För att förstå vad som är kännetecken för ett magnetfält bör många fenomen definieras. Samtidigt måste du komma ihåg i förväg hur och varför det visas. Ta reda på vad som är kraftkarakteristiken för ett magnetfält. Det är också viktigt att ett sådant fält inte bara kan uppstå i magneter. I detta avseende skadar det inte att nämna egenskaperna hos jordens magnetfält.
Fältuppkomst
Först bör vi beskriva fältets utseende. Efter det kan du beskriva magnetfältet och dess egenskaper. Det uppträder under rörelsen av laddade partiklar. Kan påverka rörliga elektriska laddningar, särskilt på ledande ledare. Interaktionen mellan ett magnetfält och rörliga laddningar, eller ledare genom vilka ström flyter, uppstår på grund av krafter som kallas elektromagnetiska.
Intensitet eller effekt som är karakteristisk för magnetfältet ien viss rumslig punkt bestäms med hjälp av magnetisk induktion. Det senare betecknas med symbolen B.
Grafisk representation av fältet
Det magnetiska fältet och dess egenskaper kan representeras grafiskt med hjälp av induktionslinjer. Denna definition kallas linjer, vars tangenter vid vilken punkt som helst kommer att sammanfalla med riktningen för vektorn y för den magnetiska induktionen.
Dessa linjer ingår i magnetfältets egenskaper och används för att bestämma dess riktning och intensitet. Ju högre intensitet magnetfältet har, desto fler datalinjer kommer att ritas.
Vad är magnetiska linjer
Magnetiska linjer i raka ledare med ström har formen av en koncentrisk cirkel, vars centrum ligger på denna ledares axel. Riktningen för magnetlinjerna nära ledare med ström bestäms av gimletregeln, som låter så här: om gimleten är placerad så att den kommer att skruvas in i ledaren i strömriktningen, då rotationsriktningen för den handtaget motsvarar magnetlinjernas riktning.
För en spole med ström kommer magnetfältets riktning också att bestämmas av gimlet-regeln. Det är också nödvändigt att vrida handtaget i strömriktningen i solenoidens varv. Riktningen för de magnetiska induktionslinjerna kommer att motsvara riktningen för gimletens translationella rörelse.
Definitionen av enhetlighet och inhomogenitet är magnetfältets huvudkaraktär.
Skapad av en ström, under lika förhållanden, fältetkommer att skilja sig i sin intensitet i olika medier på grund av olika magnetiska egenskaper hos dessa ämnen. Mediets magnetiska egenskaper kännetecknas av absolut magnetisk permeabilitet. Mätt i höns per meter (g/m).
Karakteristiken för det magnetiska fältet inkluderar vakuumets absoluta magnetiska permeabilitet, kallad magnetkonstanten. Värdet som bestämmer hur många gånger mediets absoluta magnetiska permeabilitet kommer att skilja sig från konstanten kallas den relativa magnetiska permeabiliteten.
Magnetisk permeabilitet för ämnen
Detta är en dimensionslös mängd. Ämnen med ett permeabilitetsvärde på mindre än ett kallas diamagnetiska. I dessa ämnen kommer fältet att vara svagare än i vakuum. Dessa egenskaper finns i väte, vatten, kvarts, silver, etc.
Media med en magnetisk permeabilitet som är större än en kallas paramagnetisk. I dessa ämnen kommer fältet att vara starkare än i vakuum. Dessa medier och ämnen inkluderar luft, aluminium, syre, platina.
När det gäller paramagnetiska och diamagnetiska ämnen kommer värdet av magnetisk permeabilitet inte att bero på spänningen i det externa, magnetiserande fältet. Det betyder att värdet är konstant för ett visst ämne.
Ferromagneter tillhör en speciell grupp. För dessa ämnen kommer den magnetiska permeabiliteten att nå flera tusen eller mer. Dessa ämnen, som har egenskapen att magnetiseras och förstärka magnetfältet, används i stor utsträckning inom elektroteknik.
Fältstyrka
För att bestämma egenskaperna hos magnetfältet, tillsammans med den magnetiska induktionsvektorn, kan ett värde som kallas magnetfältets styrka användas. Denna term är en vektorkvantitet som bestämmer intensiteten hos det externa magnetfältet. Riktningen för magnetfältet i ett medium med samma egenskaper i alla riktningar, intensitetsvektorn kommer att sammanfalla med den magnetiska induktionsvektorn vid fältpunkten.
De starka magnetiska egenskaperna hos ferromagneter förklaras av närvaron av slumpmässigt magnetiserade små delar i dem, som kan representeras som små magneter.
Utan magnetfält kan det hända att ett ferromagnetiskt ämne inte har uttalade magnetiska egenskaper, eftersom domänfälten får olika orienteringar och deras totala magnetfält är noll.
Enligt huvudegenskaperna hos magnetfältet, om en ferromagnet placeras i ett externt magnetfält, till exempel i en spole med ström, då under påverkan av det yttre fältet, kommer domänerna att vända i det yttre fältets riktning. Dessutom kommer magnetfältet vid spolen att öka, och den magnetiska induktionen kommer att öka. Om det yttre fältet är tillräckligt svagt kommer bara en del av alla domäner vars magnetfält närmar sig det yttre fältets riktning att vända. När styrkan på det externa fältet ökar kommer antalet roterade domäner att öka, och vid ett visst värde på den externa fältspänningen kommer nästan alla delar att roteras så att magnetfälten ligger i riktning mot det yttre fältet. Detta tillstånd kallas magnetisk mättnad.
Släktskap mellan magnetisk induktion och intensitet
Förhållandet mellan den magnetiska induktionen av ett ferromagnetiskt ämne och styrkan hos ett yttre fält kan avbildas med hjälp av en graf som kallas magnetiseringskurvan. Vid kurvans kurvdiagram minskar ökningshastigheten för magnetisk induktion. Efter en böj, där spänningen når en viss nivå, uppstår mättnad, och kurvan stiger något och gradvis får formen av en rak linje. I det här avsnittet växer induktionen fortfarande, men ganska långsamt och bara på grund av en ökning av styrkan på det yttre fältet.
Det grafiska beroendet av indikatorns data är inte direkt, vilket betyder att deras förhållande inte är konstant, och materialets magnetiska permeabilitet är inte en konstant indikator, utan beror på det yttre fältet.
Förändringar i materialens magnetiska egenskaper
När man ökar strömmen till full mättnad i en spole med en ferromagnetisk kärna och sedan minskar den, kommer magnetiseringskurvan inte att sammanfalla med avmagnetiseringskurvan. Med noll intensitet kommer den magnetiska induktionen inte att ha samma värde, utan kommer att få någon indikator som kallas restmagnetisk induktion. Situationen med eftersläpning av magnetisk induktion från magnetiseringskraften kallas hysteres.
För att helt avmagnetisera den ferromagnetiska kärnan i spolen krävs det att man ger en omvänd ström, vilket skapar den nödvändiga spänningen. För olika ferromagnetiskaämnen behövs ett segment av olika längder. Ju större den är, desto mer energi behövs för avmagnetisering. Värdet vid vilket materialet är helt avmagnetiserat kallas för tvångskraften.
Med en ytterligare ökning av strömmen i spolen kommer induktionen åter att öka till mättnadsindex, men med en annan riktning av magnetlinjerna. Vid avmagnetisering i motsatt riktning erhålls restinduktion. Fenomenet restmagnetism används för att skapa permanenta magneter av ämnen med hög restmagnetism. Material med förmågan att ommagnetisera används för att skapa kärnor för elektriska maskiner och enheter.
Vänsterhandsregel
Kraften som påverkar en ledare med ström har en riktning som bestäms av regeln för vänster hand: när jungfruhandens handflata är placerad på ett sådant sätt att magnetlinjerna kommer in i den, och fyra fingrar sträcks ut i strömriktningen i ledaren anger den böjda tummen kraftens riktning. Denna kraft är vinkelrät mot induktionsvektorn och strömmen.
En strömförande ledare som rör sig i ett magnetfält anses vara en prototyp av en elektrisk motor som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi.
Högerhandsregel
Under ledarens rörelse i ett magnetfält induceras en elektromotorisk kraft inuti den, som har ett värde som är proportionellt mot den magnetiska induktionen, längden på den inblandade ledaren och hastigheten på dess rörelse. Detta beroende kallas elektromagnetisk induktion. Påför att bestämma riktningen för den inducerade EMF i ledaren används högerhandsregeln: när högerhanden är placerad på samma sätt som i exemplet från vänster, kommer magnetlinjerna in i handflatan och tummen indikerar riktningen för rörelse av ledaren, de utsträckta fingrarna indikerar riktningen för den inducerade EMF. En ledare som rör sig i ett magnetiskt flöde under påverkan av en yttre mekanisk kraft är det enklaste exemplet på en elektrisk generator där mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi.
Lagen för elektromagnetisk induktion kan formuleras på olika sätt: i en sluten krets induceras en EMF, med varje förändring i det magnetiska flödet som täcks av denna krets, är EFE i kretsen numeriskt lika med förändringshastigheten av det magnetiska flödet som täcker denna krets.
Detta formulär ger en genomsnittlig EMF-indikator och indikerar EMF:s beroende inte av det magnetiska flödet, utan av dess förändringshastighet.
Lenz's Law
Du måste också komma ihåg Lenz lag: den ström som induceras av en förändring i magnetfältet som passerar genom kretsen, dess magnetfält förhindrar denna förändring. Om spolvarven genomborras av magnetiska flöden av olika storlek, är EMF som induceras på hela spolen lika med summan av EMF i olika varv. Summan av de magnetiska flödena av olika varv av spolen kallas flödeslänkning. Måttenheten för denna kvantitet, liksom det magnetiska flödet, är weber.
När den elektriska strömmen i kretsen ändras ändras också det magnetiska flödet som skapas av den. Samtidigt, enligt lagen om elektromagnetisk induktion, inutiledare, induceras en EMF. Det uppstår i samband med en förändring av strömmen i ledaren, därför kallas detta fenomen för självinduktion, och den EMF som induceras i ledaren kallas självinduktion EMF.
Flödeslänkning och magnetiskt flöde beror inte bara på strömstyrkan utan också på storleken och formen på en given ledare och den omgivande substansens magnetiska permeabilitet.
ledareinduktans
Proportionalitetskoefficienten kallas induktansen för ledaren. Det hänvisar till en ledares förmåga att skapa flödeslänkning när elektricitet passerar genom den. Detta är en av huvudparametrarna för elektriska kretsar. För vissa kretsar är induktansen en konstant. Det kommer att bero på konturens storlek, dess konfiguration och mediets magnetiska permeabilitet. I det här fallet spelar strömstyrkan i kretsen och det magnetiska flödet ingen roll.
Ovanstående definitioner och fenomen ger en förklaring till vad som är ett magnetfält. Det magnetiska fältets huvudkarakteristika ges också, med vars hjälp det är möjligt att definiera detta fenomen.
