Вектор напряжённости магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности.Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества

Емкостный элемент

Примером емкостного элемента является плоский конденсатор – две параллельные пластины, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга.

Напряжение, приложенное к емкостному элементу:

Тогда ток в емкостном элементе:

ic = Imsin(ωt+900), I m =U m /X c , где X c =1/(ω⋅C) – емкостное сопротивление, измеряется в омах и зависит от частоты.

1. Ток в емкостном элементе опережает по фазе приложенное к нему напряжение, на 900 .

2. Емкостный элемент оказывает синусоидальному (переменному) току сопротивление, модуль которого X c обратно пропорционален частоте.

3. Закон Ома выполняется как для амплитудных значений тока и напряжения: = Xc ⋅Im,

так и для действующих значений: Um = XС ⋅IС.

Мгновенная мощность:

р = U⋅I sin2ωt.

Мгновенная мощность на емкостном элементе имеет только переменную составляющую U⋅I⋅sin2ωt, изменяющуюся сдвойной частотой (2ω).

Мощность периодически меняется по знаку – то положительна, то отрицательна. Это значит, что в течение одних четвертьпериодов, когда p >0, энергия запасается в емкостном элементе (в виде энергии электрического поля), а в течение других четвертьпериодов, когда p < 0 , энергия возвращается в электрическую цепь.

Расчет неразветвленной электрической цепи синусоидального тока.

Мощность в линейных цепях синусоидального тока

В линейных цепях синусоидального тока имеют место три вида мощности:

Активная;

Реактивная;

Активная мощность – это мощность необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии в резистивных элементах цепи. В источниках электрической энергии активная мощность Р рассчи- тывается по формуле: Р = U ⋅ I ⋅ cos φ, где φ – угол сдвига фаз между током и напряжением.

В резистивных элементах активная мощность определяется также и по формуле: P=I2⋅R.

Лекция 4. Анализ и расчет магнитных полей

Магнитное поле и его характеристики.

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле. Оно обладает энергией, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на движущиеся электрические заряды, т. е. электрический ток. Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется также лишь на движущиеся заряды. Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют единое электро-магнитное поле. Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изменение магнитного поля сопровождается возникновением электрического поля.

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость, напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция.

Интенсивность магнитного поля, т. е. способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией В. Чем сильнее магнитноe поле, тем большую индукцию оно имеет. Т.е. магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля. В можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т. е. числом силовых линий, проходящих через единицу площади, расположенную перпендикулярно магнитному полю. Различают однородные и неоднородные магнитные поля. В однородном магнитном поле магнитная индукция в каждой точке поля имеет одинаковое значение и направление. Однородным может считаться поле в воздушном зазоре между разноименными полюсами магнита или электромагнита. Единица измерения магнитной индукции – тесла (Тл); 1 Тл = 1 Вб/м 2 .

Магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции сквозь площадку S называют величину

где Ф – магнитный поток, Вб;

В – магнитная индукция, Тл;

S – плоская площадка, м 2 ;

α – угол между направлением нормали n к площадке и направлением индукции В ;

Bn – проекция вектора В на нормаль n .

Единица измерения магнитного потока в системе СИ – вебер (Вб), имеет размерность В*с (вольт-секунда). Единица измерения магнитной индукции – тесла (Тл); 1 Тл = 1 Вб/м 2 .

Магнитная проницаемость - физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данного материала больше магнитной постоянной. Численно равна отношению абсолютной магнитной проницаемости μ а к магнитной постоянной μ 0 (μ = μ а /μ 0).

Изменение силы взаимодействия между проводниками с током обусловлено изменением интенсивности магнитного поля, вызванного размером, формой проводов, а также магнитными свойствами вещества, находящегося между проводами.

В зависимости от свойств среды величина μ может быть большей, чем в вакууме, (μ>1) или меньшей (μ<1). Магнитная проницаемость воздуха и большинства веществ, за исключением ферромагнитных материалов, близка к единице, поэтому для них μ а ≈ μ 0 = 4л 10 -7 Г/м.

Напряженность магнитного поля . Векторная величина, являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Напряженность Н не зависит от магнитных свойств среды. Магнитная индукция и напряженность связаны отношением

H = B/m а = B/(mm о)

Следовательно, в среде с неизменной магнитной проницаемостью индукция магнитного поля пропорциональна его напряженности. Напряженность магнитного поля измеряется в ампер на метр (А/м).

Магнитное поле проводника с током.

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. Его формулируют следующим образом. Если поступательное движение буравчика совместить с направлением тока в проводнике, то направление вращение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас за плоскость, то магнитное поле, возникающее вокруг этого проводника, направлено по часовой стрелке. Если ток по проводнику проходит по направлению к нам, то магнитное поле вокруг проводника направлено против часовой стрелки. Чем больше ток, проходящий по проводнику, тем сильнее возникающее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.

Электромагнитная индукция - это явление возникновения тока в замкнутом проводнике, при прохождении через него магнитного потока.

Закон электромагнитной индукции (Закон М.Фарадея)

Электродвижущая сила, индуцируемая в проводящем контуре, равна скорости изменения магнитного потока, сцепляющегося с этим контуром.

В катушке, которая имеет n витков, общая ЭДС зависит от количества витков n:

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки : правую руку располагают так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением скорости; тогда вытянутые четыре пальца покажут направление ЭДС.

Правило Ленца

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которым он вызван.

Магнитные цепи

При расчётах постоянных магнитов, электромагнитов, трансформаторов, электрических машин, реле, магнитных усилителей, электроизмерительных и других приборов пользуются понятием магнитной цепи .

Вещества, способные намагничиваться, называются магнетиками. Термин магнетик применяется ко всем веществам при рассмотрении их магнитных свойств.

Вещества, для которых магнитная проницаемость меньше единицы µ<1, называются диамагнитными или диамагнетиками (висмут, вода, водород, медь, стекло), вещества с µ>1 - парамагнитными или парамагнетиками (кислород, платина, вольфрам, алюминий), а вещества у которых µ >> 1 - ферромагнетиками (железо, кобальт, чугун, никель).

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

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.

Магнитной цепью называется последовательность магнетиков, по которым проходит магнитный поток.

При расчётах магнитных цепей используется почти полная формальная аналогия с электрическими цепями .

В схожем математическом аппарате также присутствует закон Ома , правила Кирхгофа и другие термины и закономерности.

Магнитная цепь и сопутствующий математический аппарат используется для расчётов трансформаторов , электрических машин , магнитных усилителей и т. п.

Если магнитный поток возбуждается в магнитной цепи постоянными магнитами, то такую цепь называют поляризованной.

Магнитная цепь без постоянных магнитов называется нейтральной. Магнитный поток в ней возбуждается током, протекающим в обмотках, охватывающих часть или всю её.

В зависимости от характера тока возбуждения различают магнитную цепь постоянного, переменного и импульсного магнитных потоков.

Магнитные цепи при постоянных потоках

Для участка магнитной цепи

Ф = BS,

где Ф – магнитный поток, Вб;

В – магнитная индукция, Тл;

S – поперечное сечение участка м 2 .

Падение магнитного напряжения на участке магнитопровода длиной l равно произведению магнитного потока и магнитного сопротивления R М участка

U М =H l =ФR М,

где Н – напряженность магнитного поля, А;

l – средняя длина участка, м;

R М – магнитное сопротивление участка, 1/Гн.

Магнитное сопротивление участка

R М =l /(µ r µ 0 S),

где µ r – относительная магнитная проницаемость материала участка;

µ 0 =4π 10 -7 – магнитная постоянная, Гн/м.

Пример . Определить магнитное сопротивление участка цепи длиной l =0,1 м и сечением S=0,01 м 2 , если µ r =5000.

1/Гн.

Магнитодвижущая сила (МДС)

где F – магнитодвижущая сила, А

I – ток в обмотке, А;

w – число витков обмотки.

Закон Ома для магнитной цепи

Магнитный поток для участка цепи прямо пропорционален магнитному напряжению на этом участке.

Ф = U м /R м

Первый закон Кирхгофа для магнитной цепи

Алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитопровода равна нулю

.

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи

Алгебраическая сумма падений магнитного напряжения вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме МДС , действующих в контуре

.

Лекция 5. Электрические машины и электромагнитные устройства

Электрическая машина – электромагнитное устройство, состоящее из статора и ротора, и преобразующее механическую энергию в электрическую (генераторы) или электрическую в механическую (электрические двигатели).

Принцип действия электрических машин основан на законах электромагнитной индукции, Ампера и явлении вращающегося магнитного поля.

Согласно закону электромагнитной индукции, открытому М. Фарадеем в 1831 г, в проводнике, помещенном в магнитное поле и движущемся относительно него со скоростью V, наводится ЭДС E , направление которой определяется правилом буравчика или правилом правой руки.

Согласно закону Ампера на проводник с током I , помещенный в магнитное поле, действует сила, направление которой определяется правилом буравчика или правилом левой руки.

Машины постоянного тока

Машина постоянного тока имеет три основные части: индуктор, якорь и коллектор.

Индуктор – неподвижная внешняя часть машины, предназначенная для создания магнитного потока Ф. Индуктор представляет собой полый литой стальной цилиндр, к которому с внутренней стороны крепятся полюсы – электромагниты, питаемые постоянным током.

Якорь – вращающаяся внутренняя часть машины. Состоит из стального цилиндрического сердечника и обмотки из изолированного медного провода,в которой при пересечении ее магнитным потоком Ф создается э. д. с. E. На одном валу с якорем закреплен коллектор, назначение которого – механическое выпрямление переменных синусоидальных э. д. с. (создаваемых в проводниках вращающейся обмотки якоря) в постоянное по величине и направлению напряжение, подаваемое во внешнюю цепь с помощью щеток, накладываемых на коллектор.

Коллектор является наиболее сложной частью машины постоянного тока. В каждой секции обмотки якоря создается переменная синусоидальная э. д. с. Благодаря коллектору э. д. с. машины E, снимаемая во внешнюю цепь через щетки, получается постоянной по величине и направлению.

Э. д. с. машины постоянного тока пропорциональна магнитному потоку индуктора и скорости вращения якоря.

Типы машин постоянного тока по схеме возбуждения

Схемой возбуждения называется схема питания обмотки индуктора. Схема возбуждения определяет основные свойства и характеристики машины.

По схеме возбуждения машины постоянного тока делятся на машины с независимым возбуждением и машины с самовозбуждением .

В машине с независимым возбуждением обмотка индуктора питается от постороннего источника постоянного тока. Схема с независимым возбуждением (с электрически не связанными цепями якоря и индуктора) применяется относительно редко. Обычно у машин постоянного тока, как генераторов, так и двигателей, цепи якоря и индуктора электрически связаны. У генераторов при этом осуществляется самовозбуждение: обмотка индуктора питается током якоря той же машины.

В зависимости от схемы, по которой электрически связываются обмотки якоря и индуктора, различают три типа машин постоянного тока, имеющие в генераторном и в двигательном режиме существенно разные характеристики и соответственно разные области применения: машины с параллельным возбуждением (шунтовые); машины с последовательным возбуждением (сериесные) и машины со смешанным возбуждением (компаундные).

В машине параллельного возбуждения обмотка возбуждения соединяется параллельно с якорем (по отношению к внешней цепи), а в машине последовательного возбуждения – последовательно. Машина смешанного возбуждения имеет параллельную и последовательную обмотки возбуждения, причем обычно основной является параллельная обмотка.

Самовозбуждение в генераторах постоянного тока основано на использовании явления гистерезиса в стали полюсов индуктора.

Схема независимого возбуждения

Схема параллельного возбуждения

Схема последовательного возбуждения

Механические характеристики машин постоянного тока

Двигатель с последовательным возбуждением

Двигатель параллельного возбуждения

Двигатель со смешанным возбуждением

Области применения машин постоянного тока

Хотя современная электрификация осуществляется в основном трехфазным переменным током, машины постоянного тока, особенно в режиме двигателя, имеют достаточно широкое применение.

Генераторы чаще всего применяются в преобразовательных установках двигатель-генератор для получения постоянного тока из переменного с целью питания двигателей постоянного тока и для других нужд в заводских и лабораторных условия.

Генераторы также применяются на тепловозах магистральных железных дорог, на судах, для электросварки на постоянном токе, для освещения поездов, в качестве возбудителей синхронных машин и т.д.

Малогабаритные низковольтные генераторы (6-12 и 28 Вольт) широко применяются для освещения и зарядки аккумуляторов на самолетах и автомашинах всех типов.

В ряде случаев для специальных нужд применяются машины постоянного тока с постоянными магнитами весьма малой мощности в качестве тахогенераторов (для измерения скорости вращения машин), в качестве индуктора для испытания изоляции, в запальных машинах во взрывном деле и т.п.

Двигатели постоянного тока имеют хорошие рабочие характеристики, обладают легкой возможностью регулирования скорости вращения в широких пределах, но по сравнению с двигателями переменного тока имеют и серьезные недостатки: потребность в источнике постоянного тока, конструктивную сложность и более высокую стоимость, потребность в постоянном присмотре из-за наличия коллектора.

Двигатели с последовательным возбуждением применяются более широко, чем шунтовые. Двигатель последовательного возбуждения – основной тип тягового двигателя. Он имеет большой пусковой момент (пропорциональный квадрату силы тока). Двигатель автоматически приспосабливается к профилю пути, меняя соответственно скорость, что существенно для тягового двигателя. Трамваи во всем мире работают на сериесных двигателях постоянного тока.

Двигатели последовательного возбуждения широко применяются на пригородных и магистральных электрифицированных железных дорогах, в метро, в электрифицированном заводском и шахтном транспорте, в электрокарах и т. п.

Двигатели со смешанным возбуждением (с преобладанием последовательной обмотки) применяются в троллейбусах и на магистральных электрифицированных железных дорогах с рекуперативным торможением, то есть с отдачей энергии в сеть на спусках.

Двигатели с параллельным возбуждением применяются взамен асинхронных и синхронных там, где требуется плавное регулирование оборотов в широких пределах, например в мощных прокатных станах, в текстильной промышленности и т. д.

Электромашиностроительные заводы выпускают много типов машин постоянного тока с большим диапазоном по мощности, напряжению и скорости вращения, в открытом, защищенном, закрытом и взрывобезопасном исполнении.

Асинхронные и синхронные электродвигатели (машины)

Природа магнитного поля была выяснена Эрстедом, который в 1820 году показал, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле, направление которого определяется правилом «буравчика». Ампер изучил зависимость силы взаимодействия между проводниками с током от их конфигураций, установив закон, получивший его имя. Так, два параллельных проводника с токами, текущими в одном направлении, взаимодействуют с силой, приходящейся на единицу длины:

где = 4 . 10 -7 Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, I 1 и I 2 -токи, текущие в проводниках, а г - расстояние между проводниками. Эта формула используется для установления основной электрической единицы системы Си - силы тока (Ампер). При силе тока в один ампер два проводника, расположенные на расстоянии один метр друг от друга взаимодействуют с силой 2 10 -7 Ньютона на один метр. Проводники с противоположно направленными токами отталкиваются. В определенном смысле формула (9) является аналогом закона Кулона.

Таким образом, можно дать определение, что магнитным полем называется особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических токов или движущихся электрических зарядов.

Магнитное поле можно обнаружить с помощью магнитной стрелки, на которую будет действовать в магнитном поле пара сил. Магнитную стрелку можно заменить рамкой с током. Она характеризуется величиной магнитного момента: p m = I . S , равного произведению силы тока в рамке I на площадь рамки S. Магнитный момент - вектор, направление которого определяется по правилу правого винта. В магнитном поле на рамку с током действует пара сил, стремящаяся установить магнитный момент рамки по направлению внешнего магнитного поля. В соответствии с этим вводят силовую характеристику магнитного поля В, называемую индукцией магнитного поля , которая равна отношению максимального момента пары сил, действующих на рамку с током в магнитном поле к магнитному моменту этой рамки р m:

Измеряется величина магнитной индукции в Теслах. Тл = Н. м/А. м 2 .

В веществе (магнетике) магнитная индукция изменяет свое значение: В=Во, где - относительная магнитная проницаемость, В 0 - магнитная индукция поля в вакууме. Величина Н = В/

называется напряженностьюмагнитного поля. Найти магнитное поле, создаваемое любой конфигурацией проводников, позволяет закон Био-Савара- Лапласа. Так магнитная индукция поля, создаваемого бесконечным проводником с током, равняется:

Направление вектора индукции определяется правилом «буравчика» и совпадает с направлением касательной к окружности радиуса г, перпендикулярной вектору тока. В центре кругового проводника с током индукция равна:

В катушке индуктивности, содержащей N витков с током, длиной l, индукция равна:

где n - число витков на единицу длины катушки.

На электрический заряд, движущийся в магнитном поле со скоростью v, действует сила, называемая силой Лоренца . Численное значение этой силы равно: F л = qvBsina, где a - угол между направлением скорости v и индукции магнитного поля В. Если разложить вектор скорости заряженной частицы на две составляющие - по направлению магнитного поля и перпендикулярно к нему, то можно видеть, что траектория движения частицы будет представлять собой винтовую линию.

На проводник с током в магнитном поле действует сила, называемая силой Ампера. Природа этой силы такая же, как и у силы Лоренца. Абсолютное значение этой силы равно: F = BIlsina , где I - ток в проводнике, 1 - длина проводника, a - угол между направлением силы тока в проводнике и вектором магнитной индукции В. Направление действия силы Ампера определяется правилом левой руки: левую руку нужно расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, четыре пальца указывали направление силы тока, а отогнутый большой палец укажет направление действия силы.

Потоком вектора магнитной индукции В через площадь S называется интеграл от нормальной составляющей вектора В по площади S:

Поток измеряется в Веберах: Вб = Тл м.

Если поле В однородное, то индуктивность выходит из-под интеграла и поток равен: Ф в = BScos a, где a - угол между вектором В и нормалью к плоскости контура, а S - площадь контура.

Английский физик М.Фарадей в 1831 году открыл закон, который носит его имя. Суть закона сводится к тому, что при всяком изменении магнитного потока в контуре, охватывающем площадь S, возникает электродвижущая сила магнитной индукции, равная скорости изменения потока, взятой с обратным знаком.

Знак минус выражает собой правило Ленца и является следствием закона сохранения энергии.

Таким образом, можно утверждать, что изменение магнитного поля вызывает появление электрического поля. Если контур реальный, т.е. представлен в виде проводника, то в нем будет протекать ток, порождающий магнитное поле, которое согласно правилу Ленца будет препятствовать изменениям вызвавшего его появление магнитного поля.

Частным случаем электромагнитной индукции является возникновение электродвижущей силы в контуре при изменении силы тока в этом же контуре. Магнитный поток, создаваемый в контуре, прямо пропорционален протекающему по нему току: Ф = LI, где L -индуктивность контура.

Индуктивность зависит от размера и формы контура и магнитной проницаемости среды. Единицей индуктивности является Генри.

При изменении силы тока в контуре изменяется магнитный поток, пронизывающий этот контур, что приводит к возникновению электродвижущей силы самоиндукции:

В результате самоиндукции изменение силы тока в цепи происходит не мгновенно. Поэтому, в частности, при размыкании любой реальной цепи возникает искра или дуга на контактах выключателя. Для соленоида, имеющего N витков на длине 1 и площадь поперечного сечения S, индуктивность равна: L =

, т.е. зависит от геометрии катушки иотносительной магнитной проницаемости материала, из которого изготовлен сердечник.

Одним из проявлений электромагнитной индукции является возникновение замкнутых индукционных токов (токи Фуко) в сплошных проводящих телах: металлических деталях, растворах электролитов, биологических тканях.

Вихревые токи образуются при перемещении проводящего тела в магнитном поле, при изменении со временем индукции поля, а также при совокупном действии обоих факторов. Сила вихревых токов зависит от электрического сопротивления тела и, следовательно, от удельного сопротивления и размеров, а также от скорости изменения магнитного потока.

В физиотерапии разогревание отдельных частей тела человека вихревыми токами назначается как лечебная процедура, называемая индуктотермией.

Единая теория электромагнитного поля была создана английским физиком Д.К.Максвеллом. В основу своей теории он положил гипотезу о том, что всякое переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. Переменное электрическое поле было названо Максвеллом током смещения, так как оно, подобно обычному току, вызывает магнитное поле.

Чтобы найти выражение для силы тока смещения, можно рассмотреть прохождение переменного тока по цепи, в которую включен конденсатор с диэлектриком. В проводниках это обычный ток проводимости 1 пр, обусловленный изменением заряда на обкладках конденсатора. Можно предположить, что ток проводимости замыкается в конденсаторе током смещения I см, причем I см = I пр = dq/dt. Заряд на обкладках конденсатора

q = CU =

.

Тогда сила тока смещения:

Так как электрическое поле конденсатора однородно, то разделив силу тока на площадь пластин, получим выражение для плотности тока смещения:

Из данного выражения следует, что ток смещения направлен в сторону dE/dt. Например, при увеличении напряженности электрического поля -вдоль Е.

Магнитное поле токов смещения было экспериментально обнаружено В.К. Рентгеном.

Из основных уравнений теории Максвелла следует, что возникновение какого-либо поля, электрического или магнитного, в некоторой точке пространства влечет за собой целую цепь взаимных превращений: переменное электрическое поле порождает магнитное, а изменение магнитного поля порождает поле электрическое. Так образуется единое электромагнитное поле.

Напряженность и индукция магнитного поля связаны соотношением

Напряженность магнитного поля. Закон полного тока

Понятие напряженности магнитного поля построено на формальной аналогии полей неподвижных зарядов и неподвижных намагниченных тел. Такая аналогия часто оказывается весьма полезной, так как позволяет перенести в теорию магнитного поля методы, разработанные для электростатических полей. Напряженность магнитного поля первоначально была введена в форме закона Кулона через понятие магнитной массы, аналогичной электрическому заряду, как механическая сила взаимодействия двух точечных магнитных масс в однородной среде, которая пропорциональна произведению этих масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Для количественной характеристики магнитного поля можно воспользоваться механической силой, действующей на положительный полюс пробного магнита, в той точке, где он расположен в пространстве. Напряженностью магнитного поля называется отношение механической силы, действующей на положительный полюс пробного магнита, к величине его магнитной массы или механическая сила, действующая на положительный полюс пробного магнита единичной массы в данной точке поля. Напряженность изображается вектором H , имеющим направление вектора механической силы f. Такие линии называются линиями напряженности или силовыми линиями. Можно также ввести понятие о силовой трубке магнитного поля аналогично тому, как это было сделано для магнитного потока. Силовые линии, в отличие от линий индукции магнитного поля, начинаются на положительных магнитных массах и заканчиваются на отрицательных, то есть прерываются. Для изотропной среды существует связь между индукцией и напряженностью магнитного поля. При помещении в магнитное поле вещества в нем происходят процессы ориентации различных структур, обладающих дипольным магнитным моментом. Так электроны, перемещаясь по орбитам, образуют элементарные токи и соответствующие магнитные поля или магнитные диполи рис. Кроме этого, электроны создают магнитный момент за счет вращения вокруг собственной оси, называемый спиновым магнитным моментом. Магнитный диполь можно характеризовать вектором магнитного момента, численно равным произведению величины элементарного тока на площадь контура, ограниченного этим током в пространстве. Вектор намагниченности совпадает с направлением вектора напряженности и связан с ним линейной зависимостью. Безразмерный коэффициент k называется магнитной восприимчивостью вещества. Для магнитного поля, существующего в некоторой среде, можно представить магнитную индукцию в виде суммы двух составляющих, индукции B 0 , соответствующей вакууму, и дополнительной индукции B н, создаваемой намагниченностью вещества. В зависимости от значения m все вещества разделяются на диамагнитные парамагнитные и ферромагнитные. Например, у платины относительная магнитная проницаемость составляет 1, Определение напряженности магнитного поля через магнитные силы и массы не вполне адекватно физической картине явлений в магнитном поле, т. На практике удобнее пользоваться явлениями, связывающими между собой электрический ток и магнитное поле. Пусть некая точечная магнитная масса m перемещается по произвольному пути из точки A в точку B магнитного поля рис. Работа по перемещению массы m по пути AB равна. В этом выражении линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля, взятый вдоль некоторого пути AB, называется магнитодвижущей силой МДС F, действующей вдоль этого пути. Рассмотрим теперь перемещение магнитной массы m по замкнутому пути в магнитном поле витка с постоянным значением тока i. Сначала допустим, что существует только воздействие со стороны поля витка на массу m рис. Если магнитная масса m переместится по изображенному на рисунке контуру, то виток пересечет все исходящие из нее линии индукции и работа по перемещению, с учетом того, что полный магнитный поток перемещаемой массы численно равен ее значению, будет равна. Однако, в этом случае ее можно рассмотреть по отдельности, для каждого витка. Тогда в правой части выражения 8 окажется алгебраическая сумма всех токов, охваченных контуром интегрирования. Линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля, взятый по замкнутому контуру, равен полному суммарному электрическому току, проходящему через поверхность, ограниченную этим контуром или МДС вдоль замкнутого контура равна полному току, охватываемому этим током. Закон полного тока является одним из важнейших законов, устанавливающим неразрывную связь между электрическим током и магнитным полем. Из него следует, что любая магнитная линия обязательно охватывает электрический ток и, наоборот, электрический ток всегда окружен магнитным полем. Причем, не являются исключением из этого закона и постоянные магниты, так как в них магнитные линии создаются элементарными микроскопическими токами, также входящими в правую часть выражения 9. Переход магнитного потока из одной среды в другую сопровождается некоторыми явлениями на границе раздела этих сред. Пусть магнитный поток переходит из среды с магнитной проницаемостью m 1 в среду с магнитной проницаемостью m 2 рис. Но магнитный поток для изотропной среды можно представить через индукцию в виде. В изотропной среде векторы индукции и напряженности магнитного поля совпадают по направлению, поэтому и углы с нормалью векторов H 1 и H 2 будут такими же как у векторов B 1 и B 2 рис. Выделим вблизи поверхности раздела замкнутый прямоугольный контур abcd так, чтобы его противоположные стороны длиной l располагались в разных средах на бесконечно малом расстоянии от границы рис. Найдем линейный интеграл от вектора напряженности поля вдоль этого контура и по закону полного тока приравняем его нулю, так как внутри контура отсутствует электрический ток:. Если разделить выражение 10 на выражение 11 , то мы получим соотношение, связывающее углы векторов с нормалью и магнитные проницаемости. Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта квазаров, галактик, когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик собственно линза. В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника. Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10 11 раз. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов. Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB космическое микроволновое излучение в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике. Майкл Фарадей, первооткрыватель электромагнитных волн в эфире. Карл Фридрих Гаусс, разработчик теории запаздывающего потенциала. Кирхгоф, первооткрыватель законов электротехники. Вильгельм Вебер, первооткрыватель законов электромагнетизма. Джон Сёрл, изобретатель магнитного конвертера энергии эфира. Эмилий Ленц, первооткрыватель законов электромагнетизма. Максвелл, создатель теории электромагнетизма эфира. Никола Тесла, гениальный изобретатель трансформатора. Маринов, первооткрыватель анизотропии света и скалярного магнитного поля. Николаев, исследователь скалярного магнитного поля. НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира. Об этом Корнилов написал на своей страничке в соцсети. Если помните, я сообщил о видео, которое британский журналист записал в центре Одессы, используя Гугл-очки. В толпе украинских нацистов тогда появилась группа англоязычных иностранцев, один из которых заявил журналисту, что эта группа прямо участвует в этих событиях так открыто и заявил. Причем говорил на бойком английском, сообщил, что он гражданин Израиля и США. По словам Корнилова, тогда его сообщение было воспринято с недоверием. Сначала мне заявили, что я все выдумал и никакого видео с израильтянами не было. Когда я в итоге предъявил это видео, где парень однозначно называет себя гражданином Израиля, мне стали кричать: Теперь же Владимир Корнилов решил вернуться к данной теме, в связи с чем публикует у себя в фейсбуке фотографии загадочных израильтян, принимавших участие в одесской бойне. Один из них - некий Гонен Сибони. На первом из опубликованных Корниловым фото он в Одессе 2 мая го. А на трех других - он в г. Палестинская или таки ЦАХАЛ? Или почему сей боец вдруг резко забыл английский, когда понял, что его записывают? Сибони сам сказал журналисту, что принимает участие в событиях! В конце концов, это ведь украинская СБУ потом заявляла, что при сожжении русских в Одессе использовали некое странное химическое вещество. Резонно в этой связи задать вопрос израильтянами, что за вещества в их колбах и бутылочках, верно ведь? И как вы думаете, кто-то допросил сего активиста? Сам он в сети ВКонтакте написал уже 7 мая г.: И на этом он затих. И молчит по сей день. Исходя из этого можно утверждать, что это комета образовалась первоначально из крупных тел собиравших пыль, газ, снег. Основной причиной вращения водоворотов являются местные ветра. И чем выше скорость ветров тем выше скорость вращения водоворотов и как следствие, выше центробежная сила водоворотов, благодаря чему повышается уровень вод морей и океанов. А чем ниже центробежная сила водоворотов, тем ниже уровень вод морей и океанов. Скорость течений, по периметру морей и океанов не везде одинакова и зависит от глубины побережья. В мелководной части моря скорость течений увеличивается, а в глубоководной части моря уменьшается.. На прямолинейных побережьях, где течения не обладают угловой скоростью, уровень вод не повышается. Воды Финского залива вращаются против часовой стрелки, образуя водоворот в виде элипса. Премного благодарен Вам за Ваш общественно-просветительский труд вообще, а, в частности, за репост ста Отправлено Вопрос, ставимый как бы учеными о времени возникновения жизни на Земле, а в особенности "абиогенезе" - возникновении жизни из минерального материала, навеянный библейской мифологией и алогичностью слабоумных людей, мнящих себя учеными, некорректен априори топик - http: И тут не есть противопоставление: Обе они исходят из того, что существование Вселенной началось в какой-то конечный, конкретный момент. Об этом говорит ныне "официальная", а на самом деле криминальная наука, "разводящая" простофиль, об этом проповедует и абсолютно бессовестная церковь любая из них. На самом деле, согласно реальной логике, Вселенная как и универсум в логике есть особый объект, включающий в себя все остальные, а значит, не имеющий границ во времени и пространстве. Знали это еще античные люди как в Египте и Греции, так и в Китае и Индии. Раз так, то и существование жизни во Вселенной - вечно. Оно не вечно в конкретном месте, например, на Земле или пробирке. Гены биоинформация в виде ДНК, РНК и пр. Их разносчиками являются кометы. Это, кстати, уже фактографически определил наш коллега Е. К примеру, в мезозое царствовали динозавры рептилии. Это только потому, что именно для этих тварей тогда были подходящие условия. Что сейчас рептилий нет? От крокодилов и варанов острова Комодо до черепах, ящериц и змей. Просто они сегодня занимают скромную нишу в связи с тем, что ныне более комфортные условия для иных форм жизни. То же самое для млекопитающих и цветковых. Что, их не было в мезозое? Только тогда для них был не климат. Кстати, только слабоумные могут считать, что Земля возникла 4,6 млрд лет назад, основываясь на "изотопном возрасте" горных пород. Для людей, имеющих логику, ясно, что 4,6 млрд лет - это время, прошедшее от формирования данного твердого минерала из других минералов, по каким-то причинам бывших в то время в расплаве. Но никак не возникновение, рождение из ничего или мифического протопланетного облака. Я уже излагал свою точку зрения на сей вопрос в работе "Происхождение Солнца и планет" http: Там и волны и черные дыры, полный фарш.

Всем доброго времени суток. В я рассказывал о основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции, однако приведённые расчётные формулы соответствуют магнитному полю в вакууме. Что в практической деятельности встречается довольно редко. Когда находятся в какой–либо среде, даже в воздухе, магнитное поле, которое они создают, претерпевает некоторые, а иногда и существенные изменения. Какие изменения происходят с магнитным полем, и от чего это зависит, я расскажу в данной статье.

Как связана индукция и напряженность магнитного поля?

Магнетиком называется вещество, которое под действием магнитного поля способно намагничиваться (или как говорят физики приобретать магнитный момент). Магнетиками являются практически все вещества. Намагничивание веществ объясняется тем, что в веществах присутствуют свои собственные микроскопические магнитные поля, которые создаются вращением электронов по своим орбитам. Когда внешнее отсутствует, то микроскопические поля расположены произвольным образом, а под воздействием внешнего магнитного поля соответствующим образом ориентируются.

Для характеристики намагничивания различных веществ используют так называемый вектор намагничивания J .

Таким образом, под действием внешнего магнитного поля с магнитной индукцией В 0 , магнетик намагничивается и создает свое магнитное поле с магнитной индукцией В’ . В итоге общая индукция В будет состоять из двух слагаемых

Тут возникает проблема вычисления магнитной индукции намагниченного вещества В’ , для решения которой необходимо считать электронные микротоки всего вещества, что практически нереально.

Альтернативой данного решения есть ввод вспомогательных параметров, а именно напряженность магнитного поля Н и магнитная восприимчивость χ . Напряженность связывает магнитную индукцию В и намагничивание вещества J следующим выражением

где В – магнитная индукция,

μ 0 – магнитная постоянная, μ 0 = 4π*10 -7 Гн/м.

В то же время вектор намагничивания J связан с напряженность магнитного поля В параметром, характеризующим магнитные свойства вещества и называемым магнитной восприимчивостью χ

где J – вектор намагничивания вещества,

Однако наиболее часто для характеристики магнитных свойств веществ используют относительную магнитную проницаемость μ r .

Таким образом, связь между напряженностью и магнитной индукцией будет иметь следующий вид

где μ 0 – магнитная постоянная, μ 0 = 4π*10 -7 Гн/м,

μ r – относительная магнитная проницаемость вещества.

Так как намагничивание вакуума равна нулю (J = 0), то напряженность магнитного поля в вакууме будет равна

Отсюда можно вывести выражения напряженности для магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током:

где I – ток протекающий по проводнику,

b – расстояние от центра провода до точки, в которой считается напряженность магнитного поля.

Как видно из данного выражения единицей измерения напряженности является ампер на метр (А/м ) или эрстед (Э )

Таким образом, магнитная индукция В и напряженность Н являются основными характеристиками магнитного поля, а магнитная проницаемость μ r – магнитной характеристикой вещества.

Намагничивание ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, то есть способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля, все вещества делятся на несколько классов. Которые характеризуются разной величиной относительной магнитной проницаемости μ r и магнитной восприимчивости χ. Большинство веществ являются диамагнетиками (χ = -10 -8 … -10 -7 и μ r < 1) и парамагнетиками (χ = 10 -7 … 10 -6 и μ r > 1), несколько реже встречаются ферромагнетики (χ = 10 3 … 10 5 и μ r >> 1). Кроме данных классов магнетиков существует ещё несколько классов магнетиков: антиферромагнетики, ферримагнетики и другие, однако их свойства проявляются только при определённых условиях.

Особый интерес в радиоэлектронике ферромагнитные вещества. Основным отличием данного класса веществ является нелинейная зависимость намагничивания, в отличие от пара- и диамагнетиков, имеющих линейную зависимость намагничивания J от напряженности Н магнитного поля.

Зависимость намагничивания J ферромагнетика от напряженности Н магнитного поля.

На данном графике показана основная кривая намагничивания ферромагнетика. Изначально намагниченность J, в отсутствие магнитного поля (Н = 0), равна нулю. По мере возрастания напряженности намагничивание ферромагнетика проходит довольно интенсивно, вследствие того что его магнитная восприимчивость и проницаемость очень велика. Однако по достижении напряженности магнитного поля порядка H ≈ 100 А/м увеличение намагниченности прекращается, так как достигается точка насыщения J НАС. Данное явление называется магнитным насыщением . В данном режиме магнитная проницаемость ферромагнетиков сильно падает и при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля стремится к единице.

Гистерезис ферромагнетиков

Еще одной особенностью ферромагнетиков является наличие , которая является основополагающим свойством ферромагнетиков.

Для понимания процесса намагничивания ферромагнетика изобразим зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля, где красным цветом выделим основную кривую намагничивания . Данная зависимость довольно неопределенна, так как зависит от предыдущего намагничивания ферромагнетика.

Возьмём образец ферромагнитного вещества, которое не подвергалось намагничиванию (точка 0) и поместим его в магнитное поле, напряженность Н которого начнем увеличивать, то есть зависимость будет соответствовать кривой 0 – 1 , пока не будет достигнуто магнитное насыщение (точка 1). Дальнейшее увеличение напряженности не имеет смысла, потому как намагниченность J практически не увеличивается, а магнитная индукция увеличивается пропорционально напряженности Н . Если же начинать уменьшать напряженность, то зависимость В(Н) будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3 , при этом когда напряженность магнитного поля упадёт до нуля (точка 2), то магнитная индукция не упадёт до нуля, а будет равна некоторому значению B r , которое называется остаточной индукцией , а намагничивание будет иметь значение J r , называемое остаточным намагничиванием .

Для того чтобы снять остаточное намагничивание и уменьшить остаточную индукцию B r до нуля, необходимо создать магнитное поле, противоположное полю, вызвавшему намагничивание, причем напряженность размагничивающего поля должна составлять Н с , называемая коэрцитивной силой. При дальнейшем росте напряженности магнитного поля, которое противоположно первоначальному полю, происходит насыщение ферромагнетика (точка 4).

Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля зависимость индукции от напряженности будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1 , которая называется петлёй гистерезиса . Таких петель для ферромагнетика может быть множество (пунктирные кривые), называемые частными циклами. Однако, если при максимальных значениях напряженности магнитного поля происходит насыщение, то получается максимальная петля гистерезиса (сплошная кривая).

Так как магнитная проницаемость μ r ферромагнетиков имеет довольно сложную зависимость от напряженности магнитного поля, поэтому нормируются два параметра магнитной проницаемости:

μ н – начальная магнитная проницаемость соответствует напряженности Н = 0;

μ max – максимальная магнитная проницаемость достигается в магнитном поле при приближении магнитного насыщения.

Таким образом, у ферромагнетиков величины B r , Н с и μ н (μ max) являются основными характеристиками, влияющими на выбор вещества в конкретном случае.

Теория это хорошо, но теория без практики - это просто сотрясание воздуха.