Вектор напруженості магнітного поля і його зв'язок з векторами індукції і намагніченності.Магнітная сприйнятливість і магнітна проникність речовини
ємнісний елемент
Прикладом ємнісного елемента є плоский конденсатор - дві паралельні пластини, що знаходяться на невеликій відстані один від одного.
Напруга, прикладена до ємкісному елементу:
Тоді струм в ємнісному елементі:
ic \u003d Imsin (ωt + 900), I m \u003d U m / X c, де X c \u003d 1 / (ω⋅C) - ємнісний опір, вимірюється в Омасі і залежить від частоти.
1. Струм в ємнісному елементі випереджає по фазі прикладена до нього напруга, на 900.
2. Ємнісний елемент надає синусоидальному (змінному) току опір, модуль якого X c обернено пропорційна частоті.
3. Закон Ома виконується як для амплітудних значень струму і напруги: \u003d Xc ⋅Im,
так і для діючих значень: Um \u003d XС ⋅IС.
Миттєва потужність:
р \u003d U⋅I sin2ωt.
Миттєва потужність на ємнісному елементі має тільки змінну складову U⋅I⋅sin2ωt, що змінюється сдвойной частотою (2ω).
Потужність періодично змінюється по знаку - то позитивна, то негативна. Це означає, що протягом однієї четвертьперіодов, коли p\u003e 0, енергія запасається в ємнісному елементі (у вигляді енергії електричного поля), А протягом інших четвертьперіодов, коли p< 0 , энергия возвращается в электрическую цепь.
Розрахунок неразветвленной електричного кола синусоїдального струму.
Потужність в лінійних ланцюгах синусоїдального струму
В лінійних ланцюгах синусоїдального струму мають місце три види потужності:
активна;
реактивна;
активна потужність - це потужність незворотного перетворення електричної енергії в інші види енергії в резистивних елементах ланцюга. У джерелах електричної енергії активна потужність Р розрахо- розробляються за формулою: Р \u003d U ⋅ I ⋅ cos φ, де φ - кут зсуву фаз між струмом і напругою.
У резистивних елементах активна потужність визначається також і за формулою: P \u003d I2⋅R.
Лекція 4. Аналіз і розрахунок магнітних полів
Магнітне поле і його характеристики.
При проходженні електричного струму по провіднику навколо нього утворюється магнітне поле. Воно володіє енергією, яка проявляє себе у вигляді електромагнітних сил, що діють на рухомі електричні заряди, т. Е. електричний струм. Магнітне поле утворюється тільки навколо рухомих електричних зарядів, і його дія поширюється також лише на рухомі заряди. Магнітне і електричні поля нерозривні і утворюють єдине електро-магнітне поле. Будь-яке зміна електричного поля призводить до появи магнітного поля і, навпаки, всяка зміна магнітного поля супроводжується виникненням електричного поля.
Основними характеристиками магнітного поля є магнітна індукція, магнітний потік, магнітна проникність, напруженість магнітного поля.
Магнітна індукція.
Інтенсивність магнітного поля, т. Е. Здатність його виробляти роботу, визначається величиною, званої магнітної індукції В. Чим сильніше магнітноe поле, тим більшу індукцію воно має. Тобто магнітна індукція є силовий характеристикою магнітного поля. Вможна характеризувати щільністю силових магнітних ліній, т. е. числом силових ліній, що проходять через одиницю площі, розташовану перпендикулярно магнітному полю. Розрізняють однорідні і неоднорідні магнітні поля. В однорідному магнітному полі магнітна індукція в кожній точці поля має однакове значення і напрямок. Однорідним може вважатися поле в повітряному проміжку між різнойменними полюсами магніту або електромагніту. Одиниця виміру магнітної індукції - тесла (Тл); 1 Тл \u003d 1 Вб / м 2.
магнітним потоком або потоком вектора магнітної індукції крізь площадку S називають величину
де Ф - магнітний потік, Вб;
В - магнітна індукція, Тл;
S - плоска майданчик, м 2;
α - кут між напрямком нормалі n до майданчика і напрямом індукції В;
Bn - проекція вектора В на нормаль n.
Одиниця виміру магнітного потоку в системі СІ - вебер (Вб), має розмірність В * с (вольт-секунда). Одиниця виміру магнітної індукції - тесла (Тл); 1 Тл \u003d 1 Вб / м 2.
магнітна проникність - фізична величина, Що характеризує магнітні властивості речовини. магнітна проникність показує, у скільки разів абсолютна магнітна проникність даного матеріалу більше магнітної постійної. Чисельно дорівнює відношенню абсолютної магнітної проникності μ а до магнітної постійної μ 0 (Μ \u003d μ а / μ 0).
Зміна сили взаємодії між провідниками з струмом обумовлено зміною інтенсивності магнітного поля, викликаного розміром, формою проводів, а також магнітні властивості речовини, що знаходиться між проводами.
Залежно від властивостей середовища величина μ може бути більшою, ніж у вакуумі, (μ\u003e 1) або меншою (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.
Напруженість магнітного поля . Векторна величина, що є кількісною характеристикою магнітного поля. напруженість Н не залежить від магнітних властивостей середовища. Магнітна індукція і напруженість пов'язані ставленням
H \u003d B / m а \u003d B / (mm о)
Отже, в середовищі з незмінною магнітною проникністю індукція магнітного поля пропорційна його напруженості. Напруженість магнітного поля вимірюється в ампер на метр (А / м).
Магнітне поле провідника зі струмом.
При проходженні струму по прямолінійним провіднику навколо нього виникає магнітне поле. Магнітні силові лінії цього поля розташовуються по концентричних колах, в центрі яких знаходиться провідник зі струмом. Напрямок магнітного поля навколо провідника зі струмом завжди знаходиться в суворій відповідності з напрямком струму, що проходить по провіднику. Напрямок магнітних силових ліній можна визначити по правилом свердлика. Його формулюють так. Якщо поступальний рух гвинта поєднати з напрямком струму в провіднику, то напрям обертання його рукоятки покаже напрямок силових ліній магнітного поля навколо провідника. Наприклад, якщо струм проходить по провіднику в напрямку від нас за площину, то магнітне поле, що виникає навколо цього провідника, направлено за годинниковою стрілкою. Якщо струм по провіднику проходить у напрямку до нас, то магнітне поле навколо провідника направлено проти годинникової стрілки. Чим більше струм, що проходить по провіднику, тим сильніше виникає навколо нього магнітне поле. При зміні напрямку струму магнітне поле також змінює свій напрямок.
Електромагнітна індукція - це явище виникнення струму в замкнутому провіднику, при проходженні через нього магнітного потоку.
Закон електромагнітної індукції (закон М. Фарадея)
Електрорушійна сила, индуцируемая в провідному контурі, дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, зчіпного з цим контуром.
У котушці, яка має n витків, загальна ЕРС залежить від кількості витків n:
Напрямок ЕРС визначається за правилом правої руки: Праву руку розташовують так, щоб магнітні лінії входили в долоню, відігнутий під прямим кутом великий палець поєднують з напрямком швидкості; тоді витягнуті чотири пальці покажуть напрямок ЕРС.
правило Ленца
Виникає в замкнутому контурі індукційний струм своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, яким він викликаний.
магнітні ланцюга
При розрахунках постійних магнітів, електромагнітів, трансформаторів, електричних машин, Реле, магнітних підсилювачів, електровимірювальних та інших приладів користуються поняттям магнітного ланцюга .
Речовини, здатні намагнічуватися, називаються магнетик. термін магнетикзастосовується до всіх речовин при розгляді їхніх магнітних властивостей.
Речовини, для яких магнітна проникність менше одиниці μ<1, называются діамагнітними або діамагнетиками (Вісмут, вода, водень, мідь, скло), речовини з μ\u003e 1 - парамагнітним абопарамагнетиками (кисень, платина, вольфрам, алюміній), а речовини у яких μ \u003e\u003e 1 - феромагнетиками (Залізо, кобальт, чавун, нікель).
У діамагнетіков, як і у парамагнетиків, залежність В (Н) (Крива намагнічування) є лінійною, відмінність тільки в куті нахилу графіка.
Крива намагнічування показує зв'язок між магнітною індукцією і напруженістю магнітного поля. У феромагнетиків цей зв'язок суттєво нелінійна. Індукція поля в намагніченому ферромагнетике спочатку швидко наростає з ростом напруженості зовнішнього магнітного поля. Потім зростання індукції поля сповільнюється.
магнітної ланцюгом називається послідовність магнетиков, за якими проходить магнітний потік.
при розрахунках магнітних кіл використовується майже повна формальна аналогія з електричними ланцюгами.
У схожому математичному апараті також присутній закон Ома , правила Кірхгофа і інші терміни і закономірності.
Магнітна ланцюг і супутній математичний апарат використовується для розрахунків трансформаторів, електричних машин, магнітних підсилювачів і т. П.
Якщо магнітний потік збуджується в магнітному колі постійними магнітами, то такий ланцюг називають поляризованої.
Магнітна ланцюг без постійних магнітів називається нейтральною. Магнітний потік в ній збуджується струмом, що протікає в обмотках, що охоплюють частину або всю її.
Залежно від характеру струму збудження розрізняють магнітну ланцюг постійного, змінного та імпульсного магнітних потоків.
Магнітні кола при постійних потоках
Для ділянки магнітного ланцюга
Ф \u003d BS,
де Ф - магнітний потік, Вб;
В - магнітна індукція, Тл;
S - поперечний переріз ділянки м 2.
Падіння магнітної напруги на ділянці муздрамтеатру довжиною l дорівнює добутку магнітного потоку і магнітного опору R М ділянки
U М \u003d H l\u003d Фr М,
де Н - напруженість магнітного поля, А;
l - середня довжина ділянки, м;
R М - магнітний опір ділянки, 1 / Гн.
Магнітний опір ділянки
R М \u003d l/ (Μ r μ 0 S),
де μ r - відносна магнітна проникність матеріалу ділянки;
μ 0 \u003d 4π 10 -7 - магнітна постійна, Гн / м.
приклад. Визначити магнітний опір ділянки кола довжиною l\u003d 0,1 м і перетином S \u003d 0,01 м 2, якщо μ r \u003d 5000.
1 / Гн.
Магніторушійна сила (МДС)
де F - магнитодвижущая сила, А
I - струм в обмотці, А;
w - число витків обмотки.
Закон Ома для магнітного кола
Магнітний потік для ділянки кола прямо пропорційний магнітному напрузі на цій ділянці.
Ф \u003d U м / R м
Перший закон Кірхгофа для магнітного кола
Алгебраїчна сума магнітних потоків у вузлі муздрамтеатру дорівнює нулю
.
Другий закон Кірхгофа для магнітного кола
Алгебраїчна сума падінь магнітної напруги вздовж замкнутого контуру дорівнює алгебраїчній сумі МДС , Що діють в контурі
.
Лекція 5. Електричні машини і електромагнітні пристрої
електрична машина - електромагнітне пристрій, що складається з статора і ротора, і перетворює механічну енергію в електричну (генератори) або електричну в механічну (електричні двигуни).
Принцип дії електричних машин заснований на законах електромагнітної індукції, Ампера і явище обертового магнітного поля.
Відповідно до закону електромагнітної індукції, відкритого М. Фарадеєм в 1831 р, в провіднику, вміщеному в магнітне поле і рухається щодо нього зі швидкістю V, наводиться ЕРС E, напрямок якої визначається правилом свердлика або правилом правої руки.
Відповідно до закону Ампера на провідник зі струмом I, поміщений в магнітне поле, діє сила, напрям якої визначається правилом свердлика або правилом лівої руки.
машини постійного струму
Машина постійного струму має три основні частини: індуктор, якір і колектор.
індуктор - нерухома зовнішня частина машини, призначена для створення магнітного потоку Ф. Індуктор являє собою порожнистий литий сталевий циліндр, до якого з внутрішньої сторони кріпляться полюси - електромагніти, що живляться постійним струмом.
якір - обертається усередину приладу. Складається з сталевого циліндричного сердечника і обмотки з ізольованого мідного дроту, в якій при перетині її магнітним потоком Ф створюється е. д. з. E. На одному валу з якорем закріплений колектор, призначення якого - механічне випрямлення змінних синусоїдальних е. д. з. (Створюваних в провідниках обертається обмотки якоря) в постійне по величині і напрямку напруга, що подається в зовнішній ланцюг за допомогою щіток, що накладаються на колектор.
колектор є найбільш складною частиною машини постійного струму. У кожній секції обмотки якоря створюється змінна синусоїдальна е. д. з. Завдяки колектора е. д. з. машини E, що знімається в зовнішній ланцюг через щітки, виходить постійної за величиною і напрямком.
Е. д. С. машини постійного струму пропорційна магнітному потоку індуктора і швидкості обертання якоря.
Типи машин постійного струму за схемою збудження
Схемою збудження називається схема харчування обмотки індуктора. Схема збудження визначає основні властивості і характеристики машини.
За схемою збудження машини постійного струму діляться на машини з незалежним збудженням і машини з самозбудженням .
У машині з незалежним збудженням обмотка індуктора харчується від стороннього джерела постійного струму. Схема з незалежним збудженням (з електрично не пов'язаними колами якоря і індуктора) застосовується відносно рідко. Зазвичай у машин постійного струму, як генераторів, так і двигунів, ланцюга якоря і індуктора електрично пов'язані. У генераторів при цьому здійснюється самозбудження: обмотка індуктора харчується струмом якоря тієї ж машини.
Залежно від схеми, за якою електрично пов'язуються обмотки якоря і індуктора, розрізняють три типи машин постійного струму, мають в генераторному і в руховому режимі істотно різні характеристики і відповідно різні сфери застосування: машини з паралельним збудженням (шунтові); машини з послідовним збудженням (серієсний) і машини зі змішаним збудженням (Компаундні).
В машині паралельного збудження обмотка збудження з'єднується паралельно з якорем (по відношенню до зовнішньої ланцюга), а в машині послідовного збудження - послідовно. Машина змішаного збудження має паралельну і послідовну обмотки збудження, причому зазвичай основною є паралельна обмотка.
самозбудження в генераторах постійного струму засноване на використанні явища гістерезису в стали полюсів індуктора.
Схема незалежного збудження
Схема паралельного збудження
Схема послідовного збудження
Механічні характеристики машин постійного струму
Двигун з послідовним збудженням
Двигун паралельного збудження
Двигун зі змішаним збудженням
Області застосування машин постійного струму
Хоча сучасна електрифікація здійснюється в основному трифазним змінним струмом, машини постійного струму, особливо в режимі двигуна, мають досить широке застосування.
Генератори найчастіше застосовуються в перетворювальних установках двигун-генератор для отримання постійного струму з змінного з метою харчування двигунів постійного струму і для інших потреб в заводських і лабораторних умови.
Генератори також застосовуються на тепловозах магістральних залізниць, на судах, для електрозварювання на постійному струмі, для освітлення поїздів, як збудників синхронних машин і т.д.
Малогабаритні низьковольтні генератори (6-12 і 28 Вольт) широко застосовуються для освітлення і зарядки акумуляторів на літаках і автомашинах всіх типів.
У ряді випадків для спеціальних потреб застосовуються машини постійного струму з постійними магнітами вельми малої потужності як тахогенераторів (для вимірювання швидкості обертання машин), в якості індуктора для випробування ізоляції, в запальних машинах у вибуховій справі і т.п.
Двигуни постійного струму мають хороші робочі характеристики, мають легку можливістю регулювання швидкості обертання в широких межах, але в порівнянні з двигунами змінного струму мають і серйозні недоліки: потреба в джерелі постійного струму, конструктивну складність і більш високу вартість, потреба в постійному нагляді через наявність колектора.
Двигуни з послідовним збудженням застосовуються більш широко, ніж шунтові. Двигун послідовного збудження - основний тип тягового двигуна. Він має великий пусковий момент (пропорційний квадрату сили струму). Двигун автоматично пристосовується до профілю шляху, змінюючи відповідно швидкість, що суттєво для тягового двигуна. Трамваї у всьому світі працюють на серієсний двигунах постійного струму.
Двигуни послідовного збудження широко застосовуються на приміських та магістральних електрифікованих залізницях, В метро, \u200b\u200bв електрифікованому заводському і шахтному транспорті, в електрокарах і т. П.
Двигуни зі змішаним збудженням (з переважанням послідовної обмотки) застосовуються в тролейбусах і на магістральних електрифікованих залізницях з рекуперативним гальмуванням, тобто з віддачею енергії в мережу на спусках.
Двигуни з паралельним збудженням застосовуються замість асинхронних і синхронних там, де потрібно плавне регулювання обертів в широких межах, наприклад у потужних прокатних станах, в текстильній промисловості і т. Д.
Електромашинобудівний завод випускають багато типів машин постійного струму з великим діапазоном по потужності, напрузі і швидкості обертання, у відкритому, захищеному, закритому і вибухонебезпечному виконанні.
асинхронні і синхронні електродвигуни (Машини)
Природа магнітного поля була з'ясована Ерстед, який в 1820 році показав, що навколо провідника зі струмом утворюється магнітне поле, напрямок якого визначається правилом «гвинта». Ампер вивчив залежність сили взаємодії між провідниками з струмом від їх конфігурацій, встановивши закон, який отримав його ім'я. Так, два паралельних провідника зі струмами, поточними в одному напрямку, взаємодіють з силою, що припадає на одиницю довжини:
де 
= 4
. 10 -7 Гн / м - абсолютна магнітна проникність вакууму, I 1 і I 2-ток, поточні в провідниках, а г - відстань між провідниками. Ця формула використовується для встановлення основної електричної одиниці системи Сі - сили струму (Ампер). При силі струму в один ампер два провідника, розташовані на відстані один метр один від одного взаємодіють з силою 2 10 -7 Ньютона на один метр. Провідники з протилежно спрямованими струмами відштовхуються. У певному сенсі формула (9) є аналогом закону Кулона.
Таким чином, можна дати визначення, що магнітним полем називається особливий вид матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія електричних струмів або рухомих електричних зарядів.
Магнітне поле можна виявити за допомогою магнітної стрілки, на яку буде діяти в магнітному полі пара сил. Магнітну стрілку можна замінити рамкою з струмом. Вона характеризується величиною магнітного моменту: p m = I . S, Рівного добутку сили струму в рамці I на площу рамки S. Магнітний момент - вектор, напрям якого визначається за правилом правого гвинта. У магнітному полі на рамку зі струмом діє пара сил, яка прагне встановити магнітний момент рамки у напрямку зовнішнього магнітного поля. Відповідно до цього вводять силову характеристику магнітного поля В, звану індукцією магнітного поля, Яка дорівнює відношенню максимального моменту пари сил, що діють на рамку з струмом в магнітному полі до магнітного моменту цієї рамки р m:
Вимірюється величина магнітної індукції в Тесла. Тл \u003d Н. м / А. м 2.
У речовині (магнетику) магнітна індукція змінює своє значення: В \u003d 
Во, де - відносна магнітна проникність, В 0 - магнітна індукція поля в вакуумі. Величина Н \u003d В / 
називається напряженностьюмагнітного поля. Знайти магнітне поле, створюване будь-якою конфігурацією провідників, дозволяє закон Біо-Савара- Лапласа. Так магнітна індукція поля, що створюється нескінченним провідником зі струмом, дорівнює:
Напрямок вектора індукції визначається правилом «гвинта» та збігається з напрямком дотичної до кола радіуса г, перпендикулярній вектору струму. У центрі кругового провідника із струмом індукція дорівнює:
У котушці індуктивності, що містить N витків зі струмом, довжиною l, індукція дорівнює:
де n - число витків на одиницю довжини котушки.
На електричний заряд, що рухається в магнітному полі зі швидкістю v, діє сила, яка називається силою Лоренца. Чисельне значення цієї сили дорівнює: F л = qvBsina, де a - кут між напрямком швидкості v і індукції магнітного поля В. Якщо розкласти вектор швидкості зарядженої частинки на дві складові - у напрямку магнітного поля і перпендикулярно до нього, то можна бачити, що траєкторія руху частинки буде являти собою кручені лінію.
На провідник зі струмом в магнітному полі діє сила, яка називається силою Ампера. Природа цієї сили така ж, як і у сили Лоренца. Абсолютне значення цієї сили дорівнює: F = BIlsina, Де I - струм в провіднику, 1 - довжина провідника, a - кут між напрямком сили струму в провіднику і вектором магнітної індукції В. Напрямок дії сили Ампера визначається правилом лівої руки: ліву руку потрібно розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, чотири пальці вказували напрямок сили струму, а відігнутий великий палець вкаже напрям дії сили.
Потоком вектора магнітної індукції В через площу S називається інтеграл від нормальної складової вектора В по площі S:
Потік вимірюється в Вебера: Вб \u003d Тл м.
Якщо поле В однорідне, то індуктивність виходить з-під інтеграла і потік дорівнює: Ф в \u003d BScos a, де a - кут між вектором В і нормаллю до площини контуру, а S - площа контуру.
Англійський фізик М. Фарадей в 1831 році відкрив закон, який носить його ім'я. Суть закону зводиться до того, що при кожній зміні магнітного потоку в контурі, що охоплює площу S, виникає електрорушійна сила магнітної індукції, рівна швидкості зміни потоку, взятої з протилежним знаком.
Знак мінус висловлює собою правило Ленца і є наслідком закону збереження енергії.
Таким чином, можна стверджувати, що зміна магнітного поля викликає появу електричного поля. Якщо контур реальний, тобто представлений у вигляді провідника, то в ньому буде протікати струм, який породжує магнітне поле, яке згідно з правилом Ленца буде перешкоджати змінам викликав його поява магнітного поля.
Окремим випадком електромагнітної індукції є виникнення електрорушійної сили в контурі при зміні сили струму в цьому ж контурі. Магнітний потік, створюваний в контурі, прямо пропорційний протікає по ньому струму: Ф \u003d LI, де L індуктивність контуру.
Індуктивність залежить від розміру і форми контура і магнітної проникності середовища. Одиницею індуктивності є Генрі.
При зміні сили струму в контурі змінюється магнітний потік, що пронизує цей контур, що призводить до виникнення електрорушійної сили самоіндукції:
В результаті самоіндукції зміна сили струму в ланцюзі відбувається не миттєво. Тому, зокрема, при розмиканні будь-якої реальної ланцюга виникає іскра або дуга на контактах вимикача. Для соленоїда, що має N витків на довжині 1 і площа поперечного перерізу S, індуктивність дорівнює: L \u003d 
, Тобто залежить від геометрії котушки іотносітельной магнітної проникності матеріалу, з якого виготовлений сердечник.
Одним із проявів електромагнітної індукції є виникнення замкнутих індукційних струмів (струми Фуко) в суцільних проводять тілах: металевих деталях, розчинах електролітів, біологічних тканинах.
Вихрові струми утворюються при переміщенні провідного тіла в магнітному полі, при зміні з часом індукції поля, а також при сукупній дії обох факторів. Сила вихрових струмів залежить від електричного опору тіла і, отже, від питомої опору і розмірів, а також від швидкості зміни магнітного потоку.
У фізіотерапії розігрівання окремих частин тіла людини вихровими струмами призначається як лікувальна процедура, яка називається індуктотермією.
Єдина теорія електромагнітного поля була створена англійським фізиком Д.К.Максвеллом. В основу своєї теорії він поклав гіпотезу про те, що будь-яке змінне електричне поле породжує вихрове магнітне поле. Змінне електричне поле було названо Максвеллом струмом зсуву, так як воно, як звичайний току, викликає магнітне поле.
Щоб знайти вираз для сили струму зміщення, можна розглянути проходження змінного струму по ланцюгу, в яку включений конденсатор з діелектриком. У провідниках це звичайний струм провідності 1 пр, обумовлений зміною заряду на обкладинках конденсатора. Можна припустити, що струм провідності замикається в конденсаторі струмом зміщення I см, причому I см \u003d I пр \u003d dq / dt. Заряд на обкладинках конденсатора
q \u003d CU \u003d 
.
Тоді сила струму зміщення:
Так як електричне поле конденсатора однорідно, то розділивши силу струму на площу пластин, отримаємо вираз для щільності струму зміщення:
З цього виразу випливає, що струм зміщення спрямований в бік dE / dt. Наприклад, при збільшенні напруженості електричного поля-вздовж Е.
Магнітне поле струмів зміщення було експериментально виявлено В.К. Рентгеном.
З основних рівнянь теорії Максвелла випливає, що виникнення будь-якого поля, електричного або магнітного, в деякій точці простору тягне за собою цілий ланцюг взаємних перетворень: змінне електричне поле породжує магнітне, а зміна магнітного поля породжує поле електричне. Так утворюється єдине електромагнітне поле.
Напруженість та індукція магнітного поля пов'язані співвідношеннямНапруженість магнітного поля. Закон повного струму
Поняття напруженості магнітного поля побудовано на формальній аналогії полів нерухомих зарядів і нерухомих намагнічених тіл. Така аналогія часто виявляється досить корисною, оскільки дозволяє перенести в теорію магнітного поля методи, розроблені для електростатичних полів. Напруженість магнітного поля спочатку була введена в формі закону Кулона через поняття магнітної маси, аналогічної електричномузаряду, Як механічна сила взаємодії двох точкових магнітних мас в однорідному середовищі, яка пропорційна добутку цих мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Для кількісної характеристики магнітного поля можна скористатися механічної силою, що діє на позитивний полюс пробного магніту, в тій точці, де він розташований в просторі. Напруженістю магнітного поля називається відношення механічної сили, що діє на позитивний полюс пробного магніту, до величини його магнітної маси або механічна сила, що діє на позитивний полюс пробного магніту одиничної маси в даній точці поля. Напруженість зображується вектором H, які мають напрямок вектора механічної сили f. Такі лінії називаються лініями напруженості або силовими лініями. Можна також ввести поняття про силовий трубці магнітного поля аналогічно тому, як це було зроблено для магнітного потоку. силові лінії , На відміну від ліній індукції магнітного поля, починаються на позитивних магнітних масах і закінчуються на негативних, тобто перериваються. Для ізотропного середовища існує зв'язок між індукцією і напруженістю магнітного поля. При приміщенні в магнітне поле речовини в ньому відбуваються процеси орієнтації різних структур, що володіють дипольним магнітним моментом. Так електрони, переміщаючись по орбітах, утворюють елементарні струми і відповідні магнітні поля або магнітні диполі рис. Крім цього, електрони створюють магнітний момент за рахунок обертання навколо власної осі, званий спіновим магнітним моментом. Магнітний диполь можна характеризувати вектором магнітного моменту, чисельно рівним твору величини елементарного струму на площу контура, обмеженого цим струмом в просторі. Вектор намагніченості збігається з напрямом вектора напруженості і пов'язаний з ним лінійною залежністю. Безрозмірний коефіцієнт k називається магнітною сприйнятливістю речовини. Для магнітного поля, існуючого в деякому середовищі, можна уявити магнітну індукцію у вигляді суми двох складових, індукції B 0, відповідної вакууму, і додаткової індукції B н, створюваної намагниченностью речовини. Залежно від значення m все речовини поділяються на діамагнітниє парамагнітні і феромагнітні. Наприклад, у платини відносна магнітна проникність становить 1, Визначення напруженості магнітного поля через магнітні сили і маси не цілком адекватно фізичної картині явищ в магнітному полі, т. На практиці зручніше користуватися явищами, що зв'язують між собою електричний струм і магнітне поле. Нехай якась точкова магнітна маса m переміщається по довільному шляху з точки A в точку B магнітного поля рис. Робота по переміщенню маси m по шляху AB дорівнює. У цьому виразі лінійний інтеграл вектора напруженості магнітного поля, взятий вздовж деякого шляху AB, називається магніторушійної силою МДС F, що діє уздовж цього шляху. Розглянемо тепер переміщення магнітної маси m по замкнутому шляху в магнітному полі витка з постійним значенням струму i. Спочатку припустимо, що існує тільки вплив з боку поля витка на масу m рис. Якщо магнітна маса m переміститься по зображеному на малюнку контуру, то виток перетне всі виходили з неї лінії індукції і робота по переміщенню, з урахуванням того, що повний магнітний потік переміщується маси чисельно дорівнює її значенню, буде дорівнює. Однак, в цьому випадку її можна розглянути окремо, для кожного витка. Тоді в правій частині виразу 8 виявиться алгебраїчна сума всіх струмів, охоплених контуром інтегрування. Лінійний інтеграл вектора напруженості магнітного поля, взятий по замкнутому контуру, дорівнює повному сумарному електричному струму, що проходить через поверхню, обмежену цим контуром або МДС уздовж замкнутого контуру дорівнює повному струму, охоплених цим струмом. Закон повного струму є одним з найважливіших законів, що встановлює нерозривний зв'язок між електричним струмом і магнітним полем. З нього випливає, що будь-яка магнітна лінія обов'язково охоплює електричний струм і, навпаки, електричний струм завжди оточений магнітним полем. Причому, не є винятком з цього закону і постійні магніти, так як в них магнітні лінії створюються елементарними мікроскопічними струмами, також входять в праву частину виразу 9. Перехід магнітного потоку з одного середовища в іншу супроводжується деякими явищами на межі поділу цих середовищ. Нехай магнітний потік переходить із середовища з магнітною проникністю m 1 в середу з магнітною проникністю m 2 рис. Але магнітний потік для ізотропного середовища можна представити через індукцію в вигляді. В ізотропному середовищі вектори індукції і напруженості магнітного поля збігаються за напрямком, тому і кути з нормаллю векторів H 1 і H 2 будуть такими ж як у векторів B 1 і B 2 рис. Виділимо поблизу поверхні розділу замкнутий прямокутний контур abcd так, щоб його протилежні сторони довжиною l розташовувалися в різних середовищах на нескінченно малій відстані від кордону рис. Знайдемо лінійний інтеграл від вектора напруженості поля уздовж цього контуру і по закону повного струму прирівняємо його нулю, так як всередині контуру відсутня електричний струм :. Якщо розділити вираз 10 на вираз 11, то ми отримаємо співвідношення, що зв'язує кути векторів з нормаллю і магнітні проникності. Чи знаєте Ви, що cогласно релятивістської міфології "гравітаційне лінзування - це фізичне явище, пов'язане з відхиленням променів світла в поле тяжіння. Гравітаційні лінзи обясняется освіту кратних зображень одного і того ж астрономічного об'єкта квазарів, галактик, коли на промінь зору від джерела до спостерігача потрапляє інша галактика або скупчення галактик власне лінза. у деяких зображеннях відбувається посилення яскравості оригінального джерела. Різниця в шкалах явищ реального спотворення зображень галактик і міфічного відхилення поблизу зірок - 10 11 разів. можна говорити про вплив поверхневого натягу на форму крапель, але не можна серйозно говорити про силі поверхневого натягу, як про причину океанських припливів. Ефірна фізика знаходить відповідь на спостережуване явище спотворення зображень галактик. Це результат нагріву ефіру поблизу галактик, зміни його щільності і, отже, зміни швидкості світла на галактичних відстанях внаслідок заломлення світла в ефірі різної щільності. Підтвердженням термічної природи спотворення зображень галактик є прямий зв'язок цього спотворення з радіовипромінюванням простору, тобто ефіру в цьому місці, зміщення спектра CMB космічне мікрохвильове випромінювання в даному напрямку в високочастотну область. Детальніше читайте в FAQ по ефірної фізики. Майкл Фарадей, першовідкривач електромагнітних хвиль в ефірі. Карл Фрідріх Гаус, розробник теорії запізнілих потенціалу. Кірхгоф, першовідкривач законів електротехніки. Вільгельм Вебер, першовідкривач законів електромагнетизму. Джон Серл, винахідник магнітного конвертера енергії ефіру. Емілія Ленц, першовідкривач законів електромагнетизму. Максвелл, творець теорії електромагнетизму ефіру. Нікола Тесла, геніальний винахідник трансформатора. Маринов, першовідкривач анізотропії світла і скалярного магнітного поля. Миколаїв, дослідник скалярного магнітного поля. НОВИНИ ФОРУМУ Лицарі теорії ефіру. Про це Корнілов написав на своїй сторінці в соцмережі. Якщо пам'ятаєте, я повідомив про відео, яке британський журналіст записав в центрі Одеси, використовуючи Гугл-окуляри. У натовпі українських нацистів тоді з'явилася група англомовних іноземців, один з яких заявив журналісту, що ця група прямо бере участь в цих подіях так відкрито і заявив. Причому говорив на жвавому англійською, повідомив, що він громадянин Ізраїлю і США. За словами Корнілова, тоді його повідомлення було сприйнято з недовірою. Спочатку мені заявили, що я все вигадав і ніякого відео з ізраїльтянами не було. Коли я в підсумку пред'явив це відео, де хлопець однозначно називає себе громадянином Ізраїлю, мені стали кричати: Тепер же Володимир Корнілов вирішив повернутися до цієї теми, в зв'язку з чим публікує у себе в фейсбуці фотографії загадкових ізраїльтян, які брали участь в одеській бійні. Один з них - якийсь Гонен Сібоні. На першому з опублікованих Корніловим фото він в Одесі 2 травня го. А на трьох інших - він в м Палестинська або таки ЦАХАЛ? Або чому цей боєць раптом різко забув англійську, коли зрозумів, що його записують? Сібоні сам сказав журналісту, що бере участь в подіях! Зрештою, це ж українська СБУ потім заявляла, що при спаленні російських в Одесі використовували якесь дивне хімічна речовина. Резонно в зв'язку з цим задати питання ізраїльтянами, що за речовини в їх колбах і пляшечках, вірно адже? І як ви думаєте, хтось допитав цього активіста? Сам він в мережі ВКонтакте написав вже 7 травня г .: І на цьому він затих. І мовчить по сей день. Виходячи з цього можна стверджувати, що це комета утворилася спочатку з великих тел збирали пил, газ, сніг. Основною причиною обертання вирів є місцеві вітру. І чим вище швидкість вітрів тим вище швидкість обертання вирів і як наслідок, вище центробіжна сила вирів, завдяки чому підвищується рівень вод морів і океанів. А чим нижче відцентрова сила вирів, тим нижче рівень вод морів і океанів. Швидкість течій, по периметру морів і океанів не скрізь однакова і залежить від глибини узбережжя. У мілководній частині моря швидкість течій збільшується, а в глибоководній частині моря зменшується .. На прямолінійних узбережжях, де течії не мають кутовий швидкістю, рівень вод не підвищується. Води Фінської затоки обертаються проти годинникової стрілки, утворюючи вир у вигляді еліпса. Красно дякую Вам за Ваш суспільно-просвітницька праця взагалі, а, зокрема, за репост ста Відправлено Питання, ставімие як би вченими про час виникнення життя на Землі, а в особливості "абіогенез" - виникнення життя з мінерального матеріалу, навіяний біблійної міфологією і алогичностью недоумкуватих людей, що уявляють себе вченими, некоректний апріорі топік - http: І тут не є протиставлення: Обидві вони виходять з того, що існування Всесвіту почалося в якийсь кінцевий, конкретний момент. Про це говорить нині "офіційна", а насправді кримінальна наука, "розводяща" роззяв, про це проповідує і абсолютно безсовісна церква будь-яка з них. Насправді, відповідно до реальної логіці, Всесвіт як і універсум в логіці є особливий об'єкт, що включає в себе всі інші, а значить, не має меж у часі і просторі. Знали це ще античні люди як в Єгипті та Греції, так і в Китаї і Індії. Раз так, то й існування життя у Всесвіті - вічно. Воно не вічне в конкретному місці, наприклад, на Землі або пробірці. Гени біоінформація у вигляді ДНК, РНК та ін. Їх рознощиками є комети. Це, до речі, вже фактографічно визначив наш колега Е. Наприклад, в мезозої царювали динозаври рептилії. Це тільки тому, що саме для цих тварюк тоді були відповідні умови. Що зараз рептилій немає? Від крокодилів і варанів острова Комодо до черепах, ящірок і змій. Просто вони сьогодні займають скромну нішу в зв'язку з тим, що нині більш комфортні умови для інших форм життя. Те ж саме для ссавців і квіткових. Що, їх не було в мезозої? Тільки тоді їм не була клімат. До речі, тільки безвідповідальні можуть вважати, що Земля виникла 4,6 млрд років тому, грунтуючись на "ізотопний віці" гірських порід. Для людей, що мають логіку, ясно, що 4,6 млрд років - це час, що минув від формування даного твердого мінералу з інших мінералів, з якихось причин були у той час в розплаві. Але ніяк не виникнення, народження з нічого або міфічного протопланетної хмари. Я вже висловлював свою точку зору на це питання в роботі "Походження Сонця і планет" http: Там і хвилі і чорні діри, повний фарш.
Всім доброго часу доби. В я розповідав про основний характеристиці магнітного поля - магнітної індукції, проте наведені розрахункові формули відповідають магнітному полю в вакуумі. Що в практичній діяльності зустрічається досить рідко. Коли знаходяться в якому-небудь середовищі, навіть в повітрі, магнітне поле, яке вони створюють, зазнає деякі, а іноді і суттєві зміни. Які зміни відбуваються з магнітним полем, і від чого це залежить, я розповім в даній статті.
Як пов'язана індукція і напруженість магнітного поля?
Магнетиком називається речовина, яка під дією магнітного поля здатне намагнічуватися (або як кажуть фізики здобувати магнітний момент). Магнетик є практично всі речовини. Намагнічування речовин пояснюється тим, що в речовинах присутні свої власні мікроскопічні магнітні поля, які створюються обертанням електронів по своїх орбітах. Коли зовнішнє відсутня, то мікроскопічні поля розташовані довільним чином, а під впливом зовнішнього магнітного поля відповідним чином орієнтуються.
Для характеристики намагнічування різних речовин використовують так званий вектор намагнічування J.
Таким чином, під дією зовнішнього магнітного поля з магнітною індукцією У 0, Магнетик намагничивается і створює своє магнітне поле з магнітною індукцією В '. У підсумку загальна індукція Вбуде складатися з двох доданків
Тут виникає проблема обчислення магнітної індукції намагніченого речовини В ', Для вирішення якої необхідно вважати електронні мікроструми всього речовини, що практично нереально.
Альтернативою даного рішення є введення допоміжних параметрів, а саме напруженість магнітного поля Н і магнітна сприйнятливість χ . Напруженість пов'язує магнітну індукцію В і намагнічування речовини J наступним виразом
де В - магнітна індукція,
μ 0 - магнітна постійна, μ 0 \u003d 4π * 10 -7 Гн / м.
У той же час вектор намагнічування J пов'язаний з напруженість магнітного поля В параметром, що характеризує магнітні властивості речовини і званим магнітною сприйнятливістю χ
де J - вектор намагнічування речовини,
Однак найбільш часто для характеристики магнітних властивостей речовин використовують відносну магнітну проникність μ r.
Таким чином, зв'язок між напруженістю і магнітної індукції матиме такий вигляд
де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 \u003d 4π * 10 -7 Гн / м,
μ r - відносна магнітна проникність речовини.
Так як намагнічування вакууму дорівнює нулю (J \u003d 0), то напруженість магнітного поля в вакуумі буде дорівнює
Звідси можна вивести вирази напруженості для магнітного поля, що створюється прямим проводом з струмом:
де I - струм протікає по провіднику,
b - відстань від центру проводу до точки, в якій вважається напруженість магнітного поля.
Як видно з цього виразу одиницею виміру напруженості є ампер на метр ( А / м) Або Ерстед ( Е)
Таким чином, магнітна індукція В і напруженість Н є основними характеристиками магнітного поля, а магнітна проникність μ r - магнітної характеристикою речовини.
намагнічення ферромагнетиков
Залежно від магнітних властивостей, тобто здатності намагнічуватися під дією зовнішнього магнітного поля, все речовини діляться на кілька класів. Які характеризуються різною величиною відносної магнітної проникності μ r і магнітної сприйнятливості χ. Більшість речовин є діамагнетиками (Χ \u003d -10 -8 ... -10 -7 і μ r< 1) и парамагнетиками (χ \u003d 10 -7 ... 10 -6 і μ r\u003e 1), дещо рідше зустрічаються ферромагнетики (Χ \u003d 10 3 ... 10 5 і μ r \u003e\u003e 1). Крім даних класів магнетиков існує ще кілька класів магнетиків: антиферомагнетики, феримагнетики і інші, однак їх властивості проявляються лише за певних умов.
Особливий інтерес в радіоелектроніці феромагнітні речовини. Основною відмінністю даного класу речовин є нелінійна залежність намагнічування, на відміну від пара- і діамагнетиків, що мають лінійну залежність намагнічування J від напруженості Н магнітного поля.
залежність намагнічування J феромагнетика від напруженості Н магнітного поля.
На даному графіку показана основна крива намагнічування феромагнетика. Спочатку намагніченість J, під час відсутності магнітного поля (Н \u003d 0), дорівнює нулю. У міру зростання напруженості намагнічування феромагнетика проходить досить інтенсивно, внаслідок того що його магнітна сприйнятливість і проникність дуже велика. Однак після досягнення напруженості магнітного поля порядку H ≈ 100 А / м збільшення намагніченості припиняється, так як досягається точка насичення J НАС. Дане явище називається магнітним насиченням. В даному режимі магнітна проникність феромагнетиків сильно падає і при подальшому збільшенні напруженості магнітного поля наближається до одиниці.
гістерезис феромагнетиків
Ще однією особливістю феромагнетиків є наявність, яка є основним властивістю феромагнетиків.
Для розуміння процесу намагнічування феромагнетика зобразимо залежність індукції В від напруженості Н магнітного поля, де червоним кольором виділимо основну криву намагнічування. Дана залежність досить невизначена, так як залежить від попереднього намагнічування феромагнетика.
Візьмемо зразок феромагнітної речовини, яке не піддавалося намагничиванию (точка 0) і помістимо його в магнітне поле, напруженість Н якого почнемо збільшувати, тобто залежність буде відповідати кривої 0 – 1 , Поки не буде досягнуто магнітне насичення (точка 1). Подальше збільшення напруженості не має сенсу, тому як намагніченість J практично не збільшується, а магнітна індукція збільшується пропорційно напруженості Н. Якщо ж починати зменшувати напруженість, то залежність В (Н) буде відповідати кривої 1 – 2 – 3 , При цьому коли напруженість магнітного поля впаде до нуля (точка 2), то магнітна індукція не впаде до нуля, а буде дорівнює деякому значенню B r, Яке називається залишкової індукцією, А намагнічування матиме значення J r, зване залишковим намагнічуванням.
Для того щоб зняти залишкове намагнічування і зменшити залишкову індукцію B r до нуля, необхідно створити магнітне поле, протилежне полю, який викликав намагнічування, причому напруженість розмагнічуючого поля повинна становити Н з, звана коерцитивної силою.При подальшому зростанні напруженості магнітного поля, яке протилежно початкового полю, відбувається насичення феромагнетика (точка 4).
Таким чином, при дії на феромагнетик змінного магнітного поля залежність індукції від напруженості буде відповідати кривої 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1 , яка називається петлею гистерезиса. Таких петель для феромагнетика може бути безліч (пунктирні криві), звані приватними циклами. Однак, якщо при максимальних значеннях напруженості магнітного поля відбувається насичення, то виходить максимальна петля гистерезиса (Суцільна крива).
Так як магнітна проникність μ r ферромагнетиков має досить складну залежність від напруженості магнітного поля, тому нормуються два параметра магнітної проникності:
μ н - початкова магнітна проникність відповідає напруженості Н \u003d 0;
μ max - максимальна магнітна проникність досягається в магнітному полі при наближенні магнітного насичення.
Таким чином, у феромагнетиків величини B r, Н з і μ н (μ max) є основними характеристиками, що впливають на вибір речовини в конкретному випадку.
Теорія це добре, але теорія без практики - це просто струс повітря.