Ziua bună tuturor. În ultimul articol am vorbit despre câmpul magnetic și m-am oprit puțin asupra parametrilor acestuia. Acest articol continuă subiectul câmpului magnetic și este dedicat unui astfel de parametru precum inducția magnetică. Pentru a simplifica subiectul, voi vorbi despre câmpul magnetic în vid, deoarece diferite substanțe au proprietăți magnetice diferite și, ca urmare, este necesar să se țină cont de proprietățile lor.
Legea Biot-Savart-Laplace
În urma studierii câmpurilor magnetice create de curentul electric, cercetătorii au ajuns la următoarele concluzii:
- inducția magnetică creată de curentul electric este proporțională cu puterea curentului;
- inductia magnetica depinde de forma si marimea conductorului prin care trece curentul electric;
- inducția magnetică în orice punct al câmpului magnetic depinde de locația acestui punct în raport cu conductorul purtător de curent.
Oamenii de știință francezi Biot și Savard, care au ajuns la astfel de concluzii, au apelat la marele matematician P. Laplace pentru a generaliza și a deriva legea de bază a inducției magnetice. El a emis ipoteza că inducția în orice punct al câmpului magnetic creat de un conductor purtător de curent poate fi reprezentată ca suma inducțiilor magnetice ale câmpurilor magnetice elementare care sunt create de o secțiune elementară a unui conductor purtător de curent. Această ipoteză a devenit legea inducției magnetice, numită Legea Biot-Savart-Laplace. Pentru a lua în considerare această lege, să descriem un conductor purtător de curent și inducția magnetică pe care o creează
Inducția magnetică dB creată de o secțiune elementară a unui conductor dl.
Apoi inducția magnetică dB câmp magnetic elementar care este creat de o secțiune a unui conductor dl, cu curent euîn orice moment R va fi determinată de următoarea expresie
unde I este curentul care trece prin conductor,
r este vectorul rază trasat de la elementul conductor la punctul câmpului magnetic,
dl este elementul conductor minim care creează inducția dB,
k – coeficient de proporționalitate, în funcție de sistemul de referință, în SI k = μ 0 /(4π)
Deoarece este un produs vectorial, atunci expresia finală pentru inducția magnetică elementară va arăta astfel
Astfel, această expresie ne permite să găsim inducția magnetică a câmpului magnetic, care este creat de un conductor cu un curent de formă și dimensiune arbitrare prin integrarea părții drepte a expresiei.
unde simbolul l indică faptul că integrarea are loc pe toată lungimea conductorului.
Inducția magnetică a unui conductor drept
După cum știți, cel mai simplu câmp magnetic creează un conductor drept prin care trece curentul electric. După cum am spus deja în articolul precedent, liniile de forță ale unui câmp magnetic dat sunt cercuri concentrice situate în jurul conductorului.
Pentru a determina inducția magnetică ÎN fir drept într-un punct R Să introducem o notație. De la punctul R se afla la distanta b de la sârmă, apoi distanța de la orice punct de pe fir până la punct R este definit ca r = b/sinα. Apoi lungimea cea mai scurtă a conductorului dl poate fi calculată din următoarea expresie
Ca rezultat, legea Biot–Savart–Laplace pentru un fir drept de lungime infinită va avea forma
unde I este curentul care curge prin fir,
b este distanța de la centrul firului până la punctul în care se calculează inducția magnetică.
Acum pur și simplu integrăm expresia rezultată dα variind de la 0 la π.
Astfel, expresia finală pentru inducția magnetică a unui fir drept de lungime infinită va avea forma
I – curent care curge prin fir,
b este distanța de la centrul conductorului până la punctul în care se măsoară inducția.
Inducția magnetică a inelului
Inducția unui fir drept are o valoare mică și scade odată cu distanța de la conductor, prin urmare practic nu este utilizat în dispozitivele practice. Câmpurile magnetice cele mai utilizate sunt cele create de un fir înfăşurat în jurul unui cadru. Prin urmare, astfel de câmpuri sunt numite câmpuri magnetice de curent circular. Cel mai simplu astfel de câmp magnetic este posedat de un curent electric care curge printr-un conductor, care are forma unui cerc cu raza R.
În acest caz, două cazuri prezintă interes practic: câmpul magnetic din centrul cercului și câmpul magnetic din punctul P, care se află pe axa cercului. Să luăm în considerare primul caz.
În acest caz, fiecare element curent dl creează o inducție magnetică elementară dB în centrul cercului, care este perpendicular pe planul conturului, atunci legea Biot-Savart-Laplace va avea forma
Tot ce rămâne este să integrăm expresia rezultată pe toată lungimea cercului
unde μ 0 este constanta magnetică, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – puterea curentului în conductor,
R este raza cercului în care este rulat conductorul.
Să luăm în considerare al doilea caz, când punctul în care se calculează inducția magnetică se află pe linie dreaptă X, care este perpendicular pe planul limitat de curentul circular.
În acest caz, inducția la punct R va fi suma inducţiilor elementare dB X, care la rândul său este o proiecție pe axă X inducție elementară dB
Aplicând legea Biot-Savart-Laplace, calculăm valoarea inducției magnetice
Acum să integrăm această expresie pe toată lungimea cercului
unde μ 0 este constanta magnetică, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – puterea curentului în conductor,
R este raza cercului în care este rulat conductorul,
x este distanța de la punctul în care se calculează inducția magnetică până la centrul cercului.
După cum se poate observa din formula pentru x = 0, expresia rezultată se transformă în formula pentru inducția magnetică în centrul curentului circular.
Circulația vectorului de inducție magnetică
Pentru a calcula inducerea magnetică a câmpurilor magnetice simple este suficientă legea Biot-Savart-Laplace. Cu toate acestea, cu câmpuri magnetice mai complexe, de exemplu, câmpul magnetic al unui solenoid sau toroid, numărul de calcule și greutatea formulelor vor crește semnificativ. Pentru simplificarea calculelor, este introdus conceptul de circulație a vectorului de inducție magnetică.
Să ne imaginăm un contur l, care este perpendicular pe curent eu. În orice moment R a acestui circuit, inducția magnetică ÎNîndreptate tangenţial la acest contur. Apoi produsul vectorilor dlȘi ÎN este descrisă de următoarea expresie
Din moment ce unghiul dφ suficient de mici, apoi vectorii dl B definită ca lungime a arcului
Astfel, cunoscând inducția magnetică a unui conductor drept într-un punct dat, putem deriva o expresie pentru circulația vectorului de inducție magnetică.
Acum rămâne să integrăm expresia rezultată pe toată lungimea conturului
În cazul nostru, vectorul de inducție magnetică circulă în jurul unui curent, dar în cazul mai multor curenți, expresia pentru circulația inducției magnetice se transformă în legea curentului total, care spune:
Circulația vectorului de inducție magnetică într-o buclă închisă este proporțională cu suma algebrică a curenților pe care o acoperă bucla dată.
Câmp magnetic al solenoidului și toroidului
Folosind legea curentului total și a circulației vectorului de inducție magnetică, este destul de ușor să se determine inducția magnetică a unor câmpuri magnetice complexe precum cele ale unui solenoid și ale unui toroid.
Un solenoid este o bobină cilindrică care constă din mai multe spire de conductor bobinat pentru a porni pe un cadru cilindric. Câmpul magnetic al unui solenoid constă de fapt din mai multe câmpuri magnetice ale unui curent circular cu o axă comună perpendiculară pe planul fiecărui curent circular.
Să folosim circulația vectorului de inducție magnetică și să ne imaginăm circulația de-a lungul unui contur dreptunghiular 1-2-3-4 . Atunci circulația vectorului de inducție magnetică pentru un circuit dat va avea forma
Din moment ce în zone 2-3 Și 4-1 vectorul de inducție magnetică este perpendicular pe circuit, atunci circulația este zero. Locația activată 3-4 , care este îndepărtat semnificativ din solenoid, atunci poate fi și ignorat. Apoi, ținând cont de legea curentului total, inducția magnetică într-un solenoid de lungime suficient de mare va avea forma
unde n este numărul de spire ale conductorului solenoid pe unitate de lungime,
I – curent care trece prin solenoid.
Un toroid este format prin înfășurarea unui conductor în jurul unui cadru inel. Acest design este echivalent cu un sistem de mulți curenți circulari identici, ai căror centre sunt situate pe un cerc.
Ca exemplu, luați în considerare un toroid cu rază R, pe care este înfăşurat N spire de sârmă. În jurul fiecărei spire a firului luăm un contur de rază r, centrul acestui contur coincide cu centrul toroidului. Deoarece vectorul de inducție magnetică B este îndreptată tangențial la contur în fiecare punct al conturului, atunci circulația vectorului de inducție magnetică va avea forma
unde r este raza buclei de inducție magnetică.
Circuitul care trece în interiorul toroidului acoperă N spire de sârmă cu curent I, atunci legea curentului total pentru toroid va avea forma
unde n este numărul de spire ale conductorului pe unitate de lungime,
r – raza buclei de inducție magnetică,
R este raza toroidului.
Astfel, folosind legea curentului total și circulația vectorului de inducție magnetică, este posibil să se calculeze un câmp magnetic arbitrar complex. Totuși, legea curentului total dă rezultate corecte numai în vid. Atunci când se calculează inducția magnetică într-o substanță, este necesar să se țină cont de așa-numiții curenți moleculari. Acest lucru va fi discutat în articolul următor.
Teoria este bună, dar fără aplicare practică sunt doar cuvinte.
Un curent electric într-un conductor produce un câmp magnetic în jurul conductorului. Curentul electric și câmpul magnetic sunt două părți inseparabile ale unui singur proces fizic. Câmpul magnetic al magneților permanenți este în cele din urmă generat și de curenții electrici moleculari formați prin mișcarea electronilor pe orbite și rotația lor în jurul axelor lor.
Câmpul magnetic al unui conductor și direcția liniilor sale de forță pot fi determinate cu ajutorul unui ac magnetic. Liniile magnetice ale unui conductor drept au forma unor cercuri concentrice situate într-un plan perpendicular pe conductor. Direcția liniilor de câmp magnetic depinde de direcția curentului în conductor. Dacă curentul din conductor provine de la observator, atunci liniile de forță sunt direcționate în sensul acelor de ceasornic.
Dependența direcției câmpului de direcția curentului este determinată de regula brațului: atunci când mișcarea de translație a brațului coincide cu direcția curentului în conductor, sensul de rotație al mânerului coincide cu direcția. a liniilor magnetice.
Regula gimlet poate fi folosită și pentru a determina direcția câmpului magnetic în bobină, dar în următoarea formulare: în cazul în care sensul de rotație al mânerului brațului este combinat cu direcția curentului în spirele bobinei, atunci mișcarea de translație a mânerului va arăta direcția liniilor de câmp în interiorul bobinei (Fig. 4.4).
În interiorul bobinei, aceste linii merg de la polul sud la nord, iar în afara acesteia - de la nord la sud.
Regula gimlet poate fi folosită și pentru a determina direcția curentului dacă este cunoscută direcția liniilor câmpului magnetic.
Un conductor purtător de curent într-un câmp magnetic experimentează o forță egală cu
F = I·L·B·sin
I este puterea curentului în conductor; B - modulul vectorului de inducție a câmpului magnetic; L este lungimea conductorului situat în câmpul magnetic; este unghiul dintre vectorul câmpului magnetic și direcția curentului în conductor.
Forța care acționează asupra unui conductor purtător de curent într-un câmp magnetic se numește forță Amperi.
Forța maximă a amperului este:
F = I L B
Direcția forței Ampere este determinată de regula mâinii stângi: dacă mâna stângă este poziționată astfel încât componenta perpendiculară a vectorului de inducție magnetică B să intre în palmă și patru degete întinse sunt îndreptate în direcția curentului, atunci degetul mare îndoit la 90 de grade va arăta direcția forței care acționează asupra conductorului de segment cu curent, adică forța Amperi.
Dacă și se află în același plan, atunci unghiul dintre și este drept, deci . Atunci forța care acționează asupra elementului curent este
(desigur, din partea primului conductor, asupra celui de-al doilea acţionează exact aceeaşi forţă).
Forța rezultată este egală cu una dintre aceste forțe. Dacă acești doi conductori îl influențează pe al treilea, atunci câmpurile lor magnetice trebuie adăugate vectorial.
Circuit cu curent într-un câmp magnetic
| Orez. 4.13 |
Să fie plasat un cadru cu curent într-un câmp magnetic uniform (Fig. 4.13). Apoi, forțele Ampere care acționează pe părțile laterale ale cadrului vor crea un cuplu, a cărui mărime este proporțională cu inducția magnetică, puterea curentului din cadru și aria sa. Sși depinde de unghiul a dintre vector și normala zonei:
Direcția normală este aleasă astfel încât șurubul potrivit să se miște în direcția normală atunci când se rotește în direcția curentului din cadru.
Valoarea maximă a cuplului este atunci când cadrul este instalat perpendicular pe liniile magnetice de forță:
Această expresie poate fi folosită și pentru a determina inducția câmpului magnetic:
O valoare egală cu produsul se numește momentul magnetic al circuitului Rt. Momentul magnetic este un vector a cărui direcție coincide cu direcția normalei la contur. Apoi cuplul poate fi scris
La unghiul a = 0 cuplul este zero. Valoarea cuplului depinde de zona conturului, dar nu depinde de forma acestuia. Prin urmare, orice circuit închis prin care curge curent continuu este supus unui cuplu M, care îl rotește astfel încât vectorul momentului magnetic să fie paralel cu vectorul de inducție a câmpului magnetic.
Dacă aduceți un ac magnetic la un conductor drept cu curent, acesta va tinde să devină perpendicular pe planul care trece prin axa conductorului și centrul de rotație al acului (Fig. 67). Acest lucru indică faptul că acul este supus unor forțe speciale numite forțe magnetice. Cu alte cuvinte, dacă un curent electric trece printr-un conductor, în jurul conductorului apare un câmp magnetic. Un câmp magnetic poate fi considerat ca o stare specială a spațiului care înconjoară conductorii purtători de curent.
Dacă treceți un conductor gros printr-un card și treceți un curent electric prin acesta, atunci pilitura de oțel turnată pe carton va fi amplasată în jurul conductorului în cercuri concentrice, care în acest caz reprezintă așa-numitele linii magnetice (Fig. 68). . Putem muta cartonul în sus sau în jos pe conductor, dar locația piliturii de oțel nu se va schimba. În consecință, un câmp magnetic apare în jurul conductorului pe toată lungimea acestuia.
Dacă plasați mici săgeți magnetice pe carton, atunci schimbând direcția curentului în conductor, puteți vedea că săgețile magnetice se vor roti (Fig. 69). Aceasta arată că direcția liniilor magnetice se modifică odată cu schimbarea direcției curentului în conductor.
Câmpul magnetic din jurul unui conductor purtător de curent are următoarele caracteristici: liniile magnetice ale unui conductor drept au forma unor cercuri concentrice; cu cât mai aproape de conductor, cu atât liniile magnetice sunt mai dense, cu atât este mai mare inducția magnetică; inducția magnetică (intensitatea câmpului) depinde de mărimea curentului din conductor; Direcția liniilor magnetice depinde de direcția curentului din conductor.
Pentru a arăta direcția curentului în conductorul prezentat în secțiune, a fost adoptat un simbol, pe care îl vom folosi în viitor. Dacă plasați mental o săgeată într-un conductor în direcția curentului (Fig. 70), atunci într-un conductor în care curentul este direcționat departe de noi, vom vedea coada penelor săgeții (o cruce); dacă curentul este îndreptat spre noi, vom vedea vârful unei săgeți (punct).
Direcția liniilor magnetice în jurul unui conductor care poartă curent poate fi determinată de „regula gimletului”. Dacă un șurub (tibușon) cu filet din dreapta se deplasează înainte în direcția curentului, atunci sensul de rotație al mânerului va coincide cu direcția liniilor magnetice din jurul conductorului (Fig. 71).
Orez. 71. Determinarea direcției liniilor magnetice în jurul unui conductor purtător de curent folosind „regula brațului”
Un ac magnetic introdus în câmpul unui conductor care poartă curent este situat de-a lungul liniilor magnetice. Prin urmare, pentru a determina locația sa, puteți utiliza și „regula gimlet” (Fig. 72).
Orez. 72. Determinarea direcției de deviere a unui ac magnetic adus la un conductor cu curent, conform „regula gimletului”
Câmpul magnetic este una dintre cele mai importante manifestări ale curentului electric și nu poate fi obținut independent și separat de curent.
La magneții permanenți, câmpul magnetic este cauzat și de mișcarea electronilor care formează atomii și moleculele magnetului.
Intensitatea câmpului magnetic în fiecare punct este determinată de mărimea inducției magnetice, care este de obicei notă cu litera B. Inducția magnetică este o mărime vectorială, adică este caracterizată nu numai de o anumită valoare, ci și de o anumită direcție în fiecare punct al câmpului magnetic. Direcția vectorului de inducție magnetică coincide cu tangenta la linia magnetică într-un punct dat al câmpului (Fig. 73).
Ca urmare a generalizării datelor experimentale, oamenii de știință francezi Biot și Savard au stabilit că inducția magnetică B (intensitatea câmpului magnetic) la o distanță r de un conductor drept infinit de lung cu curent este determinată de expresia
unde r este raza cercului trasat prin punctul de câmp luat în considerare; centrul cercului este pe axa conductorului (2πr este circumferința);
I este cantitatea de curent care trece prin conductor.
Valoarea μ a, care caracterizează proprietățile magnetice ale mediului, se numește permeabilitatea magnetică absolută a mediului.
Pentru vid, permeabilitatea magnetică absolută are o valoare minimă și este de obicei notă cu μ 0 și numită permeabilitatea magnetică absolută a vidului.
1 H = 1 ohm⋅sec.
Raportul μ a / μ 0, care arată de câte ori este mai mare permeabilitatea magnetică absolută a unui mediu dat decât permeabilitatea magnetică absolută a vidului, se numește permeabilitate magnetică relativă și este notat cu litera μ.
Sistemul Internațional de Unități (SI) folosește unitățile de măsură ale inducției magnetice B - tesla sau weber pe metru pătrat (tl, wb/m2).
În practica ingineriei, inducția magnetică este de obicei măsurată în gauss (gs): 1 t = 10 4 gs.
Dacă în toate punctele câmpului magnetic vectorii de inducție magnetică sunt egali ca mărime și paraleli între ei, atunci un astfel de câmp se numește uniform.
Produsul inducției magnetice B și aria S perpendiculară pe direcția câmpului (vector de inducție magnetică) se numește fluxul vectorului de inducție magnetică, sau pur și simplu flux magnetic, și este notat cu litera Φ (Fig. 74):
Sistemul Internațional folosește weber (wb) ca unitate de măsură pentru fluxul magnetic.
În calculele de inginerie, fluxul magnetic este măsurat în maxwells (μs):
1 vb = 10 8 μs.
Când se calculează câmpurile magnetice, se folosește și o cantitate numită puterea câmpului magnetic (notat H). Inducția magnetică B și intensitatea câmpului magnetic H sunt legate prin relație
Unitatea de măsură pentru intensitatea câmpului magnetic este N - amperi pe metru (a/m).
Intensitatea câmpului magnetic într-un mediu omogen, precum și inducția magnetică, depind de mărimea curentului, de numărul și forma conductorilor prin care trece curentul. Dar, spre deosebire de inducția magnetică, intensitatea câmpului magnetic nu ține cont de influența proprietăților magnetice ale mediului.
Puteți arăta cum să utilizați legea lui Ampere determinând câmpul magnetic lângă un fir. Să punem întrebarea: care este câmpul în afara unui fir drept lung de secțiune transversală cilindrică? Vom face o presupunere, poate nu atât de evidentă, dar totuși corectă: liniile de câmp se învârt în jurul firului într-un cerc. Dacă facem această ipoteză, atunci legea lui Ampere [ecuația (13.16)] ne spune care este mărimea câmpului. Datorită simetriei problemei, câmpul are aceeași mărime în toate punctele cercului concentrice cu firul (Fig. 13.7). Apoi puteți lua cu ușurință integrala liniară a lui . Este pur și simplu egală cu valoarea înmulțită cu circumferința. Dacă raza cercului este egală cu , atunci
.
Curentul total prin buclă este pur și simplu curentul din fir, deci
. (13.17)
Intensitatea câmpului magnetic scade invers proporțional cu distanța față de axa firului. Dacă se dorește, ecuația (13.17) poate fi scrisă sub formă vectorială. Amintindu-ne că ambele , și sunt direcționate perpendicular, avem
(13.18)
Figura 13.7. Câmp magnetic în afara unui fir lung care transportă curent.
Figura 13.8. Câmp magnetic al unui solenoid lung.
Am evidențiat multiplicatorul pentru că apare frecvent. Merită să ne amintim că este exact egală (în unități SI) deoarece o ecuație de forma (13.17) este folosită pentru a determina unitatea de curent, amperul. La distanță, curentul care intră creează un câmp magnetic egal cu 
.
Deoarece curentul creează un câmp magnetic, acesta va acționa cu o anumită forță asupra firului adiacent prin care trece și curentul. În cap. 1 am descris un experiment simplu care arată forțele dintre două fire prin care curge curentul. Dacă firele sunt paralele, atunci fiecare dintre ele este perpendicular pe câmpul celuilalt fir; atunci firele se vor respinge sau se vor atrage reciproc. Când curenții curg într-o direcție, firele se atrag atunci când curenții curg în direcții opuse, se resping.
Să luăm un alt exemplu, care poate fi analizat și folosind legea lui Ampere, dacă adăugăm și câteva informații despre natura câmpului. Să existe un fir lung încolăcit într-o spirală strânsă, a cărei secțiune transversală este prezentată în Fig. 13.8. O astfel de spirală se numește solenoid. Observăm experimental că atunci când lungimea solenoidului este foarte mare în comparație cu diametrul, câmpul din exterior este foarte mic în comparație cu câmpul din interior. Folosind doar acest fapt și legea lui Ampere, se poate găsi mărimea câmpului din interior.
Deoarece câmpul rămâne în interior (și are divergență zero), liniile sale trebuie să fie paralele cu axa, așa cum se arată în Fig. 13.8. Dacă acesta este cazul, atunci putem folosi legea lui Ampere pentru „curba” dreptunghiulară din figură. Această curbă parcurge o distanță în interiorul solenoidului unde se află câmpul, de exemplu, , apoi merge în unghi drept față de câmp și se întoarce înapoi prin regiunea exterioară unde câmpul poate fi neglijat. Integrala de linie de-a lungul acestei curbe este exact , iar aceasta trebuie să fie egală cu orificiile curentului total din interior, adică. pornit (unde este numărul de spire a solenoidului pe lungime). Avem
Sau, introducând - numărul de spire pe unitatea de lungime a solenoidului (astfel încât ), obținem
Figura 13.9. Câmp magnetic în afara solenoidului.
Ce se întâmplă cu liniile când ajung la capătul solenoidului? Aparent, ele diverg cumva și revin la solenoid de la celălalt capăt (Fig. 13.9). Exact același câmp este observat în afara unei tije magnetice. Ei bine, ce este un magnet? Ecuațiile noastre spun că câmpul provine din prezența curenților. Și știm că barele obișnuite de fier (nu bateriile sau generatoarele) creează și câmpuri magnetice. Vă puteți aștepta că în partea dreaptă a (13.12) sau (13.13) ar fi alți termeni reprezentând „densitatea fierului magnetizat” sau o cantitate similară. Dar nu există un astfel de membru. Teoria noastră spune că efectele magnetice ale fierului provin din niște curenți interni luați deja în considerare de membru.
Materia este foarte complexă când este privită dintr-un punct de vedere profund; Eram deja convinși de acest lucru când am încercat să înțelegem dielectricii. Pentru a nu întrerupe prezentarea noastră, vom amâna o discuție detaliată a mecanismului intern al materialelor magnetice precum fierul. Deocamdată va trebui să acceptăm că orice magnetism apare din cauza curenților și că există curenți interni constante într-un magnet permanent. În cazul fierului, acești curenți sunt creați de electroni care se rotesc în jurul propriilor axe. Fiecare electron are un spin care corespunde unui mic curent circulant. Un electron, desigur, nu produce un câmp magnetic mare, dar o bucată obișnuită de materie conține miliarde și miliarde de electroni. De obicei, se rotesc în orice fel, astfel încât efectul general să dispară. Lucrul surprinzător este că în câteva substanțe precum fierul, majoritatea electronilor se rotesc în jurul axelor direcționate într-o direcție - în fier, doi electroni din fiecare atom iau parte la această mișcare comună. Un magnet conține un număr mare de electroni care se rotesc în aceeași direcție și, după cum vom vedea, efectul lor combinat este echivalent cu curentul care circulă pe suprafața magnetului. (Acest lucru este foarte asemănător cu ceea ce găsim în dielectrici - un dielectric polarizat uniform este echivalent cu o distribuție a sarcinilor pe suprafața sa.) Prin urmare, nu este o coincidență că un magnet de bară este echivalent cu un solenoid.
Magneții sunt corpuri care au proprietatea de a atrage obiecte de fier. Proprietatea atractivă manifestată de magneți se numește magnetism. Magneții pot fi naturali sau artificiali. Minereurile de fier extrase care au proprietăți atractive se numesc magneți naturali, iar piesele de metal magnetizate sunt numite magneți artificiali, adesea numiți magneți permanenți.
Proprietățile unui magnet de a atrage obiecte de fier sunt cele mai pronunțate la capete, care se numesc poli și, sau pur și simplu, poli magnetici. Fiecare magnet are doi poli: nord (N - nord) și sud (S - sud). Linia care trece prin mijlocul magnetului se numește linie neutră sau neutră, deoarece nu sunt detectate proprietăți magnetice de-a lungul acestei linii.
Magneții permanenți formează un câmp magnetic în care forțele magnetice acționează în anumite direcții, numite linii de forță. Liniile electrice părăsesc polul nord și intră în polul sud.
Curentul electric care trece printr-un conductor creează, de asemenea, un câmp magnetic în jurul conductorului. S-a stabilit că fenomenele magnetice sunt indisolubil legate de curentul electric.
Linii de forță magnetice sunt situate în jurul unui conductor cu curent într-un cerc, al cărui centru este conductorul însuși, în timp ce mai aproape de conductor sunt situate mai dens și mai departe de conductor - mai rar. Locația liniilor de câmp magnetic în jurul unui conductor care poartă curent depinde de forma secțiunii transversale a acestuia.
Pentru a determina direcția liniilor de câmp, utilizați regula gimlet, care este formulată după cum urmează: dacă înșurubați mânerul în direcția curentului din conductor, atunci rotația mânerului gimletului va arăta direcția liniilor câmpului magnetic.
Câmpul magnetic al unui conductor drept este o serie de cercuri concentrice (Fig. 157, A). Pentru a spori câmpul magnetic în conductor, acesta din urmă este realizat sub forma unei bobine (Fig. 157, b).
în cazul în care sensul de rotație al mânerului brațului coincide cu direcția curentului electric în spirele bobinei, atunci mișcarea înainte a mânerului este îndreptată spre polul nord.
Câmpul magnetic al unei bobine purtătoare de curent este similar cu câmpul unui magnet permanent, astfel încât bobina purtătoare de curent (solenoid) are toate proprietățile unui magnet.
Și aici, direcția liniilor câmpului magnetic în jurul fiecărei spire a bobinei este determinată de regula brațelor. Liniile de câmp ale spirelor adiacente se adună, sporind câmpul magnetic general al bobinei. După cum rezultă din Fig. 158, liniile de câmp magnetic ale bobinei ies dintr-un capăt și intră în celălalt, închizându-se în interiorul bobinei. Bobina, ca și magneții permanenți, are o polaritate (poli sud și nord), care este, de asemenea, determinată de regula brațelor, dacă este menționată după cum urmează: în cazul în care sensul de rotație al mânerului brațului coincide cu direcția curentului electric în spirele bobinei, atunci mișcarea înainte a mânerului este îndreptată spre polul nord.
Pentru a caracteriza câmpul magnetic din punct de vedere cantitativ, a fost introdus conceptul de inducție magnetică.
Inducția magnetică este numărul de linii de forță magnetice pe 1 cm 2 (sau 1 m 2) de suprafață perpendicular pe direcția liniilor de forță. În sistemul SI, inducția magnetică este măsurată în tesla (abreviat ca T) și este notat cu litera ÎN(tesla = weber/m2 = volt secundă/m2
Weber este o unitate de măsură a fluxului magnetic.
Câmpul magnetic poate fi întărit prin introducerea unei tije de fier (miez) în bobină. Prezența unui miez de fier sporește câmpul, întrucât, aflându-se în câmpul magnetic al bobinei, miezul de fier este magnetizat, își creează propriul câmp, care se adaugă celui inițial și se intensifică. Un astfel de dispozitiv se numește electromagnet.
Numărul total de linii de forță care trec prin secțiunea transversală a miezului se numește flux magnetic. Mărimea fluxului magnetic al unui electromagnet depinde de curentul care trece prin bobină (înfășurare), de numărul de spire și de rezistența circuitului magnetic.
Un circuit magnetic, sau circuit magnetic, este calea pe care liniile magnetice de forță sunt închise. Rezistența magnetică a miezului magnetic depinde de permeabilitatea magnetică a mediului prin care trec liniile electrice, de lungimea acestor linii și de secțiunea transversală a miezului.
Produsul curentului care trece prin înfășurare și numărul spirelor acesteia se numește forță magnetomotoare (mf s). Fluxul magnetic este egal cu forța magnetomotoare împărțită la reluctanța magnetică a circuitului- așa este formulată legea lui Ohm pentru un circuit magnetic. Deoarece numărul de spire și rezistența magnetică pentru un anumit electromagnet sunt valori constante, fluxul magnetic al unui electromagnet poate fi modificat prin ajustarea curentului din înfășurarea acestuia.
Electromagneții găsesc cea mai largă aplicație în diverse mașini și dispozitive (mașini electrice, sonerii electrice, telefoane, instrumente de măsură etc.).