За да се разбере какво е характеристика на магнитното поле, трябва да се дефинират много явления. В същото време трябва да запомните предварително как и защо се появява. Разберете каква е мощностната характеристика на магнитното поле. Също така е важно, че такова поле може да се появи не само в магнитите. В тази връзка не пречи да споменем характеристиките на земното магнитно поле.
Поява на полето
Първо, трябва да опишем външния вид на полето. След това можете да опишете магнитното поле и неговите характеристики. Появява се по време на движението на заредени частици. Може да повлияе на движещи се електрически заряди, особено върху проводими проводници. Взаимодействието между магнитно поле и движещи се заряди или проводници, през които протича ток, възниква поради силите, наречени електромагнитни.
Интензитет или мощностна характеристика на магнитното поле вопределена пространствена точка се определят с помощта на магнитна индукция. Последното се обозначава със символа B.
Графично представяне на полето
Магнитното поле и неговите характеристики могат да бъдат представени графично с помощта на индукционни линии. Това определение се нарича линии, допирателните към които във всяка точка ще съвпадат с посоката на вектора y на магнитната индукция.
Тези линии са включени в характеристиките на магнитното поле и се използват за определяне на неговата посока и интензитет. Колкото по-висок е интензитетът на магнитното поле, толкова повече линии с данни ще бъдат начертани.
Какво са магнитни линии
Магнитните линии в прави проводници с ток имат формата на концентричен кръг, чийто център е разположен върху оста на този проводник. Посоката на магнитните линии в близост до проводници с ток се определя от правилото на гиллета, което звучи така: ако джобът е разположен така, че ще бъде завинтен в проводника по посока на тока, тогава посоката на въртене на дръжката съответства на посоката на магнитните линии.
За намотка с ток, посоката на магнитното поле също ще бъде определена от правилото на гиллета. Също така е необходимо да завъртите дръжката по посока на тока в завоите на соленоида. Посоката на линиите на магнитна индукция ще съответства на посоката на транслационното движение на джилета.
Определението за еднородност и нехомогенност е основната характеристика на магнитното поле.
Създава се от едно текущо, при равни условия, полетоще се различава по своя интензитет в различни среди поради различни магнитни свойства в тези вещества. Магнитните свойства на средата се характеризират с абсолютна магнитна проницаемост. Измерено в хенри на метър (g/m).
Характеристиката на магнитното поле включва абсолютната магнитна проницаемост на вакуума, наречена магнитна константа. Стойността, която определя колко пъти абсолютната магнитна проницаемост на средата ще се различава от константата, се нарича относителна магнитна проницаемост.
Магнитна пропускливост на вещества
Това е безразмерно количество. Веществата със стойност на пропускливост по-малка от единица се наричат диамагнитни. В тези вещества полето ще бъде по-слабо, отколкото във вакуум. Тези свойства присъстват във водород, вода, кварц, сребро и др.
Медии с магнитна проницаемост, по-голяма от единица, се наричат парамагнитни. В тези вещества полето ще бъде по-силно, отколкото във вакуум. Тези среди и вещества включват въздух, алуминий, кислород, платина.
В случай на парамагнитни и диамагнитни вещества, стойността на магнитната проницаемост няма да зависи от напрежението на външното, намагнетизиращо поле. Това означава, че стойността е постоянна за определено вещество.
Феромагнитите принадлежат към специална група. За тези вещества магнитната пропускливост ще достигне няколко хиляди или повече. Тези вещества, които имат свойството да се намагнитват и да усилват магнитното поле, се използват широко в електротехниката.
Сила на полето
За определяне на характеристиките на магнитното поле, заедно с вектора на магнитната индукция, може да се използва стойност, наречена сила на магнитното поле. Този термин е векторна величина, която определя интензитета на външното магнитно поле. Посоката на магнитното поле в среда със същите свойства във всички посоки, векторът на интензитета ще съвпада с вектора на магнитната индукция в точката на полето.
Силните магнитни свойства на феромагнитите се обясняват с наличието на произволно намагнетизирани малки части в тях, които могат да бъдат представени като малки магнити.
Без магнитно поле феромагнитното вещество може да няма изразени магнитни свойства, тъй като полетата на домейна придобиват различни ориентации и общото им магнитно поле е нула.
Според основните характеристики на магнитното поле, ако феромагнит се постави във външно магнитно поле, например в намотка с ток, тогава под въздействието на външното поле домейните ще се превърнат в посока на външното поле. Освен това магнитното поле в намотката ще се увеличи и магнитната индукция ще се увеличи. Ако външното поле е достатъчно слабо, тогава само част от всички домейни, чиито магнитни полета се доближават до посоката на външното поле, ще се преобърнат. С увеличаване на силата на външното поле броят на завъртените домейни ще се увеличава и при определена стойност на напрежението на външното поле почти всички части ще се завъртят така, че магнитните полета да са разположени по посока на външното поле. Това състояние се нарича магнитно насищане.
Връзка между магнитна индукция и интензитет
Връзката между магнитната индукция на феромагнитно вещество и силата на външно поле може да бъде изобразена с помощта на графика, наречена крива на намагнитване. При завоя на графиката на кривата скоростта на нарастване на магнитната индукция намалява. След завой, където напрежението достига определено ниво, настъпва насищане и кривата се издига леко, като постепенно придобива формата на права линия. В този раздел индукцията все още нараства, но доста бавно и само поради увеличаване на силата на външното поле.
Графичната зависимост на данните на индикатора не е пряка, което означава, че тяхното съотношение не е постоянно, а магнитната пропускливост на материала не е постоянен индикатор, а зависи от външното поле.
Промени в магнитните свойства на материалите
При увеличаване на тока до пълно насищане в намотка с феромагнитна сърцевина и след това намаляване, кривата на намагнитване няма да съвпада с кривата на размагнитване. При нулев интензитет магнитната индукция няма да има същата стойност, но ще придобие някакъв индикатор, наречен остатъчна магнитна индукция. Ситуацията с изоставането на магнитната индукция от силата на намагнитване се нарича хистерезис.
За да се демагнетизира напълно феромагнитната сърцевина в бобината, е необходимо да се даде обратен ток, който ще създаде необходимото напрежение. За различни феромагнитнивещества, е необходим сегмент с различна дължина. Колкото по-голям е той, толкова повече енергия е необходима за размагнитване. Стойността, при която материалът е напълно размагнитизиран, се нарича коерцитивна сила.
При по-нататъшно увеличаване на тока в намотката, индукцията отново ще се увеличи до индекса на насищане, но с различна посока на магнитните линии. При размагнитване в обратна посока ще се получи остатъчна индукция. Феноменът остатъчен магнетизъм се използва за създаване на постоянни магнити от вещества с висок остатъчен магнетизъм. Материали с възможност за повторно намагнитване се използват за създаване на ядра за електрически машини и устройства.
Правило за лява ръка
Силата, която въздейства върху проводник с ток, има посока, определена от правилото на лявата ръка: когато дланта на девствената ръка е разположена по такъв начин, че магнитните линии влизат в нея и четири пръста са изпънати в посоката на тока в проводника, огънатият палец показва посоката на силата. Тази сила е перпендикулярна на индукционния вектор и тока.
Проводник с ток, движещ се в магнитно поле, се счита за прототип на електродвигател, който променя електрическата енергия в механична.
Правило на дясната ръка
По време на движението на проводника в магнитно поле, вътре в него се индуцира електродвижеща сила, която има стойност, пропорционална на магнитната индукция, дължината на участващия проводник и скоростта на неговото движение. Тази зависимост се нарича електромагнитна индукция. Вза определяне на посоката на индуцираната ЕМП в проводника се използва правилото на дясната ръка: когато дясната ръка е разположена по същия начин, както в примера отляво, магнитните линии влизат в дланта, а палецът показва посоката на движение на проводника, разперените пръсти показват посоката на индуцираната ЕМП. Проводник, движещ се в магнитен поток под въздействието на външна механична сила, е най-простият пример за електрически генератор, в който механичната енергия се преобразува в електрическа енергия.
Законът за електромагнитната индукция може да бъде формулиран по различен начин: в затворена верига се индуцира ЕМП, с всяка промяна в магнитния поток, покрит от тази верига, EFE във веригата е числено равен на скоростта на промяна от магнитния поток, който покрива тази верига.
Този формуляр предоставя среден индикатор за ЕМП и показва зависимостта на ЕМП не от магнитния поток, а от скоростта на неговото изменение.
Законът на Ленц
Трябва да запомните и закона на Ленц: токът, предизвикан от промяна в магнитното поле, преминаващ през веригата, неговото магнитно поле предотвратява тази промяна. Ако завоите на намотката са пронизани от магнитни потоци с различна величина, тогава ЕМП, индуцирана върху цялата намотка, е равна на сумата от ЕМП в различни завои. Сумата от магнитните потоци на различните завои на намотката се нарича връзка на потоците. Единицата за измерване на това количество, както и на магнитния поток, е weber.
Когато електрическият ток във веригата се промени, магнитният поток, създаден от него, също се променя. В същото време, според закона за електромагнитната индукция, вътрепроводник, се индуцира ЕМП. Появява се във връзка с промяна на тока в проводника, следователно това явление се нарича самоиндукция, а ЕМП, индуцирано в проводника, се нарича ЕМП на самоиндукция.
Връзката на потока и магнитният поток зависят не само от силата на тока, но също и от размера и формата на даден проводник и магнитната пропускливост на заобикалящото вещество.
Индуктивност на проводника
Коефициентът на пропорционалност се нарича индуктивност на проводника. Отнася се до способността на проводника да създава връзка на потока, когато електричеството преминава през него. Това е един от основните параметри на електрическите вериги. За определени вериги индуктивността е константа. Това ще зависи от размера на контура, неговата конфигурация и магнитната пропускливост на средата. В този случай силата на тока във веригата и магнитният поток няма да имат значение.
Горните дефиниции и явления дават обяснение на това какво е магнитно поле. Дадени са и основните характеристики на магнитното поле, с помощта на които е възможно да се дефинира това явление.
