Физические величины, описывающие явление электромагнетизма

Если вокруг прямого вертикального про­водника с током на перпендикулярной к нему плоскости поместить небольшие маг­нитные стрелки (рис. 6.2),

Рис 6.2

то на них будет действовать магнитное поле проводника, а их оси расположатся определенным образом, образуя как бы замкнутый круг.

При изменении направления тока в проводнике на противоположное стрелки повернутся на 180°.

Если на картон, сквозь который прохо­дит проводник с током (рис. 6.3),

Рис 6.3

насыпать железные опилки, то они намагнитятся (станут как бы маленькими магнитными стрелками) и образуют концентрические окружности.

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют силовыми линиями маг­нитного поля (правильнее эти линии назы­вать линиями индукции магнитного поля).

За направление силовых линий магнит­ного поля принято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрел­ки в каждой точке поля.

а) б)

Рис 6.4

На рис. 6.4 показано расположение маг­нитных стрелок на плоскости, если смот­реть на нее сверху. В случае (а) ток на­правлен от нас, что условно обозначается кружком с крестиком. Магнитные стрелки указывают своими северными полюсами, что на них действует сила в направлении движения часовой стрелки.

Если направление тока изменить на противоположное (б) — ток идет к нам, что обозначается кружком с точкой, то на северные полюсы будут действовать силы в направлении, противоположном направле­нию движения часовой стрелки.

Таким образом, можно сделать вывод, который называется правилом буравчика: ес­ли буравчик ввинчивать по направлению про­хождения тока (рис. 6.5),

Рис 6.5

то направление вращения его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля.

При различных формах проводников с током силовые линии магнитного поля располагаются не обязательно по окружностям, но всегда представляют собой замкнутые кривые.

Рис. 6.6

Действие магнитного поля на виток с током позволяет использовать его и для определения модуля магнитной индукции. Поворачивание витка в магнитном поле свидетельствует о том, что на него действуют, по меньшей мере, две силы. Равнодействующие этих сил будут приложены в точках А и В (рис. 6.6). Вращательный момент, действующий на виток, будет равен произведению одной из этих сил на радиус витка. Этот момент не обязательно рассчитывать. Его можно измерить с помощью спиральной пружины или другого чувствительного устройства для измерения механического момента, соединенных с витком.

Экспериментально установлено, что отношение вращающего момента, создаваемого замкнутым проводником с электрическим током, помещенным в отдельную точку магнитного поля проводника с током, к произведению силы электрического тока в рамке на площадь рамки есть величина постоянная.

Ее назвали магнитной индукцией. Тогда можем записать выражение модуля магнитной индукции

,

где М – вращающий момент, создаваемый рамкой с током,;

– сила электрического тока в рамке, А;

– площадь рамки, м².

Найдем единицу магнитной индукции

Единицей магнитной индукции является тесла (Тл).

Если взять два постоянных магнита и установить их на некотором расстоянии друг от друга противоположными полюсами (северным и южным), то в любой точке магнитного поля между полюсами магнитная индукция будет одинаковой как по модулю, так и по направлению (рис. 6.7)

Рис. 6.7

N

S

Такое магнитное поле называется однородным.

Для однородного магнитного поля введем понятие магнитного потока Ф, под которым будем понимать произведение магнитной индукции на площадь, через которую замыкается магнитное поле

,

где В – магнитная индукция, Тл;

– площадь, через которую замыкается магнитное поле, м².

Получим единицу магнитного потока

.

Единицей магнитного потока есть вебер (Вб).

Между магнитным потоком, создаваемым электрическим током, и силой электрического тока существует прямопропорциональная зависимость

,

где – сила электрического тока, создающего магнитный поток, А;

– индуктивность, Гн.

Единицей индуктивности является генри (Гн).

Индуктивность как коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и током зависит от числа витков провода с током, площади ограниченной витками, длины средней магнитной силовой линии

,

где – число витков провода с током;

– площадь, ограниченна витками, м²;

– длина средней магнитной силовой линии, м;

– магнитная постоянная,.

Магнитная постоянная.

Условно можем изобразить катушку, состоящую из нескольких витков, и показать геометрические размеры, введенные в формуле индуктивности. На рисунке 6.8 приведен разрез катушки и вид сверху.

l

Разрез по вертикали

Вид сверху

d

Рис. 6.8

Таким образом, для описания явления электромагнетизма введены следующие физические и геометрические величины: сила электрического тока, создающего магнитное поле; вращающий момент рамки с током; сила электрического тока в рамке; площадь рамки с током; магнитная индукция; магнитный поток однородного магнитного поля; индуктивность катушки; площадь сердечника катушки; длина средней силовой линии магнитного поля; число витков катушки; магнитная постоянная.

Дата добавления: 2014-10-15