Atunci când particulele încărcate se mișcă, apare un câmp magnetic. Câmpul magnetic acționează asupra încărcărilor electrice în mișcare, în special asupra unui conductor cu curent. Interacțiunea câmpului magnetic cu încărcături în mișcare sau cu conductoare prin care curgerea curentului are loc prin forțe numite cele electromagnetice.
Intensitatea câmpului magnetic în punctul spațiului este caracterizată de o inducție magnetică, care este marcată de simbolul B.
Inducția magnetică este caracteristica de putere a câmpului magnetic la punctul corespunzător. Pentru unitatea de inducție magnetică în SI se adoptă inducția magnetică a câmpului, în care un moment de forțe Mmax = lHm acționează asupra cadrului cu o suprafață de 1 m2 atunci când un curent de 1 A curge de-a lungul acestuia.
Unitatea de măsură a inducției magnetice este Tesla (abreviată T).
Inducția magnetică este o cantitate vectorică, adică caracterizată prin valoare numerică și direcționalitate.
Câmpul magnetic este reprezentat grafic prin linii de inducție magnetică. Linia de inducție magnetică (linia magnetică) este o linie tangentă la care în orice punct coincide cu direcția vectorului inducției magnetice.
Liniile magnetice sunt folosite pentru a indica direcția câmpului magnetic și pentru a caracteriza intensitatea acestuia. Cu cât intensitatea câmpului magnetic este inducție, cu atât mai des sunt extrase aceste linii.
Liniile magnetice ale unui conductor rectiliniu cu curent au forma unor cercuri concentrice ale căror centre sunt situate pe axa conductorului. Direcția liniilor magnetice în jurul conductorului cu curent este determinată conform regulii mnemonice a burghiului, care constă în următoarele (figura 4).
Dacă axul este poziționat astfel încât să fie înșurubat în conductă în direcția curentului, direcția de rotație a mânerului său va corespunde direcției liniilor magnetice.
Direcția câmpului magnetic al bobinei cu curentul (solenoid) este de asemenea determinată de regula burghiului (figura 5).
În același timp, este necesar să rotiți mânerul burghiului în direcția curentului în rotirea bobinei. Mișcarea de translație a forajului marchează direcția liniilor de inducție magnetică.
Inducția magnetică B (T) în punctele situate la o distanță r (m) de la axa unui conductor rectiliniu lung, infinit, cu curentul I (A), se calculează din formula
unde este permeabilitatea magnetică absolută (caracteristică a proprietăților magnetice ale mediului).
Inducția magnetică pe linia centrală în centrul unei serpentine cilindrice cu un curent mult mai lung decât diametrul acesteia se calculează prin formula
unde ω este numărul de viraje ale bobinei.
Produsul puterii curente prin numărul de rotații ale bobinei (Iω) se numește forța magnetomotivă, care este măsurată în turele de amperi (A-B).
Produsul inducției magnetice B și zona F, perpendicular pe vectorul inducției magnetice, se numește fluxul magnetic; este marcat cu simbolul Φ: Φ - BF.
Unitatea de măsură a fluxului magnetic al Webers (abreviat la Vb).
Câmpul magnetic, la toate punctele în care vectorii de inducție magnetică sunt egali în valoare și paralel unul cu celălalt, se numește omogen.
Câmpul magnetic creat de același curent, alte lucruri fiind egal, este diferit în intensitate în medii diferite datorită proprietăților magnetice diferite ale acestor medii.
Mărimea care caracterizează proprietățile magnetice ale mediului este permeabilitatea magnetică absolută.
Unitatea de permeabilitate magnetică absolută - Henry pe metru (abreviat G / m).
Permeabilitatea magnetică absolută a vidului este denumită de obicei constanta magnetică.
Valoare care indică numărul de ori permeabilitatea magnetică absolută a mediului mai mult sau mai puțin cu magneți permanenți (permeabilitate magnetică absolută de vid), se numește permeabilitatea magnetică relativă sau permeabilitatea magnetică.
Permeabilitatea magnetică este o cantitate fără dimensiuni.
Substanțele în care permeabilitatea magnetică relativă este mai mică decât unitatea sunt numite diamagnetice. În aceste substanțe, câmpul magnetic este mai slab decât în vid. Astfel de substanțe sunt hidrogen, apă, cuarț, argint, cupru etc.
Substanțele în care permeabilitatea magnetică relativă este puțin mai mare decât unitatea sunt numite paramagnetice. În astfel de substanțe, câmpul magnetic este oarecum mai puternic decât în vid. Astfel de substanțe includ aer, oxigen, aluminiu, platină etc.
Pentru substanțele diamagnetice și paramagnetice, valoarea permeabilității magnetice nu depinde de rezistența câmpului extern de magnetizare, adică este o valoare constantă care caracterizează substanța dată.
Un grup special este format din substanțe feromagnetice (fier, oțel, nichel, cobalt și unele aliaje), a cărui permeabilitate magnetică atinge câteva zeci de mii. Aceste materiale cu proprietăți magnetizabil și îmbunătățesc considerabil câmpul magnetic, sunt utilizate pe scară largă în electrice (în electromagneți, mașini electrice, transformatoare, instrumente electrice, relee, etc.).
O bobină cu un miez de fier se numește un electromagnet.
Pentru a caracteriza câmpul magnetic, pe lângă vectorul magnetic de inducție B, se folosește o cantitate numită intensitatea câmpului magnetic.
Intensitatea câmpului magnetic este o cantitate care caracterizează intensitatea așa-numitului câmp magnetic extern (fără a ține seama de proprietățile magnetice ale mediului).
Rezistența câmpului magnetic este o cantitate vectorică.
Direcția vectorului de intensitate al câmpului magnetic într-un mediu izotrop, adică într-un mediu care are aceleași proprietăți în toate direcțiile, coincide cu vectorul inducției magnetice la un anumit punct al câmpului.
Forța câmpului magnetic H și inducția magnetică B sunt legate de dependență
Unitatea de măsură a intensității câmpului magnetic este amperi pe metru (A / m).
Proprietățile magnetice puternic exprimate ale materialelor feromagnetice sunt explicate prin prezența în acestea a unor regiuni foarte mici (domenii) magnetizate spontan, care pot fi reprezentate ca magneți mici.
În absența unui câmp magnetic extern, proprietățile magnetice nu se găsesc în substanța feromagnetică în ansamblu, deoarece câmpurile magnetice ale domeniilor au orientări diferite și câmpul magnetic total este zero.
Atunci când un material feromagnetic este plasat într-un câmp magnetic extern, de exemplu o bobină cu curent, apoi sub influența unui câmp extern, domeniile sunt rotite în direcția câmpului exterior. În acest caz, câmpul magnetic al bobinei cu curent este crescut brusc și inducția magnetică B crește. Dacă câmpul extern este slab, doar o parte din domenii se rotește, ale căror câmpuri magnetice în direcția lor sunt aproape de direcția câmpului exterior. Pe măsură ce crește intensitatea câmpului exterior, numărul de domenii rotite crește și la o anumită valoare a intensității câmpului exterior H, practic toate domeniile sunt rotite astfel încât câmpurile lor magnetice să fie amplasate în direcția câmpului. O astfel de stare se numește saturație magnetică.
Dependența inducției magnetice B a materialului feromagnetic de forța H a câmpului de magnetizare (extern) poate fi exprimată ca un grafic, care se numește curba de magnetizare.
Curbele de magnetizare ale unor materiale feromagnetice, prezentate în Fig. 6
arată că, cu creșterea intensității H, inducția magnetică B crește mai întâi rapid. Acest lucru se datorează faptului că, simultan cu creșterea câmpului de magnetizare (extern), câmpul magnetic intrinsec al materialului feromagnetic apare și se amplifică, care este format din magneți elementari rotiți.
La punctul de îndoire a curbei, rata de creștere a inducției magnetice scade. Îndoirea, când intensitatea câmpului atinge o anumită valoare, începe saturația și curba se ridică ușor, trecând într-o linie dreaptă. În această secțiune, inducția magnetică continuă să crească, dar deja foarte încet, și numai în detrimentul unei creșteri a rezistenței câmpului magnetic extern.
Grăitor în dependență de H nu este o linie dreaptă, prin urmare, raportul nu este constantă, adică. E. permeabilitatea magnetică a materialului feromagnetic nu este constantă, ci depinde de intensitatea câmpului magnetizare.
Dacă o bobină cu miez feromagnetic înfășurare pentru a crește intensitatea curentului la saturație magnetică maximă, și apoi se reduce, curba de magnetizare nu se potrivește cu curba de demagnetizare (Figura 7).
Cu o forță egală cu zero, inducția magnetică nu este zero, dar are o anumită valoare a lui B, care se numește inducție magnetică reziduală. Fenomenul întârzierii inducției magnetice B din forța de magnetizare H se numește histereză.
Pentru a demagneza complet miezul feromagnetic, este necesar să se creeze un curent invers în bobină, ceea ce ar crea o tensiune egală cu segmentul Hc. Pentru diferite materiale feromagnetice, acest segment are o lungime diferită. Cu cât acest segment este mai mare, cu atât mai multă energie este necesară pentru demagnetizare.
Valoarea Hc a intensității câmpului de direcție inversă, la care nucleul este complet demagnetizat, se numește forța coercitivă (retardantă).
Dacă vom continua să creștem curentul în bobină, inducția va crește din nou la valoarea de saturație (-B), dar cu direcția schimbată a liniilor câmpului magnetic. Demagnetizând în direcția opusă, obținem inducția reziduală (-B). Creșterea curentului prin bobină în direcția originală, ajungem din nou la punctul a. Curba abcdge se numește curba inversării ciclice sau buclă de histereză. Energia consumată de inversarea ciclului de magnetizare se numește pierderea histerezisului.
Fenomenul de magnetism rezidual este utilizat în producția de magneți permanenți din materiale cu un magnetism rezidual mare (materiale magnetice solide).
Din materiale care pot fi ușor remagnetizate (materiale magnetice moi), se fabrică miezurile de mașini și aparate electrice.
Conductorul cu curent, plasat într-un câmp magnetic, este acționat de o forță electromagnetică F = BIl sin α, unde B este inducția magnetică a câmpului, T; Eu sunt curentul în dirijor, A; l - lungimea conductorului activ, m; α este unghiul dintre direcțiile curentului din conductor și vectorul magnetic de inducție al câmpului.
Forța pe un conductor parcurs de curent, are o direcție care poate fi definită printr-o așa-numita regulă din partea stângă: dacă a pus mâna stângă, astfel încât liniile magnetice incluse în acestea și patru degete alungite coincid cu direcția curentului în conductorul (Fig.8)
apoi degetul îndoit va arăta direcția forței care acționează asupra conductorului cu curentul. Această forță este perpendiculară pe vectorul inducției magnetice și curentului.
Un conductor care se deplasează într-un câmp magnetic cu curent este prototipul unui motor electric în care energia electrică este transformată într-una mecanică.
Când se deplasează conductorul în câmpul magnetic induce forța electromotoare a cărei valoare (V) este proporțională cu inducție magnetică, lungimea activă a conductorului și normală (domeniului) componenta vitezei sale, adică e = Blυ sin a, unde V - .. Inducția magnetică T; - viteza conductorului, m / s; I este lungimea activă a conductorului (parte a conductorului într-un câmp magnetic), m; α este unghiul dintre vectorii de viteză și inducția câmpului magnetic.
Această dependență se numește legea inducției electromagnetice.
Pentru a determina direcția ed. a. în conductorul rectiliniu se aplică regula dreptei (Figura 9):
dacă puneți palma mâna dreaptă, astfel încât liniile de câmp magnetic pentru a intra în ea, iar degetul mare retras indică direcția de deplasare a conductorului, cele patru degete extinse arată direcția FME indusă
Deplasându-se într-un câmp magnetic sub influența unei forțe mecanice externe, conductorul este cel mai simplu generator electric în care energia mecanică este transformată în energie electrică.
Legea inducției electromagnetice este formulată într-un mod diferit: într-o buclă închisă, este indusă o eddy. a. cu orice schimbare a fluxului magnetic acoperit de acest circuit. Emf, care este introdus în circuit, este numeric egal cu rata de schimbare a fluxului magnetic închis de acest circuit:
Această formulă oferă valoarea medie a emf. pentru timpul La și arată că emf. nu depinde de valoarea absolută a fluxului magnetic, ci de rata schimbării sale. În prezența mai multor rotații, permeate de același flux magnetic, etc cu. calculate prin formula
Această formulă exprimă legea lui Lenz: emf-ul indus. are o direcție în care curentul creat de el contracarează cauza care a provocat apariția e. etc cu.
Dacă bobinele bobinei sunt străpunsă de diferite fluxuri magnetice, atunci bobina inducată este introdusă în bobină etc cu. este egal cu suma e. adică, bobinele introduse în bobine separate:
Suma fluxurilor magnetice ale înfășurărilor individuale ale unei bobine se numește legare flux.
Unitatea de flux-legătura, precum și fluxul magnetic, este web.
Dacă curentul electric din circuit se schimbă, fluxul magnetic creat de acesta se modifică și el. În acest caz, în conformitate cu legea inducției electromagnetice, un conductor este indus în conductor. a. Deoarece rezultă dintr-o schimbare a curentului în conductorul însuși, acest fenomen se numește autoinducție, iar inducția indusă în conductor este e. etc cu. numit e. etc cu. autoinducție.
Fluxul magnetic și legătura fluxului depinde nu numai de puterea curentului din conductor, ci și de forma și dimensiunile acestui conductor, precum și de permeabilitatea magnetică a mediului înconjurător. Între legătura de flux și curent.
Coeficientul de proporționalitate L se numește inductanța conductorului. Caracterizează proprietatea unui dirijor de a forma, o legătură de flux în timp ce trec un curent prin el. Acesta este unul dintre parametrii principali ai circuitelor electrice.
Pentru un anumit circuit, inductanța este o valoare constantă. Depinde de dimensiunile geometrice ale conturului, de configurația acestuia și de permeabilitatea magnetică a mediului înconjurător, dar nu depinde de puterea curentului din circuit sau de fluxul magnetic.
Inductanța bobinei este mai mare, cu atât mai mare este aria secțiunii transversale a acesteia și cu cât aceasta conține mai multe rotații, deoarece ambele aceste condiții măresc fluxul magnetic prin bobină cu același curent în el. Fluxul magnetic prin bobină crește foarte mult, dacă se introduce un miez de fier. Prin urmare, bobina cu un miez de fier are o inductanță mult mai mare decât o bobină cu dimensiuni similare fără miez.
Unitate de măsură a inductanței - Henry (abreviat D):
Henry este inductanța conductorului, în care un curent de 1 A excită un flux magnetic de 1 Vb.
Dacă luăm două sau mai multe circuite închise necompletate electric și unul trece un curent, atunci în alte circuite vom induce emițătorul. etc cu. Acest fenomen a fost numit inducție reciprocă.
În aparatele și aparatele electrice, piesele metalice se mișcă uneori într-un câmp magnetic, iar părțile metalice imobile sunt intersectate de liniile de forță ale unui câmp magnetic care variază în funcție de valoare. În aceste părți metalice, inducerea este e. etc cu. autoinducție. Sub acțiunea lui e. etc cu. în masa piesei metalice, curenții turbionari (curenți Foucault) sunt excitați, care se închid în masă, formând circuite vortex ale curenților.
Curenții turbionari generează fluxuri magnetice proprii, care, conform legii lui Lenz, contractează fluxul magnetic al bobinei și îl slăbesc. În plus, ele produc încălzire centrală, care este o risipă de energie.
Pentru a reduce pierderile din curenții turbionari, miezurile bobinelor de inductanță, precum și miezurile magnetice ale mașinilor și aparatelor electrice sunt realizate sub formă de pachete de foi de oțel electric. Foitele sunt izolate una de alta prin lacuri speciale.