Индукция магнитного поля реферат

Обновлено: 05.05.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образования и науки Республики Бурятия

Государственное бюджетное профессиональное

Выполнил: Туртуев Ринчин,

Проверил: Ламажапова А.Ш..

1. Магнитное поле

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы – тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - гигантский голубой магнит. Солнце – жёлтый плазменный шар – магнит ещё более грандиозный. Галактик и туманности, едва различимые телескопами, - непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов – всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания сильных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

Вещества, притягивающие железо, были известны человечеству более 2000лет назад. Они получили название магнитов. Постоянный магнит в форме тонкой полоски, расположенный на плавающей в воде деревянной дощечке, поворачивается одним

После изобретения в 1800 г. источника постоянного тока возможности экспериментаторов значительно расширились. Первое фундаментальное открытие было сделано в 1820г. датским физиком Г.Х. Эрстедом (1777-1851).Убежденный в том, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны, он хотел выяснить, не производит ли электричество каких-либо действий на магнит. В феврале 1820г. Эрстед показывал студентам тепловое действие тока. Рядом с проводником случайно оказался компас. При включении тока стрелка отклонилась от первоначального положения. В этом эффекте Эрстед увидел подтверждение своих идей. Описание опыта вышло в свет 21 июля 1820г. Этот простой опыт произвел сильное впечатление на современников и положил начало новой области физики – электродинамике.

Дальнейшие исследования развивались стремительно. 11 сентября 1820г. опыт был показан на заседании Французской академии наук. Академики спокойно разошлись, и только один из них – А.М. Ампер – поспешил заказывать приборы для проведения новых опытов. Он был уверен, что они должны были подтвердить его догадки, сводящие магнетизм к чисто электрическим явлениям. Все считали, что ток, проходя по проводник, превращает его в магнит, который и заставляет отклоняться стрелку компаса. Ампер высказал гениальную мысль: магнит представляет совокупность токов, движущихся по замкнутым контурам; отклонение стрелки вызвано взаимодействием токов. 25 сентября он демонстрирует новый эффект: два незаряженных параллельных провода, по которым текут одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. На каждый из проводников действует сила, зависящая от величины силы тока и расстояния между проводами. При перемене направления одного из токов силы притяжения сменяются силами отталкивания. В новой серии опытов спирали, по которым пропускали ток, вели себя подобно магнитам.

Новую область знаний о явлениях, обусловленных протеканием токов, Ампер назвал электродинамикой. Открытие явлений электромагнетизма оказало влияние не только на развитие науки, но и техники. В том же году Д. Арго изобрел электромагнит. В 1821г. Фарадею удалось осуществить вращение проводника с током в магнитном поле. Это был первый электродвигатель. Ампер предложил использовать отклонение электромагнитной стрелки для передачи сигналов в электромагнитном телеграфе.

Исследования природы подобных явлений проводились и в нашей стране. Так, например, исследования, проведенные русским физиком А.А. Эйхенвальдом в 1901г., показали, что если заряженное тело покоится относительно наблюдателя, то вокруг этого тела существует электрическое поле. Если же оно движется относительно наблюдателя, то возникает магнитное поле, которое вызывает отклонение легкоподвижной магнитной стрелки. Аналогичное действие на магнитную стрелку оказывает и проводник с током. Если по прямому проводнику, расположенному по магнитному меридиану а направлении к север-юг, пропустить ток, то расположенная под ним магнитная стрелка отклонится. Если поместить стрелку над проводником, то стрелка отклонится в другую сторону.

Согласно теории близкодействия , взаимодействие неподвижных электрических зарядов осуществляется посредством электрического поля. Проводники с током электрически нейтральны. Но, пропустив по двум параллельным проводникам ток, мы увидим, что проводники по которым токи текут в одном направлении, притягиваются, а проводники, по которым токи текут в противоположных направлениях, отталкиваются.

Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами. Причиной возникновения сил магнитного взаимодействия является магнитное поле, которое появляется вокруг проводника с током.

Экспериментальным доказательством реальности магнитного и электрического полей является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как и электрическое, является частным проявлением единого электромагнитного поля.

Характерной отличительной особенностью электрического поля является способность действовать на неподвижные заряды.

Главное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует на движущиеся заряды (электрический ток).

Неподвижные заряды не создают магнитного поля. Только движущиеся заряды (электрический ток) и постоянные магниты создают магнитное поле.

При изучении взаимодействия постоянных магнитов было установлено:

постоянные магниты имеют два полюса: северный и южный; одноименные полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.

Если отдельные тела можно зарядить положительно или отрицательно, так как существует элементарный электрический заряд, то никогда нельзя отделить северный полюс магнита от южного. Таким образом, нет оснований считать, что в природе существуют отдельные магнитные заряды.

Эта мысль была высказана Ампером в гипотезе об элементарных электрических токах. Согласно гипотезе Ампера, внутри атомов и молекул вещества циркулируют элементарные электрические токи. Если эти токи расположены хаотически по отношению друг к другу, то их действие взаимно компенсируется и никакими магнитными свойствами тело не обладает. В намагниченном состоянии (например, в постоянных магнитах) элементарные токи ориентированы определенным образом. Следовательно, магнитные свойства любого тела объясняются замкнутыми электрическими токами внутри него, т.е. магнитное взаимодействие – это взаимодействие токов.

Результаты опытов Ампера и последующих многочисленных исследований можно сформулировать следующим образом. Способность магнитного поля вызывать появление механической силы, действующей на какой-либо элемент тока, можно количественно описать, задавая в каждой точке поля некоторый вектор В. Вектор В называется магнитной индукцией и является основной характеристикой магнитного поля.

2.Сила Ампера . На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная

F = I·L·B·sin(a) , (1)

где I - сила тока в проводнике;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
L - длина проводника, находящегося в магнитном поле;
a - угол между вектором магнитного поля и проводником.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (см. рис.1):

четыре пальца по току;

перпендикулярная проводнику составляющая вектора индукции В входит в ладонь;

отогнутый большой палец дает направление F .

Подобно тому, как электрические поля графически изображаются с помощью электрических силовых линий, магнитные поля изображаются с помощью линий магнитной индукции (или магнитных силовых линий).

Из опытов следует, что линии магнитной индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току. Центр этих окружностей находится на оси проводника. С помощью железных опилок можно получить изображение линий магнитной индукции проводников с током любой формы. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Это отличает их от линий напряженности электростатического поля. Такие поля называют вихревыми в отличие от потенциальных, примером которых является электростатическое поле.

Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Направление силовых линий магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика (если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет м направлением линий магнитной индукции).

Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. В 1820г. А. Ампером был установлен закон, определяющий силу, действующую на элемент тока в магнитном поле. Так как создать обособленный элемент нельзя, то Ампер изучал поведение подвижных проволочных замкнутых контуров различной формы. Им было установлено, что на проводник с током помещенный в однородное магнитное поле индукции В, действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника L ,силе тока I , протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля В. Впоследствии этот вывод получил название закона Ампера. Используя закон Ампера, можно вычислить силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.

Движущиеся электрические заряды создают вокруг себя магнитные поля, которые распространяются в вакууме со скоростью света с. Если же заряд движется во внешнем магнитном поле, то происходит силовое взаимодействие магнитных полей, определяемое по закону Ампера. Процесс взаимодействия магнитных полей исследовался Лоренцем, который вывел формулу для расчета силы действующей со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Данная сила получила название силы Лоренца.

3. Сила Лоренца. Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Из закона Ампера (1) следует, что сила Лоренца определяется соотношением:

F _л = q · V · B · sin(  

где q - величина движущегося заряда;
V - модуль его скорости;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
 - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление вектора F _л определяется по правилу левой руки:

четыре пальца по направлению скорости движения положительного заряда V ;

перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входит в ладонь;

отогнутый большой палец дает направление силы Лоренца F _л (см. рис. 2).

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть "магнетиками". Любой магнит в форме стержня или подковы имеет два торца, которые называются полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его магнитные свойства. Если подвесить магнит на нитке, один полюс всегда будет указывать на север. На этом принципе основан компас. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Основные понятия теории магнитного поля

Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитное поле и его параметры

Направление магнитных линий и направление создающего их тока связаны между собой известным правилом правоходового винта (буравчика), а так же правилом левой руки. (рис. 1).

Рис. 1. Магнитное поле. Правило Буравчика и правило левой руки.

Основной величиной, характеризующей интенсивность и направление магнитного поля является – вектор магнитной индукции, которая измеряется в Теслах [Тл].

Вектор направлен по касательной к магнитной линии, направление вектора совпадает с осью магнитной стрелки, помещенной в рассматриваемую точку магнитного поля.

Величина определяется по механической силе, действующей на элемент проводника с током, помещенный в магнитное поле.

Если во всех точках поля имеет одинаковую величину и направление, то такое поле называется равномерным.

зависит не только от величины I, но и от магнитных свойств окружающей среды.

Второй важной величиной, характеризующей магнитное поле является – магнитный поток , который измеряется в Веберах [Вб].

Элементарным магнитным потоком Ф сквозь бесконечно малую площадку называется величина (рис. 2)

Рис. 2. Определение магнитного потока, пронизывающего: а) произвольную поверхность; б) плоскую поверхность в равномерном магнитном поле

где a – угол между направлением и нормалью к площадке dS.

Сквозь поверхность S [м2]

Ф = s∫ dФ = s∫ B cos α dS,

Если магнитное поле равномерное, а поверхность S представляет собой плоскость

При исследовании магнитных полей и расчете магнитных устройств пользуются расчетной величиной – напряженность магнитного поля [А/м]

где mа – абсолютная магнитная проницаемость среды.

Для неферромагнитных материалов и сред (дерево, бумага, медь, алюминий, воздух) mа не отличается от магнитной проницаемости вакуума и равна

mo = 4p · , Гн/м (Генри/метр).

У ферромагнетиков mа переменная и зависит от В.

Магнитные цепи

Всякий электромагнит состоит из стального сердечника – магнитопровода и намотанной на него катушки с витками изолированной проволоки, по которой проходит электрический ток.

Совокупность нескольких участков: ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух), по которым замыкаются линии магнитного потока, составляют магнитную цепь.

Закон полного тока

В основе расчета магнитных цепей лежит закон полного тока (рис. 3.)

где: Н – напряженность магнитного поля в данной точке пространства;

dL – элемент длины замкнутого контура L;

a – угол между направлениями векторов и ;

S I – алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L.

Рис. 3. Закон полного тока.

Ток Iк, пронизывающий контур L считается положительным, если принятое направление обхода контура и направление этого тока связаны правилом правоходового винта (буравчика).

Применение закона полного тока для расчета магнитных цепей

Рассмотрим простейшую магнитную цепь, выполненную в виде кольца тороида из однородного материала (рис. 4).

Рис. 4. Кольцевая магнитная цепь

Обмотка имеет W витков и обтекается током I. Магнитные линии внутри кольца представляют собой концентрические окружности с центров точке О. Применим к контуру Cх, совпадающему с одной из магнитных линий, проходящих в магнитопроводе, закон полного тока. При этом будем считать:

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Когда два параллельных проводника подключены к источнику питания таким образом, что через них протекает электрический ток, проводники либо отталкиваются, либо втягиваются, в зависимости от направления тока в них.

Объяснение этого явления возможно с точки зрения возникновения вокруг проводников особого вида материи — магнитного поля.

Силы, с которыми проводники взаимодействуют с током, называются магнитными.

Магнитное поле — особый вид материи, особенностью которого является действие на движущийся электрический заряд, на проводники с током, на тела с магнитным моментом, где сила зависит от вектора скорости заряда, от направления тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

Магнитные полюса взаимодействуют друг с другом: отталкиваются полюса с одним и тем же именем и притягиваются полюса с разными именами. По аналогии с понятием электрического поля, окружающего электрический заряд, вводится идея магнитного поля вокруг магнита.

В 1820 году Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка рядом с электрическим проводником отклоняется при протекании тока вдоль проводника, т.е. вокруг проводника создается магнитное поле с током. Когда мы берем рамку с током, внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее токопроводящее воздействие, т.е. есть положение рамки, в котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращательное воздействие, и есть положение, в котором вращательный момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке может быть охарактеризовано вектором B, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукции в этой точке.

Магнитная индукция B — это векторная физическая величина, которая является силовой характеристикой магнитного поля в точке. Он равен отношению максимального механического момента сил, действующих на раму, когда ток находится в однородном поле, к произведению силы тока в раме на ее поверхности.

Направление вектора магнитной индукции В — это направление положительного эталона к раме, которая по правилу правого винта подключается к току в раме в механический момент, равный нулю.

Так же, как были показаны линии напряженности электрического поля, показаны и линии индукции магнитного поля. Индукционная линия магнитного поля — это воображаемая линия, касательная которой совпадает с направлением B в точке.

Направления магнитного поля в определенной точке также можно определить как направление, указанное северным полюсом стрелки-компаса, расположенной в этой точке. Предполагается, что индукционные линии магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по прямому проводнику, определяется правилом сверла или правым винтом. Направление линий магнитной индукции принимается за направление вращения головки винта, которое обеспечит его поступательное движение в направлении электрического тока.

В отличие от линий электростатического поля, которые начинаются с положительного заряда и заканчиваются отрицательным, линии индукции магнитного поля всегда закрыты. Магнитный заряд не обнаруживается так же, как и электрический заряд.

За единицу индукции принимается корпус (1 Тел) — индукция такого однородного магнитного поля, в котором максимальный механический момент сил, равный 1 Н — м, действует на раму площадью 1 м2, на которую протекает ток в 1 А.

Индукцию магнитного поля можно также определить по силе, воздействующей на проводник с током в магнитном поле.

Амперная сила действует на проводник с током в магнитном поле, величина которого определяется следующим выражением.

Направление ампер-силы может быть определено по правилу левой руки: Положим ладонь левой руки так, чтобы линии магнитной индукции проникали в ладонь, четырьмя пальцами в направлении тока в проводнике, затем согнутый большой палец указывает направление амперной силы.

Определите силу, прилагаемую магнитным полем к одной заряженной частице, движущейся в магнитном поле.

Эта сила известна как сила Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца может быть определено по правилу левой руки: Ладонь левой руки расположена так, чтобы линии магнитной индукции проникали в ладонь, четыре пальца указывают направление положительного заряда, большой изогнутый палец указывает направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия двух параллельных проводников, на которых токи I1 и I2 равны.

l является частью проводника, который находится в магнитном поле. Если токи равны в одном направлении, то проводники притягиваются (рис. 60), если в противоположном направлении, то они отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, одинаковы в модуле, в противоположном направлении. Формула (3.22) является базовой формулой для определения единицы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризуются скалярной физической величиной — магнитной проницаемостью, которая показывает, как часто индукция магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции магнитного поля B0 в вакууме.

По своим магнитным свойствам все материалы делятся на надиамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.

Рассмотрим природу магнитных свойств веществ

Электроны в оболочке атомов материи движутся по разным орбитам. Для простоты эти орбиты считаются круговыми, и любой электрон, вращающийся вокруг ядра атома, может рассматриваться как круговой электрический ток. Как круговой ток, каждый электрон генерирует магнитное поле, которое мы называем орбитальным. Кроме того, электрон в атоме имеет собственное магнитное поле, называемое спином.

Если при введении во внешнее магнитное поле с индукцией В =1).

В разных областях индукция магнитных полей имеет разные направления и в большом кристалле они компенсируют друг друга.

Когда ферромагнитный образец помещается во внешнее магнитное поле, границы отдельных доменов смещаются таким образом, что объем доменов, выровненных с внешним полем, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В0 увеличивается магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых значениях B0 индукция останавливает сильное увеличение. Это явление называется магнитным насыщением.

Характерной особенностью ферромагнитных материалов является явление гистерезиса, заключающееся в неоднозначной зависимости индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля по мере его изменения.

Петля магнитного гистерезиса представляет собой замкнутую кривую (cdc`d`c), выражающую зависимость индукции в материале от амплитуды индукции внешнего поля с периодическими, достаточно медленными изменениями последнего.

Петля гистерезиса характеризуется следующими значениями Bs, Br, Bc. Bs — максимальное значение индукции материала при B0s; Vg — остаточная индукция, равная значению индукции в материале при снижении индукции внешнего магнитного поля с B0s до нуля; -Bs и All — коэрцитивная сила — величина, равная индукции внешнего магнитного поля, необходимой для изменения индукции в материале с остаточной до нуля.

Для каждого ферромагнита существует температура (точка Кюри (J. Curie, 1859-1906)), выше которой ферромагнит теряет свои ферромагнитные свойства.

Существует два способа размагничивания намагниченного ферромагнитного материала: а) нагрев и охлаждение выше точки Кюри; б) намагничивание материала переменным магнитным полем с медленно уменьшающейся амплитудой.

Заключение

Ферромагнитные материалы с низкой остаточной индукцией и коэрцитивной силой называются магнитомагнетиками. Они используются в устройствах, в которых ферромагнитные материалы часто должны быть намагничены (сердечники трансформаторов, генераторы и т.д.).

Для постоянных магнитов используются магнитожесткие ферромагнитные материалы с высоким коэрцитивным сопротивлением.

Список литературы

Образовательный сайт для студентов и школьников

История магнетизма, понятие магнитного поля как особого вида материи; индукция, сила действия на движущийся заряд и проводники с током. Природа магнитных свойств веществ; диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные материалы; явление гистерезиса.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	31.05.2012
Размер файла	236,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в зависимости от направления тока в них проводники либо отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения вокруг проводников особого вида материи - магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током, называются магнитными.

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором В, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь:

За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта, при механическом моменте, равном нулю.

Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением Вв точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. За направление линий магнитной индукции принимается направление вращения головки винта, которое обеспечивало бы поступательное его движение по направлению электрического тока (рис. 59).

где n₀₁= 4Пи* 10 -7 В * с/(А * м). - магнитная постоянная, R - расстояние, I - сила тока в проводнике.

В отличие от линий напряженности электростатического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты. Магнитного заряда аналогично электрическому заряду не обнаружено.

За единицу индукции принимается одна тесла (1 Тл) - индукция такого однородного магнитного поля, в котором на рамку площадью 1 м 2 , по которой течет ток в 1 А, действует максимальный вращающий механический момент сил, равный 1 Н * м.

Индукцию магнитного поля можно определить и по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, величина которой определяется следующим выражением:

где I - сила тока в проводнике, l -длина проводника, В - модуль вектора магнитной индукции, а - угол между вектором и направлением тока.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца располагаем по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец показывает направление силы Ампера.

и подставляя это выражение в (3.21), получим

Число частиц (N) в заданном объеме проводника равно

N = nSl, тогда F = q₀NvB sina.

Определим силу, действующую со стороны магнитного поля на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Эту силу называют силой Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца показывали направление движения положительного заряда, большой отогнутый палец покажет направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия между двумя параллельными проводниками, по которым текут токи I₁ и I₂ равна:

где l -часть проводника, находящаяся в магнитном поле. Если токи одного направления, то проводники притягиваются (рис. 60), если противоположного направления - отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, равны по модулю, противоположны по направлению. Формула (3.22) является основной для определения единицы силы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризует скалярная физическая величина - магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз индукция В магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции В₀ магнитного поля в вакууме:

магнитный индукция ток гистерезис

По своим магнитным свойствам все вещества делятся надиамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.

Рассмотрим природу магнитных свойств веществ.

Электроны в оболочке атомов вещества движутся по различным орбитам. Для упрощения считаем эти орбиты круговыми, и каждый электрон, обращающийся вокруг атомного ядра, можно рассматривать как круговой электрический ток. Каждый электрон, как круговой ток, создает магнитное поле, которое назовем орбитальным. Кроме того, у электрона в атоме есть собственное магнитное поле, называемое спиновым.

Если при внесении во внешнее магнитное поле с индукцией В₀ внутри вещества создается индукция В = 1).

Ферромагнитными называются такие материалы, в которых n " 1. В ферромагнитных материалах создаются так называемые домены, макроскопические области самопроизвольного намагничивания.

В разных доменах индукции магнитных полей имеют различные направления (рис. 61) и в большом кристалле взаимно компенсируют друг друга.

При внесении ферромагнитного образца во внешнее магнитное поле происходит смещение границ отдельных доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В₀ возрастает магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых значениях В₀ индукция прекращает резкий рост. Это явление называется магнитным насыщением.

Характерная особенность ферромагнитных материалов - явление гистерезиса, которое заключается в неоднозначной зависимости индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля при его изменении.

Петля магнитного гистерезиса - замкнутая кривая (cdc`d`c), выражающая зависимость индукции в материале от амплитуды индукции внешнего поля при периодическом достаточно медленном изменении последнего (рис. 62).

Петля гистерезиса характеризуется следующими величинами B_s, B_r, B_c. B_s - максимальное значение индукции материала при В_0s; В_r - остаточная индукция, равная значению индукции в материале при уменьшении индукции внешнего магнитного поля от B_0s до нуля; -В_с и В_с - коэрцитивная сила - величина, равная индукции внешнего магнитного поля, необходимого для изменения индукции в материале от остаточной до нуля.

Для каждого ферромагнетика существует такая температура (точка Кюри (Ж. Кюри, 1859-1906), выше которой ферромагнетик утрачивает свои ферромагнитные свойства.

Существует два способа приведения намагниченного ферромагнетика в размагниченное состояние: а) нагреть выше точки Кюри и охладить; б) намагничивать материал переменным магнитным полем с медленно убывающей амплитудой.

Ферромагнетики, обладающие малой остаточной индукцией и коэрцитивной силой, называются магнитомягкими. Они находят применение в устройствах, где ферромагнетику приходится часто перемагничиваться (сердечники трансформаторов, генераторов и др.).

Магнитожесткие ферромагнетики, обладающие большой коэрцитивной силой, применяются для изготовления постоянных магнитов.

Подобные документы

Основные понятия теории магнитного поля - особого вида материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Закон Ома для магнитной цепи. Ферромагнитные материалы.

реферат [850,7 K], добавлен 05.04.2011

Сила Лоренца - сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле. Магнитные силовые линии; влияние индукции магнитного поля на силу Ампера. Применение силы Лоренца в электроприборах; Северное сияние как проявление ее действия.

презентация [625,3 K], добавлен 14.05.2012

История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.

презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010

Введение в магнитостатику. Сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля, его графическое изображение. Примеры расчета магнитных полей прямого тока и равномерно движущегося заряда. Сущность закона Био–Савара-Лапласа.

лекция [324,6 K], добавлен 18.04.2013

Открытие связи между электричеством и магнетизмом, возникновение представления о магнитном поле. Особенности магнитного поля в вакууме. Сила Ампера, магнитная индукция. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов. Понятие силы Лоренца.

презентация [369,2 K], добавлен 21.03.2014

Характеристики магнитного поля и явлений, происходящих в нем. Взаимодействие токов, поле прямого тока и круговой ток. Суперпозиция магнитных полей. Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля. Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды.

курсовая работа [840,5 K], добавлен 12.02.2014

Введение в магнитостатику, сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля и его графическое изображение. Сущность принципа суперпозиции. Примеры расчета магнитного поля прямого тока и равномерно движущегося заряда.

Магнитное поле, цепи и индукция ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Введение

Основные понятия теории магнитного поля Электромагнитная индукция Магнитные цепи Закон полного тока Закон Ома для магнитной цепи. Линейные и нелинейные магнитные сопротивления Ферромагнитные материалы и их свойства Расчет неразветвленной магнитной цепи Электромагнитная индукция. ЭДС индукции Заключение Список источников материала

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777−1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Основные понятия теории магнитного поля

Магнитное поле и его параметры

Рис. 1. Магнитное поле. Правило Буравчика и правило левой руки.

Основной величиной, характеризующей интенсивность и направление магнитного поля является — вектор магнитной индукции, которая измеряется в Теслах [Тл].

Если во всех точках поля имеет одинаковую величину и направление, то такое поле называется равномерным.

зависит не только от величины I, но и от магнитных свойств окружающей среды.

Второй важной величиной, характеризующей магнитное поле является — магнитный поток, который измеряется в Веберах [Вб].

Элементарным магнитным потоком Ф сквозь бесконечно малую площадку называется величина (рис. 2)

где a — угол между направлением и нормалью к площадке dS.

Сквозь поверхность S [м2]

Ф = s? dФ = s? B cos б dS,

Если магнитное поле равномерное, а поверхность S представляет собой плоскость Ф = B S.

При исследовании магнитных полей и расчете магнитных устройств пользуются расчетной величиной — напряженность магнитного поля [А/м]

где mа — абсолютная магнитная проницаемость среды.

mo = 4p ·, Гн/м (Генри/метр).

У ферромагнетиков mа переменная и зависит от В.

Магнитные цепи

Всякий электромагнит состоит из стального сердечника — магнитопровода и намотанной на него катушки с витками изолированной проволоки, по которой проходит электрический ток.

Закон полного тока

В основе расчета магнитных цепей лежит закон полного тока (рис. 3.)

где: Н — напряженность магнитного поля в данной точке пространства;

dL — элемент длины замкнутого контура L;

a — угол между направлениями векторов и ;

S I — алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L.

Рис. 3. Закон полного тока.

Применение закона полного тока для расчета магнитных цепей Рассмотрим простейшую магнитную цепь, выполненную в виде кольца тороида из однородного материала (рис. 4).

Рис. 4. Кольцевая магнитная цепь

и совпадают, следовательно a = 0;

величина Нх во всех точках контура одинакова;

сумма токов, пронизывающих контур, равна IW.

Тогда Отсюда где Lx — длина контура, вдоль которого велось интегрирование;

rx — радиус окружности.

Вектор внутри кольца зависит от расстояния rх. Если a — ширина кольца и т. д.

Читайте также: