Единица измерения магнитного поля

Магнитное поле

Магнитное поле — это результат действия магнита в пространстве, которое его окружает и где он проявляет своё действие. Также это изображение этих сил — оно показывает пространственное распределение магнитных сил внутри и вокруг магнитных предметов.

У магнитов есть два полюса: северный (отрицательный) и южный (положительный). Их поведение:

1. Два магнита с противоположными полюсами притягиваются (+/–)
2. Два магнита с одинаковыми полюсами отталкиваются (+/+ или –/–)

Магнитное поле можно изобразить с помощью силовых линий (также называются линиями магнитной индукции).

Диаграмма силовых линий магнитного поля прямоугольного магнита

Магнитные линии выходят из северного полюса (North) и входят в южный полюс (South), т.е. нужно запомнить направление с севера на юг. Силовые линии:

• не пересекаются,
• не обрываются,
• образуют замкнутые циклы, которые продолжаются внутри магнита.

В чём измеряется магнитное поле?

Магнитное поле является векторной величиной и для его измерения/определения нужно знать его направление и силу.

Для определения направления можно положить рядом с магнитным предметом магнитный компас. Таким образом, стрелка компаса остановится вдоль силовой линии.

Сила магнитного поля измеряется:

1. Либо в СИ в единицах Тесла (Тл) или микротесла (мкТл)

2. Либо в единицах Гаусс (Гс) или миллигаусс (мГс), до сих пор используется экспериментально.

• 1 Тл = 10 000 Гс
• 1 Гс = Тл
• 1 мГс = 0,1 мкТл

Как создаётся магнитное поле?

Магнитные поля создаются движущимися электрически заряженными частицами, т.е. поле появляется там, где движутся электрические заряды. Например, пропуская электрический ток по проводнику.

Другой способ — комбинировать собственные магнитные поля электронов, что случается в некоторых материалах. Их называют постоянными магнитами (например, магнитики на наших холодильниках).

Если очень больший заряд будет двигаться с ещё большей скоростью, то и сила его магнитного поля тоже возрастёт.

Характеристики магнитного поля

• магнитная индукция
• магнитный поток
• магнитная проницаемость

Магнитная индукция (B)

Это интенсивность магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит создаёт магнитное поле, тем больше индукция.

Формула: B = Ф / S.cos ( )

• B — магнитная индукция (в Тл — Тесла)
• Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
• S — площадь поверхности (в м²)
• cos — угол (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)

Магнитный поток (Ф)

Магнитная индукция (B) проходит через определённую поверхность (с площадью S), и индукция внутри неё будет значиться как магнитный поток (Ф). Формула: Ф = BS.

Это общее число магнитных силовых линий, которые пронизывают определённую ограниченную поверхность.

Магнитная проницаемость

Ещё магнитная индукция зависит и от среды, где создано магнитное поле. Эту величину характеризует магнитная проницаемость. Среда с большей магнитной проницаемостью создаст магнитное поле с большей индукцией.

Магнитное поле и его параметры, магнитные цепи

Они образовались после поднесения постоянного магнита к обратной стороне картонного листа с ровным слоем железных опилок. Картинка демонстрирует четкую маркировку северного (N) и южного (S) полюсов с направлением силовых линий относительно их ориентации: выход из северного полюса и вход в южный.

Как создается магнитное поле

Источниками магнитного поля являются:

изменяющееся во времени электрическое поле.

С действием постоянных магнитов знаком каждый ребенок детсадовского возраста. Ведь ему уже приходилось лепить на холодильник картинки-магнитики, извлекаемые из упаковок с всякими лакомствами.

Находящиеся в движении электрические заряды обычно обладают значительно большей энергией магнитного поля, чем постоянные магниты. Его тоже обозначают силовыми линиями. Разберем правила их начертания для прямолинейного проводника с током I.

Магнитная силовая линия проводится в плоскости, перпендикулярной движению тока так, чтобы в каждой ее точке сила, действующая на северный полюс магнитной стрелки, направлялась по касательной к этой линии. Таким образом создаются концентрические окружности вокруг движущегося заряда.

Направление этих сил определяется известным правилом винта или буравчика с правосторонней навивкой резьбы.

Необходимо расположить буравчик соосно с вектором тока и вращать рукоятку так, чтобы поступательное движение буравчика совпадало с его направлением. Тогда ориентация силовых магнитных линий будет показана вращением рукоятки.

В кольцевом проводнике вращательное движение рукоятки совпадает с направлением тока, а поступательное — указывает на ориентацию индукции.

Магнитные силовые линии всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Они продолжаются внутри магнита и никогда не бывают разомкнутыми.

Правила взаимодействия магнитных полей

Магнитные поля от разных источников складываются друг с другом, образуя результирующее поле.

При этом магниты с разноименными полюсами (N — S) притягиваются друг к другу, а с одноименными (N – N, S — S) — отталкиваются. Силы взаимодействия между полюсами зависят от расстояния между ними. Чем ближе сдвинуты полюса, тем большее усилие возникает.

Основные характеристики магнитного поля

вектор магнитной индукции ( В );

магнитный поток (Ф);

Интенсивность или силу воздействия поля оценивают величиной вектора магнитной индукции . Она определяется значением силы «F», создаваемой проходящим током «I» по проводнику длиной «l». В =F/(I∙l)

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ — Тесла (в знак памяти об ученом физике, который исследовал эти явления и описал их математическими методами). В русской технической литературе она обозначается «Тл», а в международной документации принят символ «Т».

1 Тл — это индукция такого однородного магнитного потока, который воздействует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярно расположенного направлению поля, когда по этому проводнику проходит ток 1 ампер.

Направление вектора В определяется по правилу левой руки.

Если расположить ладонь левой руки в магнитном поле так, чтобы силовые линии из северного полюса входили в ладонь под прямым углом, а четыре пальца расположить по направлению тока в проводнике, то оттопыренный большой палец укажет направление действия силы на этот проводник.

В случае, когда проводник с электрическим током расположен не под прямым углом к магнитным силовым линиям, то сила, воздействующая на него, будет пропорциональна величине протекающего тока и составляющей части проекции длины проводника с током на плоскость, расположенную в перпендикулярном направлении.

Сила, воздействующая на электрический ток, не зависит от материалов, из которых создан проводник и площади его сечения. Даже если этого проводника вообще не будет, а движущиеся заряды станут перемещаться в другой среде между магнитными полюсами, то эта сила никак не изменится.

Если внутри магнитного поля во всех точках вектор В имеет одинаковое направление и величину, то такое поле считают равномерным.

Любая среда, обладающая магнитными свойствами, оказывает влияние на значение вектора индукции В .

Магнитный поток (Ф)

Если рассматривать прохождение магнитной индукции через определенную площадь S, то ограниченная ее пределами индукция будет называться магнитным потоком.

Когда площадь наклонена под каким-то углом α к направлению магнитной индукции, то магнитный поток уменьшается на величину косинуса угла наклона площади. Максимальное же его значение создается при перпендикулярном расположении площади к ее пронизывающей индукции. Ф=В·S

Единицей измерения магнитного потока является 1 вебер, определяемый прохождением индукции в 1 теслу через площадь в 1 метр квадратный.

Этот термин используется для получения суммарной величины магнитного потока, создаваемого от определенного количества проводников с током, расположенных между полюсами магнита.

Для случая, когда один и тот же ток I проходит по обмотке катушки с числом витков n, то полный (сцепленный) магнитный поток от всех витков называют потокосцеплением Ψ.

Ψ=n·Ф . Единицей измерения потокосцепления является 1 вебер.

Как образуется магнитное поле от переменного электрического

Электромагнитное поле, взаимодействующее с электрическими зарядами и телами, обладающими магнитными моментами, представляет собой совокупность двух полей:

Они взаимосвязаны, представляют собой совокупность друг друга и при изменении в течение времени одного происходят определенные отклонения в другом. К примеру, при создании переменного синусоидального электрического поля в трехфазном генераторе одновременно образуется такое же магнитное поле с характеристиками аналогичных чередующихся гармоник.

Магнитные свойства веществ

По отношению к взаимодействию с внешним магнитным полем вещества подразделяют на:

антиферромагнетики с уравновешенными магнитными моментами, благодаря чему создается очень малая степень намагниченности тела;

диамагнетики со свойством намагничивания внутреннего поля против действия внешнего. Когда же внешнее поле отсутствует, то у них магнитные свойства не проявляются;

парамагнетики со свойствами намагничивания внутреннего поля по направлению действия внешнего, которые обладают малой степенью магнетизма;

ферромагнетики , обладающие магнитными свойствами без приложенного внешнего поля при температурах, меньших значения точки Кюри;

ферримагнетики с неуравновешенными по величине и направлению магнитными моментами.

Все эти свойства веществ нашли разнообразное применение в современной технике.

Этим термином называют совокупность различных магнитных материалов, по которым пропускают магнитный поток. Они являются аналогом электрических цепей и описываются соответствующими математическими законами (полного тока, Ома, Кирхгофа и др). Смотрите — Основные законы электротехники.

На основе расчетов магнитных цепей работают все трансформаторы, индуктивности, электрические машины и многие другие устройства.

Например, у работающего электромагнита магнитный поток проходит по магнитопроводу из ферромагнитных сталей и воздуху с выраженными не ферромагнитными свойствами. Совокупность этих элементов и составляет магнитную цепь.

Большинство электрических аппаратов в своей конструкции имеют магнитные цепи. Подробнее про это читайте в этой статье — Магнитные цепи электрических аппаратов

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Основные законы магнетизма

Достаточно давно было замечено, что существуют вещества, предметы из которых определенным образом ориентируются в пространстве. Они также взаимодействуют между собой и взаимодействуют с электрическими токами. Эти вещества называли магнитами.

2.Опыт Эрстеда (1820)

Данный эксперимент показал взаимодействие тока и магнита и установил связь между электрическими и магнитными явлениями.

3.Опыт Ампера (1823)

Ампер показал, что подобным образом взаимодействуют и токи между собой.

Ампер установил, что токи одного направления притягиваются, противоположные – отталкиваются. А сила взаимодействия пропорциональна произведению токов.

4.Понятие о магнитной индукции

Так же, как в электричестве, будем считать, что магнитное взаимодействие осуществляется с помощью магнитного поля. Для характеристики магнитного поля вводят вектор индукции магнитного поля

В электричестве вводилось понятие пробного заряда. В магнетизме вводят понятие элемента тока.

Последнее выражение можно рассматривать, как определение индукции магнитного поля. С другой стороны оно определяет силу действия на элемент тока в магнитном поле. Можно рассчитать силу, действующую на проводник с токами конечной длины.

где интеграл вычисляется по длине проводника. Эту силу называют силой Ампера. Для линейного проводника

Для индукции можно также написать следующее выражение

1 слагаемое – это касательная составляющая магнитной индукции, которая не дает вклада в силу.

2 слагаемое – нормальная составляющая индукции.

Если проводник развернуть определенным образом, то касательная составляющая исчезнет. Данное выражение можно рассматривать, как одно из определений индукции.

Аналогия с электричеством

5.Единицы измерения.

1 Тесла – единица СИ индукции магнитного поля, равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на рамку, имеющую магнитный момент 1 А·м 2 , действует вращающий момент 1 Н·м.

6.Принцип суперпозиции

Как и для электрического поля, для магнитного поля выполняется принцип суперпозиции.

7.Графическое представление магнитного поля

Так же, как и электрическое поле, магнитное поле можно представить с помощью линий, касательная к которым в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции. Их нельзя назвать силовыми линиями, т.к. сила перпендикулярна индукции. Экспериментально картины линий можно получить с помощью мелких частиц магнитного вещества (железных опилок).

Вблизи прямого проводника с током линии индукции являются окружностями.

Внутри соленоида поле однородно.

Эксперименты показывают, что линии магнитной индукции замкнутые, т.е. не имеют начала и конца. В этом их существенное отличие от электростатического поля. Говорят, что магнитное поле имеет вихревой характер. Следовательно, в природе нет магнитных зарядов, нет магнитных токов.

8.Закон Био-Савара-Лапласа

Закон является обобщением экспериментальных факторов и показывает, какую индукцию создает бесконечно тонкий элемент с током.

Это закон Био-Савара-Лапласа в дифференциальной и интегральной формах.

индукция пространственного распределения тока

Если имеется движущийся заряд, то

– индукция магнитного поля, которую создает один движущийся заряд.

Связь между электрическими и магнитными полями:

9.Взаимодействие двух проводников

10.О коэффициенте в законе БСЛ.

Коэффициент в законе зависит от выбора системы единиц.

, где μ – магнитная постоянная, которая равна

11.Напряженность магнитного поля

В магнетизме так же, как в электричестве, вводится дополнительный вектор для характеристики магнитного поля – напряженность.

– в вакууме ( – напряженность).

Очевидно, что в вакууме эти два вектора совпадают с точностью до постоянного коэффициента. В средах это не так.