. През бобината протича ток I = 2 А. Колко оборота трябва да има в бобината, за да се осигури n. с. 8000 А?

ω = Fm / I = (I ∙ ω) / I = 8000/2 = 4000 завъртания.

4. Вътре в бобина с дължина 10 cm със 100 завъртания е необходимо да се осигури силата на магнитното поле H = 4000 A / m. Колко ток трябва да тече намотката?

Силата на намагнитване на намотката е Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Следователно 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 А.

5. Диаметърът на бобината (соленоид) е D = 20 мм, а дължината й е l = 10 см. Намотката е навита от медна жица с диаметър d = 0,4 мм. Каква е силата на магнитното поле вътре в бобината, ако е включена при 4.5V?

Броят на завоите, без да се отчита дебелината на изолацията ω = l∶d = 100∶0.4 = 250 завъртания.

Дължина на контура π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.

Дължина на намотката l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Активното съпротивление на бобината r = ρ ∙ l1 / S = 0.0175 ∙ (4 ∙ 15.7) / (3.14 ∙ 0.16) = 2.2 Ohm.

Ток I = U / r = 4.5 / 2.2 = 2.045 A ≈2 A.

Силата на магнитното поле вътре в бобината H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Определете силата на магнитното поле на разстояние 1, 2, 5 cm от правия проводник, през който протича токът I = 100 A.

Нека използваме формулата H ∙ l = I ∙ ω.

За прав проводник ω = 1 и l = 2 ∙ π ∙ r,

откъдето H = I / (2 ∙ π ∙ r).

H1 = 100 / (2 ∙ 3,14 ∙ 0,01) = 1590 A / m; H2 = 795 A / m; H3 = 318 A / m.