Единица измерения магнитного поля переменного тока

Магнитное поле

Магнитное поле — это векторное поле вблизи магнита, электрический ток или изменяющееся электрическое поле, в котором наблюдаются магнитные силы. Возникает всякий раз, когда заряд находится в движении. Чем больше заряда приводится в большее движение, тем больше увеличивается сила магнитного поля.

В чем измеряется сила

Поскольку магнитное поле является векторной величиной, для его измерения используется сила (измеряется напряжение при помощи магнитометров и других приборов) и направление (определяется с помощью компаса).

Величина индукции измеряется в Теслах (Тл, Т). В системе сантиметр-грамм-секунда измерение происходит в Гауссах (Гс, G). Напряженность определяется в Амперах на метр (А/м) и в Эрстедах (Э, Oe).

Магнитное поле измеряется в:

Гауссметры используют для измерения, к примеру, поля магнитов и соленоидов. Миллигауссметры требуются для выяснения малых постоянных магнитных полей в узких областях, переменного тока AC.

Для точного и быстрого вычисления постоянных и переменных полей нужен магниторметр. Для измерения индукции требуется тесламетр-веберметр, а чтобы измерить поля Земли, берут такой прибор как миллитесламетр.

Свойства линий магнитной индукции

Магнитные области представлены силовыми линиями, которые движутся от северного полюса магнита, возвращаясь назад к южному полюсу. Каждая линия представляет собой замкнутую непрерывную кривую.

  • они никогда не пересекутся;
  • всегда концентрируются возле полюсов, где сильное магнитное поле;
  • ищут путь наименьшего сопротивления между противоположными магнитными полюсами;
  • представляют собой непрерывные петли;
  • у всех одинаковая сила;
  • их плотность уменьшается (они расходятся), когда они переходят из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью.

Линии — это инструмент, используемый для описания вида магнетизма. Сами по себе они невидимы, потому что не являются материальными объектами. Л инии нигде не начинаются и не останавливаются.

Их плотность уменьшается по мере удаления от полюсов. Например, на полюсах магнита линии смещены друг к другу или более плотные. Дальше, где поле слабое, они разветвляются, становясь менее плотными.

Источники магнитного поля

У магнетизма есть свои основные источники. Земля является самым большим из них. Магнитное поле воздействует на частицы за счет силы Лоренца. Движение электрически заряженных частиц и способствует возникновению магнетизма.

Источники магнитного поля:

  • токоведущие проводники;
  • постоянные магниты;
  • электромагниты.

Все эти материалы провоцируют магнетизм. Например, постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм.

Известен также диамагнетизм, который вызван орбитальным действием электронов, создающих крошечные токовые петли. Диамагнетизм демонстрирует такой компонент, как пиролитический углерод, вещество, похожее на графит и висмут.

Еще одно явление — парамагнетизм — возникает, когда материал временно становится магнитным при очень низких температурах. Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул выстраиваются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, в котором участвуют как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия.

​​ Из чего состоит магнитное поле науке пока неизвестно. Но порождается оно движущимися электронами. Иными словами электрический ток создает поле , которое в свою очередь зависит от ряда факторов (заряда, скорости и ускорения частиц).

Характеристики магнитного поля:

  • заставляет стрелки компаса выстраиваться в линию в определенном направлении (например, магнетизм существует вокруг Земли);
  • вынуждает электрически заряженные частицы двигаться по круговой или винтовой траектории при определенных условиях.

Все состоит из атомов, и у каждого атома есть ядро, состоящее из нейтронов и протонов с электронами, которые вращаются вокруг него. Сила, действующая на электрические токи в проводах в магнитном поле, лежит в основе работы всех электродвигателей. Использование магнетизма при изготовлении телефонов, телевизоров и других электронных приборов осуществляется повсеместно.

Определение постоянного и переменного магнитного поля

Постоянное магнитное поле — область, где значение вектора магнитной индукции в каждой точке не изменяется со временем.

Постоянное магнитное поле представляет собой притяжение железных предметов в течение длительного периода времени. Если взять дощечку и поместить на нее постоянный магнит, он повернется в определенном направлении. Это можно использовать для ориентации в пространстве.

Когда замыкаешь электрическую цепь и по проводнику течет ток, стрелка компаса отклоняется. Таким образом, была доказана взаимосвязь между током и магнитной стрелкой (опыт Эрстеда).

Источником постоянного магнитного поля являются постоянные электрические токи. Формируется поле вокруг неподвижного магнита или неподвижного проводника с постоянным током.

Переменное поле — всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а то в свою очередь связано с ним. Вместе они образуют электромагнитное поле.

Переменное магнитное поле — область, которая получается при движении магнита или проводника с постоянным током относительно наблюдателя.

Соответственно в пространстве, окружающем неподвижный проводник с изменяющимся током, магнитное поле по условиям тоже изменяется.

Источник

Единица измерения магнитного поля переменного тока

Единицы измерения магнитных величин

Благодаря раннему отсутствию стандартизации в науке о магнетизме , мы сталкиваемся не менее чем c тремя системами измерения магнитных величин .

Этих величин в магнетизме несколько больше чем в электричестве. В электричестве мы имели дело с четырьмя основными величинами: напряжением (U), силой тока (I), сопротивлением (R) и мощностью (P). Первые три из них связаны друг с другом Законом Ома (U=IR ; I=U/R ; R=U/I), а четвертая, с предыдущими тремя — Законом Джоуля ( P = IU , P = I 2 R , Р = U 2 / R).

В магнетизме мы будем иметь дело со следующими величинами:

Магнитодвижущая сила (МДС) — физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки. Она аналогична электродвижущей силе (ЭДС) в электрических цепях.

Магнитный поток — общее количество поля или его эффект . Аналогичен току в электрических цепях .

Напряженность магнитного поля — количество магнитодвижущих сил, распределенных по длине электромагнита.

Магнитная индукция — общее количество магнитного потока, сконцентрированного в данной точке пространства.

Магнитное сопротивление — Сопротивление определенного объема пространства или материала . магнитному потоку. Аналогично электрическому сопротивлению.

Магнитная проницаемость — величина, характеризующая реакцию среды (материала) на воздействие внешнего магнитного поля. Обратна удельному сопротивлению материала (большая проницаемость означает более легкое прохождение магнитного потока, в то время как большее удельное сопротивление означает более трудное прохождение электрического тока).

В настоящее время существует, как мы уже говорили, три системы измерения этих величин:

Как вы уже догадались , отношение между магнитодвижущей силой , магнитным потоком и магнитным сопротивлением аналогично отношению между напряжением (U) , током ( I) и сопротивлением (R). Получается нечто похожее на закон Ома для магнитной цепи :

Уравнение для определения магнитного сопротивления материала очень похоже на уравнение для определения сопротивления проводника (учитывая что магнитная проницаемость обратна удельному сопротивлению):

Из этих формул видно, что сопротивление более длинного материала в обоих случаях больше, а сопротивление материала с большей площадью поперечного сечения — меньше (при прочих равных условиях).

Главная загвоздка здесь состоит в том, что сопротивление материала магнитному потоку фактически изменяется при изменении концентрации самого потока. Это делает «Закон Ома» для магнитных цепей нелинейным, и работать с ним намного трудней, чем с электрической версией данного закона.

Источник

Тесла (единица измерения)

тесла
Тл, T
Величина индукция магнитного поля
Система СИ
Тип производная

Те́сла (русское обозначение: Тл; международное обозначение: T) — единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Через основные единицы СИ тесла выражается следующим образом:

Через производные единицы СИ тесла выражается соотношениями:

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы тесла пишется со строчной буквы, а её обозначение «Тл» — с заглавной.

Соотношения с другими единицами измерения магнитной индукции:

  • 1 Тл = 10 000 гаусс (единица СГС)
  • 1 Тл = 1·10 9 гамма (единица, применяемая в геофизике)

Единица названа в честь изобретателя Николы Теслы. В Международную систему единиц (СИ) тесла введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием СИ в целом [1] .

Характерные значения

  • Во внешнем космосемагнитная индукция составляет от 0,1 до 10 нанотесла (от 10 −10 Тл до 10 −8 Тл).
  • Магнитное поле Земли значительно варьируется во времени и пространстве. На широте 50° магнитная индукция в среднем составляет 5·10 −5 Тл, а на экваторе (широта 0°) — 3,1·10 −5 Тл.
  • Сувенирный магнит на холодильнике создает поле около 5 миллитесла.
  • Отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера — от 0,54 до 8,3 Тл.
  • Стандартное значение напряжённости магнитного поля, создаваемого высокопольным магнитно-резонансным томографом, — 1,5 Тл.
  • В солнечных пятнах — 10 Тл.
  • В белых карликах — 100 Тл.
  • Рекордное значение постоянного магнитного поля, достигнутое людьми без разрушения установки — 1200 Тл [2]
  • Рекордное значение импульсного магнитного поля, когда-либо наблюдавшегося в лаборатории — 2,8·10 3 Тл [3]
  • Магнитные поля в атомах — от 1 до 10 килотесла (10 3 — 10 4 Тл).
  • На нейтронных звёздах — от 1 до 100 мегатесла (10 6 Тл — 10 8 Тл).
  • На магнетарах — от 0,1 до 100 гигатесла (10 8 — 10 11 Тл).

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Источник

Магнитное поле и его характеристики

Подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так и в пространстве окружающем токи, возникает особого вида поле, называемое магнитным полем.

Магнитное поле проявляется по силам, действующим на проводники с током, на движущиеся заряды или постоянные магниты.

Неподвижные электрические заряды не создают магнитное поле и постоянное магнитное поле не действует на неподвижные электрические заряды.

Опыт показывает, что неподвижный заряд и магнитная стрелка не влияют друг на друга.

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле, действующее на магнитную стрелку, которая стремится занять положение поперек проводника при взгляде сверху.

Опыт Эрстеда (1820 г.), показывающий действие магнитного поля проводника с током на магнитную стрелку.

Характеристики магнитного поля

I. Вектор магнитной индукции (В) – со впадает по направлению с силой, действующей на северный полюс магнитной стрелки.

II. Линии магнитной индукции – кривые, в каждой точке которых, вектор магнитной индукции В направлен по касательной.

Свойства линий магнитной индукции

1. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники стоком.

2. Вблизи проводника линии магнитной индукции лежат в плоскости перпендикулярной проводнику с током.

3. Направление линий магнитной индукции определяется по правилу буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки укажет направление линий магнитной индукции.

Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

Правило буравчика обратимо и для круговых токов его удобно применять в следующей формулировке: если вращать рукоятку буравчика по направлению кругового тока, то поступательное движение острия буравчика укажет направление линий магнитной индукции.

Линии магнитной индукции полей постоянного магнита, прямого тока, кругового тока и катушки с током.

Обратите внимание на аналогию магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми . Картину магнитной индукции можно наблюдать с помощью мелких железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и, подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируются вдоль линий индукции.

III. Вектор напряженности магнитного поля H.

Согласно предположению французского физика А. Ампера, в любом теле существуют микроскопические (молекулярные) токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Эти токи создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в магнитных полях макроскопических токов (токов, текущих в проводниках). Так, если вблизи какого-то тела (среды) поместить проводник с током, то под действием его магнитного поля микротоки в атомах тела определенным образом ориентируются, создавая тем самым дополнительное магнитное поле. Поэтому вектор магнитной индукции B характеризует результирующее магнитное поле , создаваемое всеми макро- и микротоками, т.е. при одном и том же токе I и прочих равных условиях вектор B в различных средах будет иметь разные значения.

Магнитное поле, создаваемое макротоками, характеризуется вектором напряженности H . Для однородной изотропной среды связь между векторами индукции B и напряженности H магнитного поля определяется выражением

магнитная постоянная, μ — магнитная проницаемость среды (безразмерная величина), показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков данной среды.

Единица напряженности магнитного поля: 1 А/м — напряженность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна 4π·10-7 Тл.

Источник

Основные характеристики магнитного поля

Магнитное поле представляет собой особую форму материи которая проявляется через механическое взаимодействие токов и через возникновение ЭДС в проводниках движущихся в этом поле. Оно обнаруживается вокруг движущихся электрических зарядов, следовательно и вокруг проводника с током.

Графическое изображение магнитного поля

Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой точке поля совпадало с направлением сил поля; магнитные силовые линии всегда являются непрерывными и замкнутыми.

Для того что бы определить направление магнитного поля можно воспользоваться магнитной стрелкой, или правилом буравчика.

Правило буравчика

Основные характеристики магнитного поля

Магнитная индукция B — это векторная величина определяющая силу действующую на заряженную частицу со стороны магнитного поля. Измеряется в теслах Тл.

B = Ф/S

магнитная постоянная.

µ относительная магнитная проницаемость — табличная величина (для вакуума = 1)

Магнитный поток Ф — скалярная физическая величина числено равная произведению магнитной индукции на площадь поверхности ограниченной замкнутым контуром. Измеряется в веберах Вб.

Магнитный поток через контур максимален,если плоскость контура перпендикулярна магнитному полю.

Тогда магнитный поток рассчитывается по формуле:

Φmax = B · S

Магнитный поток через контур равен нулю,если контур располагается параллельно магнитному полю.

Напряженность H – это векторная величина независящая от магнитных свойств среды. Измеряется в ампер на метр А/М.

Магнитная проницаемость. Магнитная индукция зависит не только от силы тока, проходящего по проводнику или катушке, но и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, служит магнитная проницаемость.

Источник

Единицы измерения магнитных величин.

Система единиц (СИ) определяет единицы магнитных величин на осно­вании законов электромагнетизма через соответствующие электрические и ме­ханические единицы.

Максимальная напряженность имеет место на внешней поверхности проводника. Внутри проводника также возникает магнитное поле, но напря­женность его уменьшается по направлению от внешней поверхности к его оси. Напряженность магнитного поля Н измеряется в амперах на метр (А/м).

1 А/м -это .напряженность магнитного поля, возбуждаемого током 12,566 А прямого, бесконечно длинного проводника на расстоянии 2 м от его оси. Размерность единицы (А/м) и определение ее даны на основании закона полного тока.

Магнитный поток Ф измеряется в веберах (Вб). 1 Вб равен такой маг­нитный поток, при убывании которого до нуля за 1 с в контуре, сцепленном с этим магнитным потоком, возникает ЭДС индукции, равная 1 В: Вб = В • с.

Магнитная индукция В измеряется в теслах (Тл). 1 Тл — это индукция такого равномерного магнитного поля, в котором магнитный поток через пло­щадь в 1 м 2 , перпендикулярную направлению магнитного поля, равен одному 1Вб:Тл = Вб/м 2 .

Абсолютная магнитная проницаемость и магнитная постоянная измеряются в . Так как следовательно, единица абсолютной магнитной проницаемости должна измеряться в

Индуктивность измеряется в генри (Гн). Индуктивностью в1Гн обладает
такой контур, в котором ток, силой 1 А создает сцепленный с контуром магнитный поток в 1 Вб. Так как Гн = , то единица будет Гн/м.

Наряду с системами СИ допускается применение магнитных единиц не-рационализированной электромагнитной системы СГС, основными единицами которой являются сантиметр, грамм, секунда. Формулы электромагнетизма в этой системе нерационализированные; они содержат коэффициент .

В этой системе напряженность Н измеряется в эрстедах (Э):

Магнитный поток Ф измеряется в максвеллах (Мкс). 1 Вб = 10 8 Мкс.

Магнитная индукция В измеряется в гауссах (Гс). 1 Тл = 10 4 Гс,

Индуктивность измеряется в сантиметрах (см). 1 Гн = 10 9 см.

Закон полного тока определяет зависимость напряженности магнитного поля от токов, его возбуждающих. В простейшем случае напряженность Н маг­нитного поля прямолинейного длинного провода на расстоянии х от его оси составит:

Здесь представляет собой длину окружности, описанной вокруг провода радиусом х. Во всех точках этой окружности вследствие симметрии системы напряженность магнитного поля одинакова, а сама окружность совпа­дает с магнитной линией, описанной вокруг проводника

Устройство магнитной системы и принцип ее расчета

Магнитный поток в ЭМ возникает из-за наличия тока в обмотках: в ма­шинах постоянного тока и синхронных по обмоткам возбуждения проходит по­стоянный ток, по обмоткам якоря — переменный; в асинхронных машинах и трансформаторах по всем обмоткам проходит переменный ток.

На (рис. ) показана в схематическом виде часть четырехполюсной ма­шины постоянного тока и изображена картина магнитного потока, создаваемо­го основными полюсами (добавочные полюсы не показаны, чтобы не загромо­ждать чертеж). Ввиду полной симметрии машины поток, создаваемый каждым из полюсов, делится относительно продольной осевой линии полюса на две части, образующие два одинаковых магнитных контура, расположенных сим­метрично по обе стороны от осевой линии данного полюса. Число таких конту­ров равно числу полюсов 2р машины, но при расчете намагничивающей силы достаточно иметь в виду только какой-нибудь один из них.

Для улучшения магнитной связи между обмотками и увеличения магнит­ного потока магнитная система машин выполняется из ферромагнитных мате­риалов, обладающих хорошей магнитной проводимостью. В большинстве слу­чаев применяется электротехническая сталь, легированная кремнием (1 —5,0 %) а другими присадками, уменьшающими потери в переменном магнитном поле.

Основной поток Фо составляет только часть магнитного поля, создавае­мого полюсом. Другая часть магнитного поля, называемая потоком рассеяния Фа, ответвляется в пространство между полюсами и, следовательно, не прохо­дит в якорь и не участвует в создании ЭДС (рис. 3).

Цель расчета магнитной системы — установление связи между магнитным потоком Фо и токами в обмотках ЭМ.

Весь путь магнитного потока в электрической машине постоянного тока состоит из пяти участков (см. рис. 3): воздушного зазора длиной 25,, зубцово-го слоя длиной 2hz, сердечника якоря длиной La , сердечника полюсов длиной 2hn, станины длиной £с.

Так как магнитный поток в поперечном разрезе машины распределяется симметрично относительно продольных осей полюсов, то расчет магнитной це­пи производят для 1/2р части машины (см. рис. 3).

По закону магнитной цепи:

(8)

где — магнитное сопротивление цепи

Здесь Lk длина участка магнитной цепи, Sk площадь сечения участка магнитной цепи, µк — магнитная проницаемость участка магнитной цепи.

Отсюда, намагничивающая сила (н. с.) обмотки возбуждения

(9)

где: — намагничивающая сила вдоль магнитной цепи;

— магнитный поток элементарной трубки;

— элемент длинны трубки;

— магнитная проницаемость тел и сред, образующих данный участок цепи;

— сечение элементарной трубки.

При расчете основной н. с. машины Fo мы делим магнитную цепь машины на участки с таким расчетом, чтобы в пределах каждого из этих участков можно было считать, что магнитный поток трубки, проницаемость и сечение ее остаются постоянными по всей длине трубки. В этих условиях мы рассматриваем магнитный поток каждого участка как состоящий из некоторого числа одинаковых элементарных трубок, имеющих длину l каждая, и равномерно распределенных по площади поперечного сечения S данного участка. Характерные для каждого участка магнитной цепи величины приводятся в табл.1.

Следует учесть, что длина элементарных трубок (магнитных линий) на участках в ярме и в спинке якоря неодинакова, поэтому расчет н. с. этих участ­ков ведут по длине средней магнитной линии (см. рис.).

Тогда основная н. с. машины, рассчитанная на пару полюсов, может быть записана в виде:

(10)

Так как согласно условию, магнитный поток распределяется по сечению каждого участка равномерно, то

(11)

В этих условиях уравнение (1) переписывается в следующем виде:

(12)

Уравнение (12) показывает, что для определения н. с. XFo нужно для каждого из пяти участков найти соответствующую ему напряженность магнит­ного поля Нг и умножить ее на длину пути потока на этом участке. Так как , то напряженность магнитного поля данного участка зависит от величины магнитной индукции и магнитной проницаемости материала участка. Если магнитный поток и геометрические размеры всех участков заданы, то тем самым определяется магнитная индукция участка по формуле (2.12). Магнитная проницаемость участка зависит от магнитных свойств материала этого участка. Дпя немагнитных материалов, в частности, для воздушного зазора, имеем: µ0 = 10 -7 Гн/м в рационализированных системах МКСА и СИ; µ0 = 4π в рационализированной системе СГС. На практике при расчетах магнитных цепей электрических машин пользуются смешанной системой, в основу которой по­ложена система СГСМ с переводом единиц напряжения, тока, мощности и т. д. в практические единицы — вольт, ампер, ватт и т. д. В этом случае ц0 = 4π 10 -1 .

Зная индукцию для данного материала, можно определить напряженность магнитного поля Н и построить кривую намагничивания В = f(H) этого материала.

Дата добавления: 2018-05-02 ; просмотров: 1672 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Тесла (единица измерения)

тесла
Тл, T
Величина индукция магнитного поля
Система СИ
Тип производная

Те́сла (русское обозначение: Тл; международное обозначение: T) — единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Через основные единицы СИ тесла выражается следующим образом:

Через производные единицы СИ тесла выражается соотношениями:

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы тесла пишется со строчной буквы, а её обозначение «Тл» — с заглавной.

Соотношения с другими единицами измерения магнитной индукции:

  • 1 Тл = 10 000 гаусс (единица СГС)
  • 1 Тл = 1·10 9 гамма (единица, применяемая в геофизике)

Единица названа в честь изобретателя Николы Теслы. В Международную систему единиц (СИ) тесла введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием СИ в целом [1] .

Характерные значения

  • Во внешнем космосемагнитная индукция составляет от 0,1 до 10 нанотесла (от 10 −10 Тл до 10 −8 Тл).
  • Магнитное поле Земли значительно варьируется во времени и пространстве. На широте 50° магнитная индукция в среднем составляет 5·10 −5 Тл, а на экваторе (широта 0°) — 3,1·10 −5 Тл.
  • Сувенирный магнит на холодильнике создает поле около 5 миллитесла.
  • Отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера — от 0,54 до 8,3 Тл.
  • Стандартное значение напряжённости магнитного поля, создаваемого высокопольным магнитно-резонансным томографом, — 1,5 Тл.
  • В солнечных пятнах — 10 Тл.
  • В белых карликах — 100 Тл.
  • Рекордное значение постоянного магнитного поля, достигнутое людьми без разрушения установки — 1200 Тл [2]
  • Рекордное значение импульсного магнитного поля, когда-либо наблюдавшегося в лаборатории — 2,8·10 3 Тл [3]
  • Магнитные поля в атомах — от 1 до 10 килотесла (10 3 — 10 4 Тл).
  • На нейтронных звёздах — от 1 до 100 мегатесла (10 6 Тл — 10 8 Тл).
  • На магнетарах — от 0,1 до 100 гигатесла (10 8 — 10 11 Тл).

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Источник

Магнитное поле

Магнитное поле — это векторное поле вблизи магнита, электрический ток или изменяющееся электрическое поле, в котором наблюдаются магнитные силы. Возникает всякий раз, когда заряд находится в движении. Чем больше заряда приводится в большее движение, тем больше увеличивается сила магнитного поля.

В чем измеряется сила

Поскольку магнитное поле является векторной величиной, для его измерения используется сила (измеряется напряжение при помощи магнитометров и других приборов) и направление (определяется с помощью компаса).

Величина индукции измеряется в Теслах (Тл, Т). В системе сантиметр-грамм-секунда измерение происходит в Гауссах (Гс, G). Напряженность определяется в Амперах на метр (А/м) и в Эрстедах (Э, Oe).

Магнитное поле измеряется в:

Гауссметры используют для измерения, к примеру, поля магнитов и соленоидов. Миллигауссметры требуются для выяснения малых постоянных магнитных полей в узких областях, переменного тока AC.

Для точного и быстрого вычисления постоянных и переменных полей нужен магниторметр. Для измерения индукции требуется тесламетр-веберметр, а чтобы измерить поля Земли, берут такой прибор как миллитесламетр.

Свойства линий магнитной индукции

Магнитные области представлены силовыми линиями, которые движутся от северного полюса магнита, возвращаясь назад к южному полюсу. Каждая линия представляет собой замкнутую непрерывную кривую.

  • они никогда не пересекутся;
  • всегда концентрируются возле полюсов, где сильное магнитное поле;
  • ищут путь наименьшего сопротивления между противоположными магнитными полюсами;
  • представляют собой непрерывные петли;
  • у всех одинаковая сила;
  • их плотность уменьшается (они расходятся), когда они переходят из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью.

Линии — это инструмент, используемый для описания вида магнетизма. Сами по себе они невидимы, потому что не являются материальными объектами. Л инии нигде не начинаются и не останавливаются.

Их плотность уменьшается по мере удаления от полюсов. Например, на полюсах магнита линии смещены друг к другу или более плотные. Дальше, где поле слабое, они разветвляются, становясь менее плотными.

Источники магнитного поля

У магнетизма есть свои основные источники. Земля является самым большим из них. Магнитное поле воздействует на частицы за счет силы Лоренца. Движение электрически заряженных частиц и способствует возникновению магнетизма.

Источники магнитного поля:

  • токоведущие проводники;
  • постоянные магниты;
  • электромагниты.

Все эти материалы провоцируют магнетизм. Например, постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм.

Известен также диамагнетизм, который вызван орбитальным действием электронов, создающих крошечные токовые петли. Диамагнетизм демонстрирует такой компонент, как пиролитический углерод, вещество, похожее на графит и висмут.

Еще одно явление — парамагнетизм — возникает, когда материал временно становится магнитным при очень низких температурах. Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул выстраиваются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, в котором участвуют как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия.

​​ Из чего состоит магнитное поле науке пока неизвестно. Но порождается оно движущимися электронами. Иными словами электрический ток создает поле , которое в свою очередь зависит от ряда факторов (заряда, скорости и ускорения частиц).

Характеристики магнитного поля:

  • заставляет стрелки компаса выстраиваться в линию в определенном направлении (например, магнетизм существует вокруг Земли);
  • вынуждает электрически заряженные частицы двигаться по круговой или винтовой траектории при определенных условиях.

Все состоит из атомов, и у каждого атома есть ядро, состоящее из нейтронов и протонов с электронами, которые вращаются вокруг него. Сила, действующая на электрические токи в проводах в магнитном поле, лежит в основе работы всех электродвигателей. Использование магнетизма при изготовлении телефонов, телевизоров и других электронных приборов осуществляется повсеместно.

Определение постоянного и переменного магнитного поля

Постоянное магнитное поле — область, где значение вектора магнитной индукции в каждой точке не изменяется со временем.

Постоянное магнитное поле представляет собой притяжение железных предметов в течение длительного периода времени. Если взять дощечку и поместить на нее постоянный магнит, он повернется в определенном направлении. Это можно использовать для ориентации в пространстве.

Когда замыкаешь электрическую цепь и по проводнику течет ток, стрелка компаса отклоняется. Таким образом, была доказана взаимосвязь между током и магнитной стрелкой (опыт Эрстеда).

Источником постоянного магнитного поля являются постоянные электрические токи. Формируется поле вокруг неподвижного магнита или неподвижного проводника с постоянным током.

Переменное поле — всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а то в свою очередь связано с ним. Вместе они образуют электромагнитное поле.

Переменное магнитное поле — область, которая получается при движении магнита или проводника с постоянным током относительно наблюдателя.

Соответственно в пространстве, окружающем неподвижный проводник с изменяющимся током, магнитное поле по условиям тоже изменяется.

Источник

Единица измерения магнитного тока

отдельные вещества: ферримагнетики (металлы — преимущественно чугуны, железо и сплавы из них) и их класс ферритов вне зависимости от состояния;

движущиеся заряды электричества.

Физические тела, обладающие суммарным магнитным моментом электронов или других частиц, называют постоянными магнитами . Их взаимодействие представлено на картинке силовыми магнитными линиями .

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

Закон Ампера используют для установления единицы силы тока. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии один метр один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия в 2 10 -7 Н/м:

где

Определим размерность и значение магнитной постоянной ц в СИ:

, следовательно или

Единица измерения р генри на метр [Гн/м].

Из закона Био — Савара — Лапласа для прямолинейного проводника с током можно найти размерность индукции магнитного поля:

Тесла [Тл] — единица измерения магнитной индукции в СИ. 1 Тл равна магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором на плоский контур с током, имеющим магнитный момент 1 А-м 2 , действует вращающий момент 1 Н • м.

Другое определение: 1 Тл равна магнитной индукции, при которой магнитный поток сквозь площадку 1 м 2 , перпендикулярную направлению поля, равен 1 Вб: 1 Тл = 1 Вб/м 2 .

Единица измерения магнитного потока вебер получила свое название в честь немецкого физика Вильгельма Вебера (1804—1891) — профессора университетов в городах Галле, Геттингене, Лейпциге.

Магнитный поток Ф через поверхность S — одна из важных характеристик магнитного поля (рис. 2.2.4):

Единица измерения магнитного потока в СИ:

Ампер на метр [А • м -1 ] — единица измерения напряженности магнитного поля Н.

В электромагнитных устройствах автоматики, вычислительной и изммертельной техники воздействие на магнитный элемент производится либо магнитным полем тока, проходящего по проводнику или в обмотке, либо непосредственно магнитным полем (например, в феррозондах). Это магнитное поле является внешним по отношению к маг нитному сердечнику – основе электромагнитных элементов.

Внешнее магнитное поле линейного проводника с током I харак теризуется напряженностью магнитного поля (А/м):

где r – расстояние от проводника до точки, в которой определяется напряженность.

Если ток проходит по обмотке с числом витков w,то он создает намагничивающую силу (н. с.) или магнитодвижущую силу (м. д. с.) (А):

Если эта обмотка равномерно намотана на ферромагнитный сердечник с одинаковым сечением S по всей его длине l (например, на кольцевой сердечник), то напряженность магнитного поля в сердечнике (А/м):

Под действием н. с. в сердечниках магнитных элементов созда ется магнитный поток Ф. Если магнитный поток Ф проходит по сердечнику с обмоткой, имеющей w витков, то потокосцепление обмотки (Вб):

Наряду с напряженностью магнитное поле характеризуется магнитной индукцией В (Тл), определяемой для равномерного поля, выражением:

где S – площадь, через которую проходит магнитный поток. Индуктивность (Гн):

В физике магнетизма часто используют систему СГСМ, в таблице. 2.1 приведены соотношения между единицами систем СИ и СГСМ.

Таблица 2.1 Соотношения между единицами систем СИ и СГСМ

Наименование величины Название единицы Сокращенное обозначение Связь с единицей
Магнитный поток вебер Вб(В×с) 1 Вб = 10 8 Мкс (максвелл)
Магнитная индукция тесла Тл (Вб/м 2 ) 1 Тл = 10 4 Гс (гаусс)
Намагничивающая сила (магнитодвижущая сила) ампер (ампер-виток) ампер на метр А 1 А = 4p×10 -1 Гб (гильберт)
Напряженность магнитного поля (ампер-виток на метр А/м 1 А/м = 4p×10 -3 Э (эрстед)
Индуктивность генри Гн (Вб/А) 1 Гн = 10 9 см

Магнитная постоянная m (магнитная проницаемость вакуума) представляет собой отношение магнитной индукции к напряженности магнитного поля в вакууме:

и является физической константой, численно равной

m = 4p×10 -7 Вб/м 2 ×м/А или Гн/м.

Напряженность внешнего магнитного поля не зависит от свойств среды (от свойств вещества), где создается магнитный поток. Магнитная же индукция определяется как напряженностью, так и свойствами среды (вещества), характеризующимися относительной магнитной проницаемостью m (или просто магнитной проницаемостью), которая показывает, во сколько раз проницаемость вещества больше или меньше проницаемости вакуума.

Магнитная индукция в среде (веществе):

где mm0 = mа – абсолютная магнитная проницаемость вещества.

По магнитным свойствам все вещества подразделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.

Чтобы понять магнитные свойства различных веществ, характерезуемые значением m, и, в частности, материалов, которые применяют для изготовления сердечников электромагнитных элементов разных типов, необходимо знать строение атомов и кристаллов твердых тел.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8588 – | 7405 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector