Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое магнитное поле в проводнике, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое магнитное поле в проводнике, магнитное поле в катушках , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.
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. Чем больше ток, проходящий по проводнику, тем сильнее возникающее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.
По мере удаления от проводника магнитные силовые линии располагаются реже. Следовательно, индукция магнитного поля и его напряженность уменьшаются. Максимальная напряженность Нmax имеет место на внешней поверхности проводника. Внутри проводника также возникает магнитное поле, но напряженность его линейно уменьшается по направлению от внешней поверхности к оси. Магнитная индукция поля вокруг и внутри проводника изменяется таким же образом, как и напряженность.
Если прямолинейный проводник с током будет создавать магнитное поле, то магнитная индукция в какой-то точке этого поля будет прямо пропорциональна силе тока в этом проводнике, обратно пропорциональна расстоянию до точки, где рассматривается значение индукции и, кроме того, зависит от среды, в которой находится этот проводник.
где B — магнитная индукция, Тл; I – сила тока в проводнике, А; r — расстояние от проводника до точки N, где рассматривается значение магнитной индукции; μa – величина, учитывающая магнитные свойства среды, называется абсолютной магнитной проницаемостью среды.
Для вакуума μa обозначается: μо= 4 π*10-7 Гн/м и называется магнитной постоянной.
Величина, показывающая во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость той или иной среды больше абсолютной магнитной проницаемости вакуума, называется магнитной проницаемостью μ= μа / μо .
В зависимости от величины магнитной проницаемости все вещества с магнитной точки зрения делятся на группы:
1) диамагнитные, у которых – μ < 1 – это Cu, Al, Zn, Ag и др.
2) парамагнитные – с μ > 1 – это воздух, Au, Pt…
3) ферромагнитные – с μ >> 1 и μ != const.
Если проводник находится в неферромагнитной среде, то, полагая μ=1, получаем
Приведенная формула правильна при любом значении r, большем радиуса проводника и бесконечно большой длине проводника; однако она применима и при конечной длине проводника, если расстояние r значительно меньше длины проводника и точка, в которой определяется индукция, не находится вблизи конца проводника.
По закону полного тока нетрудно найти напряженность поля и внутри длинного цилиндрического провода радиуса a. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Во всех точках поперечного сечения провода плотность тока
Из условий симметрии следует, что внутри провода, как и вне провода, все магнитные линии — это концентрические окружности с центром на оси провода.
Рис.2 Напряженность поля внутри провода с током (а) и распределение напряженности поля (б)
Окружность радиуса r<а с центром на оси провода представляет собой замкнутый контур, совпадающий с магнитной линией. Обозначив площадь сечения, ограниченного замкнутым контуром,
, а ток, пронизывающий это сечение, 
по закону полного тока (1) можем написать выражение напряженности магнитного поля
которая одинакова во всех точках контура и направлена по касательной к окружности (рис. 2,а), т. е. H=HL.
Подставив в последнюю формулу выражения плотности тока и площади замкнутого контура, получим
Таким образом, напряженность поля в произвольной точке внутри провода пропорциональна расстоянию r этой точки от оси провода. На оси провода H=0, так как r=0. На поверхности провода (r=а) напряженность поля имеет наибольшее значение:
и далее при r>а уменьшается согласно (2).График распределения напряженности магнитного поля внутри и вне проводника дан на рис. 2, б.
Магнитная индукция внутри проводника равна произведению напряженности магнитного поля и абсолютной магнитной проницаемости материала провода, т. е.
где В — магнитная индукция, Тл; I — ток, А; расстояние r и а — м.
Для получения сильных магнитных полей при небольших токах обычно увеличивают число проводников с током и выполняют их в виде ряда витков; такое устройство называют обмоткой, или катушкой.
При проводнике, согнутом в виде витка, магнитные поля, образованные всеми участками этого проводника, будут внутри витка иметь одинаковое направление. Поэтому интенсивность магнитного поля внутри витка будет больше, чем вокруг прямолинейного проводника. При объединении витков в катушку магнитные поля, созданные отдельными витками, складываются и их силовые линии соединяются в общий магнитный поток. При этом концентрация силовых линий внутри катушки возрастает, т. е. магнитное поле внутри нее усиливается. Чем больше ток, проходящий через катушку, и чем больше в ней витков, тем сильнее создаваемое катушкой магнитное поле. Магнитное поле снаружи катушки также складывается из магнитных полей отдельных витков, однако магнитные силовые линии располагаются не так густо, вследствие чего интенсивность магнитного поля там не столь велика, как внутри катушки. Магнитное поле катушки, обтекаемой током, имеет такую же форму, как и поле прямолинейного постоянного магнита: силовые магнитные линии выходят из одного конца катушки и входят в другой ее конец. Поэтому катушка, обтекаемая током, представляет собой искусственный электрический магнит. Обычно для усиления магнитного поля внутрь катушки вставляют стальной сердечник; такое устройство называется электромагнитом.
Электромагниты нашли чрезвычайно широкое применение в технике. Они создают магнитное поле, необходимое для работы электрических машин, а также электродинамические усилия, требуемые. Для работы различных электроизмерительных приборов и электрических аппаратов.
Электромагниты могут иметь разомкнутый или замкнутый магнитопровод. Полярность конца катушки электромагнита можно определить, как и полярность постоянного магнита, при помощи магнитной стрелки. К северному полюсу она поворачивается южным концом. Для определения направления магнитного поля, создаваемого витком или катушкой, можно использовать также правило буравчика. Если совместить направление вращения рукоятки с направлением тока в витке или катушке, то поступательное движение буравчика укажет направление магнитного поля. Полярность электромагнита можно определить и с помощью правой руки. Для этого руку надо положить ладонью на катушку и совместить четыре пальца с направлением в ней тока, при этом отогнутый большой палец покажет направление магнитного поля.
Воспользуемся законом полного тока для определения напряженности магнитного поля кольцевой катушки с током I, имеющей w равномерно распределенных витков (рис. 7.19, а). Для этого выделим замкнутый контур по средней Магнитной линии радиуса R. Во всех точках этого контура вектор напряженности магнитного поля совпадает с касательной к контуру и имеет одинаковое значение. Поэтому циркуляция вектора напряженности
магнитного поля по замкнутому контуру, а полный ток, пронизывающий ограниченную контуром поверхность, ∑I=I. По закону полного тока,
т.е.
. 
Следовательно, напряженность поля катушки по средней магнитной линии
а магнитная индукция
Так же можно определить напряженность поля и магнитную индукцию во всех точках окружности: внутреннего радиуса
внешнего радиуса
.
Поверхность, ограниченная контуром, радиус которой меньше R1 (например радиус R3), не пронизывается током. Поэтому в точках, расположенных на этой окружности, H=0 и B=0. Поверхность, ограниченная контуром, радиус которой больше R2 (например, радиус R4), пронизывается током I в прямом и обратном направлениях ω раз. Так как положительные и отрицательные токи компенсируют друг друга, то в этих точках напряженность и магнитная индукция равны нулю.
Таким образом, магнитное поле кольцевой катушки не распространяется за ее пределы. В точках, расположенных на окружности внутреннего радиуса, магнитная индукция достигает наибольшего значения, а в точках на окружности внешнего радиуса — наименьшего. Среднее значение магнитной индукции определяется по формуле, выведенной для среднего радиуса катушки R.
Напряженность магнитного поля кольцевой катушки численно равна отношению намагничивающей силы Iω ко всей длине окружности 2πR. Напряженность поля находят и другим способом: путем деления намагничивающей силы Iω части дуги окружности на длину этой дуги l' (рис. 7.19, б), т. е. Н = Iω /l. Прямую катушку (рис. 7.20) можно рассматривать как часть кольцевой с бесконечно большим радиусом. Поэтому напряженность магнитного поля по осевой линии прямой катушки при достаточно большой ее длине можно определить по следующей приближенной формуле:
Ошибка при определении Н будет тем меньше, чем больше отношение длины катушки к ее диаметру. Магнитная индукция прямой катушки
Исследование, описанное в статье про магнитное поле в проводнике, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое магнитное поле в проводнике, магнитное поле в катушках и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства
Комментарии
Оставить комментарий
Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства
Термины: Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства