Για να κατανοήσουμε ποιο είναι το χαρακτηριστικό ενός μαγνητικού πεδίου, θα πρέπει να οριστούν πολλά φαινόμενα. Ταυτόχρονα, πρέπει να θυμάστε εκ των προτέρων πώς και γιατί εμφανίζεται. Μάθετε ποιο είναι το χαρακτηριστικό ισχύος ενός μαγνητικού πεδίου. Είναι επίσης σημαντικό ότι ένα τέτοιο πεδίο μπορεί να συμβεί όχι μόνο σε μαγνήτες. Από αυτή την άποψη, δεν είναι κακό να αναφέρουμε τα χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου της γης.
Ανάδυση πεδίου
Πρώτα, θα πρέπει να περιγράψουμε την εμφάνιση του γηπέδου. Μετά από αυτό, μπορείτε να περιγράψετε το μαγνητικό πεδίο και τα χαρακτηριστικά του. Εμφανίζεται κατά την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων. Μπορεί να επηρεάσει τα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία, ειδικά σε αγώγιμους αγωγούς. Η αλληλεπίδραση μεταξύ ενός μαγνητικού πεδίου και των κινούμενων φορτίων, ή των αγωγών μέσω των οποίων ρέει το ρεύμα, συμβαίνει λόγω δυνάμεων που ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικές.
Ένταση ή ισχύς χαρακτηριστικό του μαγνητικού πεδίου μέσαένα ορισμένο χωρικό σημείο προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας μαγνητική επαγωγή. Το τελευταίο συμβολίζεται με το σύμβολο B.
Γραφική αναπαράσταση του πεδίου
Το μαγνητικό πεδίο και τα χαρακτηριστικά του μπορούν να αναπαρασταθούν γραφικά χρησιμοποιώντας γραμμές επαγωγής. Αυτός ο ορισμός ονομάζεται ευθείες, οι εφαπτομένες στις οποίες σε οποιοδήποτε σημείο θα συμπίπτουν με την κατεύθυνση του διανύσματος y της μαγνητικής επαγωγής.
Αυτές οι γραμμές περιλαμβάνονται στα χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου και χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης και της έντασής του. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του μαγνητικού πεδίου, τόσο περισσότερες γραμμές δεδομένων θα σχεδιαστούν.
Τι είναι οι μαγνητικές γραμμές
Οι μαγνητικές γραμμές σε ευθύγραμμους αγωγούς με ρεύμα έχουν σχήμα ομόκεντρου κύκλου, το κέντρο του οποίου βρίσκεται στον άξονα αυτού του αγωγού. Η κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών κοντά σε αγωγούς με ρεύμα καθορίζεται από τον κανόνα του ελατηρίου, ο οποίος ακούγεται ως εξής: εάν το στόμιο βρίσκεται έτσι ώστε να βιδωθεί στον αγωγό προς την κατεύθυνση του ρεύματος, τότε η φορά περιστροφής του Η λαβή αντιστοιχεί στην κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών.
Για ένα πηνίο με ρεύμα, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου θα καθοριστεί επίσης από τον κανόνα του gimlet. Απαιτείται επίσης η περιστροφή της λαβής προς την κατεύθυνση του ρεύματος στις στροφές της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας. Η κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής θα αντιστοιχεί στην κατεύθυνση της μεταφορικής κίνησης του σχισμής.
Ο ορισμός της ομοιομορφίας και της ανομοιογένειας είναι το κύριο χαρακτηριστικό του μαγνητικού πεδίου.
Δημιουργήθηκε από ένα ρεύμα, υπό ίσες συνθήκες, το πεδίοθα διαφέρει ως προς την έντασή του σε διαφορετικά μέσα λόγω των διαφορετικών μαγνητικών ιδιοτήτων σε αυτές τις ουσίες. Οι μαγνητικές ιδιότητες του μέσου χαρακτηρίζονται από απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα. Μετράται σε κόταπες ανά μέτρο (g/m).
Το χαρακτηριστικό του μαγνητικού πεδίου περιλαμβάνει την απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα του κενού, που ονομάζεται μαγνητική σταθερά. Η τιμή που καθορίζει πόσες φορές θα διαφέρει η απόλυτη μαγνητική διαπερατότητα του μέσου από τη σταθερά ονομάζεται σχετική μαγνητική διαπερατότητα.
Μαγνητική διαπερατότητα ουσιών
Αυτή είναι μια αδιάστατη ποσότητα. Οι ουσίες με τιμή διαπερατότητας μικρότερη από μία ονομάζονται διαμαγνητικές. Σε αυτές τις ουσίες, το πεδίο θα είναι πιο αδύναμο από ότι στο κενό. Αυτές οι ιδιότητες υπάρχουν στο υδρογόνο, το νερό, τον χαλαζία, το ασήμι κ.λπ.
Μέσα με μαγνητική διαπερατότητα μεγαλύτερη από μία ονομάζονται παραμαγνητικά. Σε αυτές τις ουσίες, το πεδίο θα είναι ισχυρότερο από ό,τι στο κενό. Αυτά τα μέσα και οι ουσίες περιλαμβάνουν αέρα, αλουμίνιο, οξυγόνο, πλατίνα.
Στην περίπτωση παραμαγνητικών και διαμαγνητικών ουσιών, η τιμή της μαγνητικής διαπερατότητας δεν θα εξαρτάται από την τάση του εξωτερικού μαγνητιστικού πεδίου. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή είναι σταθερή για μια συγκεκριμένη ουσία.
Οι σιδηρομαγνήτες ανήκουν σε μια ειδική ομάδα. Για αυτές τις ουσίες, η μαγνητική διαπερατότητα θα φτάσει αρκετές χιλιάδες ή περισσότερο. Αυτές οι ουσίες, που έχουν την ιδιότητα να μαγνητίζονται και να ενισχύουν το μαγνητικό πεδίο, χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική.
Ισχύς πεδίου
Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του μαγνητικού πεδίου, μαζί με το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια τιμή που ονομάζεται ένταση μαγνητικού πεδίου. Αυτός ο όρος είναι ένα διανυσματικό μέγεθος που καθορίζει την ένταση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου σε ένα μέσο με τις ίδιες ιδιότητες προς όλες τις κατευθύνσεις, το διάνυσμα της έντασης θα συμπίπτει με το διάνυσμα της μαγνητικής επαγωγής στο σημείο του πεδίου.
Οι ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες των σιδηρομαγνητών εξηγούνται από την παρουσία τυχαία μαγνητισμένων μικρών τμημάτων σε αυτούς, τα οποία μπορούν να αναπαρασταθούν ως μικροί μαγνήτες.
Χωρίς μαγνητικό πεδίο, μια σιδηρομαγνητική ουσία μπορεί να μην έχει έντονες μαγνητικές ιδιότητες, καθώς τα πεδία της περιοχής αποκτούν διαφορετικούς προσανατολισμούς και το συνολικό τους μαγνητικό πεδίο είναι μηδέν.
Σύμφωνα με τα κύρια χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου, εάν ένας σιδηρομαγνήτης τοποθετηθεί σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, για παράδειγμα, σε ένα πηνίο με ρεύμα, τότε υπό την επίδραση του εξωτερικού πεδίου, οι περιοχές θα στραφούν στο κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου. Επιπλέον, το μαγνητικό πεδίο στο πηνίο θα αυξηθεί και η μαγνητική επαγωγή θα αυξηθεί. Εάν το εξωτερικό πεδίο είναι αρκετά ασθενές, τότε μόνο ένα μέρος όλων των περιοχών των οποίων τα μαγνητικά πεδία πλησιάζουν την κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου θα ανατραπεί. Καθώς αυξάνεται η ισχύς του εξωτερικού πεδίου, ο αριθμός των περιστρεφόμενων περιοχών θα αυξηθεί και σε μια ορισμένη τιμή της τάσης του εξωτερικού πεδίου, σχεδόν όλα τα μέρη θα περιστραφούν έτσι ώστε τα μαγνητικά πεδία να βρίσκονται στην κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται μαγνητικός κορεσμός.
Σχέση μεταξύ μαγνητικής επαγωγής και έντασης
Η σχέση μεταξύ της μαγνητικής επαγωγής μιας σιδηρομαγνητικής ουσίας και της ισχύος ενός εξωτερικού πεδίου μπορεί να απεικονιστεί χρησιμοποιώντας ένα γράφημα που ονομάζεται καμπύλη μαγνήτισης. Στην καμπή του γραφήματος της καμπύλης, ο ρυθμός αύξησης της μαγνητικής επαγωγής μειώνεται. Μετά από μια κάμψη, όπου η τάση φτάνει σε ένα ορισμένο επίπεδο, εμφανίζεται κορεσμός και η καμπύλη αυξάνεται ελαφρά, αποκτώντας σταδιακά το σχήμα μιας ευθείας γραμμής. Σε αυτό το τμήμα, η επαγωγή εξακολουθεί να αυξάνεται, αλλά μάλλον αργά και μόνο λόγω της αύξησης της ισχύος του εξωτερικού πεδίου.
Η γραφική εξάρτηση των δεδομένων του δείκτη δεν είναι άμεση, πράγμα που σημαίνει ότι η αναλογία τους δεν είναι σταθερή και η μαγνητική διαπερατότητα του υλικού δεν είναι σταθερός δείκτης, αλλά εξαρτάται από το εξωτερικό πεδίο.
Αλλαγές στις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών
Όταν αυξάνεται το ρεύμα σε πλήρη κορεσμό σε ένα πηνίο με σιδηρομαγνητικό πυρήνα και στη συνέχεια μειώνεται, η καμπύλη μαγνήτισης δεν θα συμπίπτει με την καμπύλη απομαγνήτισης. Με μηδενική ένταση, η μαγνητική επαγωγή δεν θα έχει την ίδια τιμή, αλλά θα αποκτήσει κάποιον δείκτη που ονομάζεται υπολειπόμενη μαγνητική επαγωγή. Η κατάσταση με την υστέρηση της μαγνητικής επαγωγής από τη δύναμη μαγνήτισης ονομάζεται υστέρηση.
Για να απομαγνητιστεί πλήρως ο σιδηρομαγνητικός πυρήνας στο πηνίο, απαιτείται να δοθεί αντίστροφο ρεύμα, το οποίο θα δημιουργήσει την απαραίτητη τάση. Για διάφορα σιδηρομαγνητικάουσίες, χρειάζεται ένα τμήμα διαφόρων μηκών. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο περισσότερη ενέργεια χρειάζεται για τον απομαγνήτιση. Η τιμή στην οποία το υλικό απομαγνητίζεται πλήρως ονομάζεται δύναμη καταναγκασμού.
Με μια περαιτέρω αύξηση του ρεύματος στο πηνίο, η επαγωγή θα αυξηθεί και πάλι στον δείκτη κορεσμού, αλλά με διαφορετική κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών. Κατά τον απομαγνητισμό προς την αντίθετη κατεύθυνση, θα ληφθεί υπολειπόμενη επαγωγή. Το φαινόμενο του υπολειπόμενου μαγνητισμού χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μόνιμων μαγνητών από ουσίες με υψηλό υπολειμματικό μαγνητισμό. Τα υλικά με δυνατότητα επαναμαγνητισμού χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία πυρήνων για ηλεκτρικές μηχανές και συσκευές.
Κανόνας αριστερού χεριού
Η δύναμη που επηρεάζει έναν αγωγό με ρεύμα έχει μια κατεύθυνση που καθορίζεται από τον κανόνα του αριστερού χεριού: όταν η παλάμη του παρθένου χεριού βρίσκεται με τέτοιο τρόπο ώστε οι μαγνητικές γραμμές εισέρχονται σε αυτήν και τέσσερα δάχτυλα εκτείνονται προς την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό, ο λυγισμένος αντίχειρας δείχνει την κατεύθυνση της δύναμης. Αυτή η δύναμη είναι κάθετη στο διάνυσμα της επαγωγής και στο ρεύμα.
Ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα που κινείται σε μαγνητικό πεδίο θεωρείται πρωτότυπο ηλεκτρικού κινητήρα που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια.
Κανόνας δεξιού χεριού
Κατά την κίνηση του αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο, επάγεται μια ηλεκτροκινητική δύναμη στο εσωτερικό του, η οποία έχει τιμή ανάλογη με τη μαγνητική επαγωγή, το μήκος του αγωγού που εμπλέκεται και την ταχύτητα της κίνησής του. Αυτή η εξάρτηση ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Στογια τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του επαγόμενου EMF στον αγωγό, χρησιμοποιείται ο κανόνας του δεξιού χεριού: όταν το δεξί χέρι βρίσκεται με τον ίδιο τρόπο όπως στο παράδειγμα από τα αριστερά, οι μαγνητικές γραμμές εισέρχονται στην παλάμη και ο αντίχειρας δείχνει την κατεύθυνση κίνηση του αγωγού, τα τεντωμένα δάχτυλα δείχνουν την κατεύθυνση του επαγόμενου EMF. Ένας αγωγός που κινείται σε μια μαγνητική ροή υπό την επίδραση μιας εξωτερικής μηχανικής δύναμης είναι το απλούστερο παράδειγμα ηλεκτρικής γεννήτριας στην οποία η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής μπορεί να διατυπωθεί διαφορετικά: σε ένα κλειστό κύκλωμα, επάγεται ένα EMF, με οποιαδήποτε αλλαγή στη μαγνητική ροή που καλύπτεται από αυτό το κύκλωμα, το EFE στο κύκλωμα είναι αριθμητικά ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που καλύπτει αυτό το κύκλωμα.
Αυτή η φόρμα παρέχει έναν μέσο δείκτη EMF και υποδεικνύει την εξάρτηση του EMF όχι από τη μαγνητική ροή, αλλά από τον ρυθμό μεταβολής της.
Νόμος του Lenz
Πρέπει επίσης να θυμάστε τον νόμο του Lenz: το ρεύμα που προκαλείται από μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο που διέρχεται από το κύκλωμα, το μαγνητικό του πεδίο εμποδίζει αυτήν την αλλαγή. Εάν οι στροφές του πηνίου τρυπηθούν από μαγνητικές ροές διαφορετικών μεγεθών, τότε το EMF που προκαλείται σε ολόκληρο το πηνίο είναι ίσο με το άθροισμα του EMF σε διαφορετικές στροφές. Το άθροισμα των μαγνητικών ροών των διαφορετικών στροφών του πηνίου ονομάζεται σύνδεση ροής. Η μονάδα μέτρησης αυτής της ποσότητας, καθώς και της μαγνητικής ροής, είναι ο βέμπερ.
Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα αλλάζει, αλλάζει και η μαγνητική ροή που δημιουργείται από αυτό. Παράλληλα, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, στο εσωτερικόαγωγός, προκαλείται ένα EMF. Εμφανίζεται σε σχέση με μια αλλαγή στο ρεύμα στον αγωγό, επομένως αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοεπαγωγή και το EMF που προκαλείται στον αγωγό ονομάζεται EMF αυτοεπαγωγής.
Η σύνδεση ροής και η μαγνητική ροή εξαρτώνται όχι μόνο από την ισχύ του ρεύματος, αλλά και από το μέγεθος και το σχήμα ενός δεδομένου αγωγού και τη μαγνητική διαπερατότητα της περιβάλλουσας ουσίας.
επαγωγή αγωγού
Ο συντελεστής αναλογικότητας ονομάζεται αυτεπαγωγή του αγωγού. Αναφέρεται στην ικανότητα ενός αγωγού να δημιουργεί σύνδεση ροής όταν διέρχεται ηλεκτρισμός. Αυτή είναι μια από τις κύριες παραμέτρους των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Για ορισμένα κυκλώματα, η αυτεπαγωγή είναι μια σταθερά. Θα εξαρτηθεί από το μέγεθος του περιγράμματος, τη διαμόρφωσή του και τη μαγνητική διαπερατότητα του μέσου. Σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς του ρεύματος στο κύκλωμα και η μαγνητική ροή δεν θα έχουν σημασία.
Οι παραπάνω ορισμοί και φαινόμενα δίνουν μια εξήγηση του τι είναι μαγνητικό πεδίο. Δίνονται επίσης τα κύρια χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου, με τη βοήθεια των οποίων είναι δυνατός ο ορισμός αυτού του φαινομένου.
