Что такое напряженность магнитного поля

Магнитное поле в веществе. Часть 1

что такое напряженность магнитного поля

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции, однако приведённые расчётные формулы соответствуют магнитному полю в вакууме. Что в практической деятельности встречается довольно редко.

Когда проводники с током находятся в какой–либо среде, даже в воздухе, магнитное поле, которое они создают, претерпевает некоторые, а иногда и существенные изменения. Какие изменения происходят с магнитным полем, и от чего это зависит, я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Как связана индукция и напряженность магнитного поля?

Магнетиком называется вещество, которое под действием магнитного поля способно намагничиваться (или как говорят физики приобретать магнитный момент). Магнетиками являются практически все вещества.

Намагничивание веществ объясняется тем, что в веществах присутствуют свои собственные микроскопические магнитные поля, которые создаются вращением электронов по своим орбитам.

Когда внешнее магнитное поле отсутствует, то микроскопические поля расположены произвольным образом, а под воздействием внешнего магнитного поля соответствующим образом ориентируются.

Для характеристики намагничивания различных веществ используют так называемый вектор намагничивания J.

Таким образом, под действием внешнего магнитного поля с магнитной индукцией В0, магнетик намагничивается и создает свое магнитное поле с магнитной индукцией В’. В итоге общая индукция В будет состоять из двух слагаемых

Тут возникает проблема вычисления магнитной индукции намагниченного вещества В’, для решения которой необходимо считать электронные микротоки всего вещества, что практически нереально.

Альтернативой данного решения есть ввод вспомогательных параметров, а именно напряженность магнитного поля Н и магнитная восприимчивость χ. Напряженность связывает магнитную индукцию В и намагничивание вещества J следующим выражением

где В – магнитная индукция,

μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м.

В то же время вектор намагничивания J связан с напряженность магнитного поля В параметром, характеризующим магнитные свойства вещества и называемым магнитной восприимчивостью χ

где J – вектор намагничивания вещества,

μr – относительная магнитная проницаемость вещества.

Однако наиболее часто для характеристики магнитных свойств веществ используют относительную магнитную проницаемость μr.

Таким образом, связь между напряженностью и магнитной индукцией будет иметь следующий вид

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м,

μr – относительная магнитная проницаемость вещества.

Так как намагничивание вакуума равна нулю (J = 0), то напряженность магнитного поля в вакууме будет равна

Отсюда можно вывести выражения напряженности для магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током:

где I – ток протекающий по проводнику,

b – расстояние от центра провода до точки, в которой считается напряженность магнитного поля.

Как видно из данного выражения единицей измерения напряженности является ампер на метр (А/м) или эрстед (Э)

Таким образом, магнитная индукция В и напряженность Н являются основными характеристиками магнитного поля, а магнитная проницаемость μr – магнитной характеристикой вещества.

Намагничивание ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, то есть способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля, все вещества делятся на несколько классов. Которые характеризуются разной величиной относительной магнитной проницаемости μr и магнитной восприимчивости χ.

Большинство веществ являются диамагнетиками (χ = -10-8 -10-7 и μr < 1) и парамагнетиками (χ = 10-7 10-6 и   μr > 1), несколько реже встречаются ферромагнетики (χ = 103 105 и   μr >> 1).

Кроме данных классов магнетиков существует ещё несколько классов магнетиков: антиферромагнетики, ферримагнетики и другие, однако их свойства проявляются только при определённых условиях.

Особый интерес в радиоэлектронике ферромагнитные вещества. Основным отличием данного класса веществ является нелинейная зависимость намагничивания, в отличие от пара- и диамагнетиков, имеющих линейную зависимость намагничивания J от напряженности Н магнитного поля.

Зависимость намагничивания J ферромагнетика от напряженности Н магнитного поля.

На данном графике показана основная кривая намагничивания ферромагнетика. Изначально намагниченность  J, в отсутствие магнитного поля (Н = 0), равна нулю. По мере возрастания напряженности намагничивание ферромагнетика проходит довольно интенсивно, вследствие того что его магнитная восприимчивость и проницаемость очень велика.

Однако по достижении напряженности магнитного поля порядка H ≈ 100 А/м увеличение намагниченности прекращается, так как достигается точка насыщения JНАС. Данное явление называется магнитным насыщением.

В данном режиме магнитная проницаемость ферромагнетиков сильно падает и при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля стремится к единице.

Гистерезис ферромагнетиков

Еще одной особенностью ферромагнетиков является наличие петли гистерезиса, которая является основополагающим свойством ферромагнетиков.

Петля гистерезиса ферромагнетика.

Для понимания процесса намагничивания ферромагнетика изобразим зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля, где красным цветом выделим основную кривую намагничивания. Данная зависимость довольно неопределенна, так как зависит от предыдущего намагничивания ферромагнетика.

Возьмём образец ферромагнитного вещества, которое не подвергалось намагничиванию (точка 0) и поместим его в магнитное поле, напряженность Н которого начнем увеличивать, то есть зависимость будет соответствовать кривой 0 – 1, пока не будет достигнуто магнитное насыщение (точка 1).

Дальнейшее увеличение напряженности не имеет смысла, потому как намагниченность J практически не увеличивается, а магнитная индукция увеличивается пропорционально напряженности Н.

Если же начинать уменьшать напряженность, то зависимость В(Н) будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3, при этом когда напряженность магнитного поля упадёт до нуля (точка 2), то магнитная индукция не упадёт до нуля, а будет равна некоторому значению Br, которое называется остаточной индукцией, а намагничивание будет иметь значение Jr, называемое остаточным намагничиванием.

Для того чтобы снять остаточное намагничивание и уменьшить остаточную индукцию Br до нуля, необходимо создать магнитное поле, противоположное полю, вызвавшему намагничивание, причем напряженность размагничивающего поля должна составлять Нс, называемая коэрцитивной силой. При дальнейшем росте напряженности магнитного поля, которое противоположно первоначальному полю, происходит насыщение ферромагнетика (точка 4).

Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля зависимость индукции от напряженности будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1, которая называется петлёй гистерезиса.

Таких петель для ферромагнетика может быть множество (пунктирные кривые), называемые частными циклами.

Однако, если при максимальных значениях напряженности магнитного поля происходит насыщение, то получается максимальная петля гистерезиса (сплошная кривая).

Так как магнитная проницаемость μr ферромагнетиков имеет довольно сложную зависимость от напряженности магнитного поля, поэтому нормируются два параметра магнитной проницаемости:

μн – начальная магнитная проницаемость соответствует напряженности Н = 0;

μmax – максимальная магнитная проницаемость достигается в магнитном поле при приближении магнитного насыщения.

Таким образом, у ферромагнетиков величины Br, Нс и μн (μmax) являются основными характеристиками, влияющими на выбор вещества в конкретном случае.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник: https://www.electronicsblog.ru/nachinayushhim/magnitnoe-pole-v-veshhestve-chast-1.html

Физический смысл напряженности магнитного поля

что такое напряженность магнитного поля

Напряжённость магнитного поля Размерность Единицы измерения СИ СГС Примечания
H →
L −1 I
А/м
Э
векторная величина

Напряжённость магни́тного по́ля — векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M . Обычно обозначается символом Н .

H = 1 μ 0 B − M ,

где μ 0 — магнитная постоянная.

H = B − 4 π M .

В простейшем случае изотропной (по магнитным свойствам) среды и в приближении достаточно низких частот, намагниченность M зависит линейно от приложенного магнитного поля с индукцией B :

M = α B .

Однако исторически принято эту линейную зависимость описывать не коэффициентом α , а использовать связанные величины — магнитную восприимчивость χ или магнитную проницаемость μ :

M = χ 1 + 4 π χ B = μ − 1 4 π μ B .

В системе СГС напряжённость магнитного поля измеряется в эрстедах (Э), в системе СИ — в амперах на метр (А/м). В технике эрстед постепенно вытесняется единицей СИ — ампером на метр.

1 Э = 1000/(4 π ) А/м ≈ 79,5775 А/м.

1 А/м = 4 π /1000 Э ≈ 0,01256637 Э.

Физический смысл [ править | править код ]

В вакууме (или в отсутствие среды, способной к магнитной поляризации, а также в случаях, когда последняя пренебрежима) напряжённость магнитного поля ( Н ) совпадает с вектором магнитной индукции ( B ) с точностью до коэффициента, равного 1 в СГС и μ 0 в СИ.

В магнетиках (магнитных средах) напряжённость магнитного поля имеет физический смысл «внешнего» поля, то есть совпадает (быть может, в зависимости от принятых единиц измерения, с точностью до постоянного коэффициента, как, например, в системе СИ, что общего смысла не меняет) с таким вектором магнитной индукции, какой «был бы, если магнетика не было».

Источник: https://4apple.org/fizicheskij-smysl-naprjazhennosti-magnitnogo-polja/

Вектор напряженности магнитного поля

что такое напряженность магнитного поля

Когда мы рассматриваем магнитное поле в вакууме при отсутствии магнетиков, магнитное поле порождается токами проводимости и выполняется равенство:

где $\overrightarrow{j}$ — вектор плотности токов проводимости.

В магнетиках поле возникает благодаря токам проводимости и молекулярным токам ($\overrightarrow{j_m}$), что необходимо учитывать. Для молекулярных токов имеет место векторное равенство:

где $\overrightarrow{j_m}$ — объемная плотность молекулярных токов, $\overrightarrow{J\ }$ — вектор намагниченности. Так, при наличии магнетиков выражение (1) с учетом равенства (2) примет вид:

Выразим ток проводимости из уравнения (3), получим:

Определение вектора напряженности магнитного поля

Вектором напряженности магнитного поля называют вектор, равный:

Напряженность магнитного поля не является чисто полевой величиной, так как включает вектор $\overrightarrow{J\ },\ $который является характеристикой намагниченности среды. По своему значению $\overrightarrow{H}$ является вспомогательным вектором и играет роль подобную вектору электрического смещения $\overrightarrow{D\ }\ $в электричестве.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Основные уравнения для вектора напряженности

Из определения вектора $\overrightarrow{H}$ и уравнения (4), следует весьма удобное уравнение для вычисления поля в магнетиках:

Закон полного тока при наличии магнетиков имеет вид:

Формула (7) выражает теорему о циркуляции вектора напряженности магнитного поля, которая гласит:

Теорема

«Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по некоторому контуру равна алгебраической сумме макроскопических токов, которые охвачены заданным контуром».

В вакууме $\overrightarrow{J\ }=0$, тогда:

\[\overrightarrow{H}=\frac{\overrightarrow{B}}{{\mu }_0}\left(8\right).\]

Напряженность поля прямолинейного бесконечного проводника в вакууме определяется формулой:

\[H=\frac{1}{2\pi }\frac{I}{b}\left(9\right),\]

где $b$ — расстояние от проводника до точки, где рассматривается поле. Из формулы (9) определяется размерность напряженности магнитного поля. Основная единица напряженности в системе СИ — ампер деленный на метр ($\frac{А}{м}$).

Связь и вектора напряженности магнитного поля с намагниченностью и вектором магнитной индукции

Обычно вектор намагниченности ($\overrightarrow{J}$) связывают с вектором напряженности в каждой точке магнетика:

\[\overrightarrow{J}=\varkappa \overrightarrow{H}\left(10\right),\]

где $\varkappa $ — магнитная восприимчивость, безразмерная величина. Для неферромагнитных веществ и в не больших полях $\varkappa $ не зависит от напряженности. В анизотропных средах $\varkappa $ является тензором и направления $\overrightarrow{J}$ и $\overrightarrow{H}$ не совпадают.

Помимо магнитной восприимчивости в магнетиках используют другую безразмерную физическую величину, которая характеризует магнитные свойства вещества — это относительная магнитная проницаемость (или просто магнитная проницаемость ($\mu $)) вещества. Причем:

\[\mu =1+\varkappa \ \left(11\right).\]

Тогда между индукцией магнитного поля в магнетике и напряженностью магнитного поля существует следующая связь:

\[\overrightarrow{B}=\mu {\mu }_0\overrightarrow{H}\left(12\right).\]

Формула (12) показывает, что в изотропных средах векторы $\overrightarrow{B}$ и $\overrightarrow{H}$ имею одинаковое направление, однако по модулю напряженность поля в $\mu {\mu }_0$ раз меньше.

Пример 1

Задание: По оси бесконечного прямого круглого цилиндра радиуса R течет ток силы I. Магнитная проницаемость вещества цилиндра равна $\mu $. Вне цилиндра вакуум (${\mu }_v=1$). Найдите формулу для вычисления напряженности во всех точках пространства.

Решение:

Рис. 1

Пусть ток течет в направлении оси Z. Линиями напряженности такого цилиндра являются концентрические окружности с центрами, которые лежат на оси цилиндра.

В качестве контура интегрирования (L) возьмем окружность радиусом r, центр окружности лежит на оси цилиндра, плоскость окружности перпендикулярна току. По закону полного тока для напряженности магнитного поля имеем:

\[\oint\limits_L{\overrightarrow{H\ }\overrightarrow{dl}}=H_{\varphi }2\pi r=I\left(1.1\right).\]

Из (1.1) выразим напряженность поле, получим:

\[H_{\varphi }=\frac{I}{2\pi r}\left(1.2\right),\]

где $H_{\varphi }$ — напряжённость магнитного поля, касательная к окружности. В таком случае индукция магнитного поля равна:

\[B_{\varphi }=\left\{ \begin{array}{c}\mu {\mu }_0H_{\varphi }=\mu {\mu }_0\frac{I}{2\pi r}\ (при\ 0\le r\le R) \\ {\mu }_0H_{\varphi }={\mu }_0\frac{I}{2\pi r}\left(при\ r\ge R\right). \end{array}\right.\]

На границе цилиндра индукция магнитного поля терпит разрыв.

Ответ: $B_{\varphi }=\left\{ \begin{array}{c}\mu {\mu }_0H_{\varphi }=\mu {\mu }_0\frac{I}{2\pi r}\ (при\ 0\le r\le R) \\ {\mu }_0H_{\varphi }={\mu }_0\frac{I}{2\pi r}\left(при\ r\ge R\right). \end{array}\right.$.

Пример 2

Задание: Найдите намагниченность меди и магнитную индукцию поля, если удельная магнитная восприимчивость вещества ${\varkappa }_u=-1,1\cdot {10}{-9}\frac{м3}{кг}.$ Напряженность магнитного поля равна ${10}6\frac{А}{м}$.

Решение:

Магнитная восприимчивость ($\varkappa $) связана с удельной магнитной восприимчивостью (${\varkappa }_u$) соотношением:

\[\varkappa =\rho {\varkappa }_u\left(2.1\right),\]

где $\rho =8930\frac{кг}{м3}$ — массовая плотность меди.

Намагниченность имеет связь с напряженностью магнитного поля, которая имеет вид (считаем медь изотропной):

\[J=\varkappa H=\rho {\varkappa }_uH\ \left(2.2\right).\]

Индукция магнитного поля, также связана с напряженностью:

\[B=\mu {\mu }_0H={\mu }_0(H+J)\left(2.3\right).\]

Так как все величины даны в СИ, проведем вычисления:

\[J=8930\cdot \left(-1,1\cdot {10}{-9}\right){10}6=-9,823\left(\frac{А}{м}\right).\] \[B=4\pi \cdot {10}{-7}\left(9,823+{10}6\right)=1,26\ \left(Тл\right).\]

Ответ: $J=-9,823\frac{А}{м},\ B=1,26\ Тл.$

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/magnetiki/vektor_napryazhennosti_magnitnogo_polya/

Измерение напряженности магнитного поля

Прежде чем рассматривать измерение напряженности магнитного поля, следует разобраться в основных понятиях магнитов и магнитных свойствах различных веществ.

Виды магнитов

Существуют различные виды магнитов. Постоянные получаются из твердых материалов. Они обладают природными свойствами и не зависят от каких-либо внешних воздействий токов. Электромагниты имеют искусственную природу, их основой является сердечник из металла, имеющего магнитные свойства. Именно они создают магнитные поля под воздействием электрического тока, проходящего по обмотке, внутри которой расположен сердечник.

Свойства магнита

Имеющего форму стержня, наиболее четко проявляются на его концах. При подвешивании его за середину в свободном положении по горизонтальной плоскости, произойдет занятие такого положения, при котором будет соблюдаться приблизительное направление с севера на юг. Концы стержня имеют и соответствующие названия северного и южного полюса. У двух одинаковых магнитов полюса с разными наименованиями притягиваются друг к другу, а одноименные, наоборот, отталкиваются.

Если к магниту поднести обычное, ненамагниченное железо, оно на определенное время приобретает магнитные свойства с образованием полюсов. Отдельные материалы, такие как сталь, могут приобрести слабые свойства постоянных магнитов.

Притяжение металлических предметов на расстоянии, объясняется наличием в пространстве возле любого магнита определенных значений полей. Концы магнитов обладают наибольшей интенсивностью магнитного поля.

Измерение напряженности

Существует еще одна величина, объясняющая магнитные действия электрических токов. Например, электрический ток пропускается через провод катушки с большой длиной. Внутри этой катушки располагается материал, который может быть намагничен. Намагничивающая сила зависит от значения силы тока в катушке и количества ее витков. Таким образом, напряженность поля равняется количеству намагничивающей силы, которая приходится на определенный отрезок катушки.

Измерение сопротивления заземляющих устройств

Измерение напряженности магнитного поля производится в единице «ампер/метр», с ее помощью определяется степень намагниченности материала, размещенного внутри катушки.

Физическое измерение данной величины производятся специальным прибором – измерителем напряженности магнитного и электрического поля. Этот прибор позволяет с высокой точностью получить необходимые результаты и охватывает очень широкий диапазон излучений самых разных частот.

Измерение электромагнитного поля от разных источников

Источник: https://electric-220.ru/news/izmerenie_naprjazhennosti_magnitnogo_polja/2013-01-19-283

Напряжённость магнитного поля

Напряжённость магни́тного по́ля — векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M. Обычно обозначается символом Н.

В Международной системе единиц (СИ):

H = 1 μ 0 B − M , {\displaystyle \mathbf {H} ={\frac {1}{\mu _{0}}}\mathbf {B} -\mathbf {M} ,}

где μ 0 {\displaystyle \mu _{0}}  — магнитная постоянная.

В системе СГС:

H = B − 4 π M . {\displaystyle \mathbf {H} =\mathbf {B} -4\pi \mathbf {M} .}

В простейшем случае изотропной (по магнитным свойствам) среды и в приближении достаточно низких частот, намагниченность M зависит линейно от приложенного магнитного поля с индукцией B:

M = α B . {\displaystyle \mathbf {M} =\alpha \mathbf {B} .}

Однако исторически принято эту линейную зависимость описывать не коэффициентом α {\displaystyle \alpha } , а используя связанные величины, магнитную восприимчивость χ {\displaystyle \chi } или магнитную проницаемость μ {\displaystyle \mu } :

M = χ 1 + 4 π χ B = μ − 1 4 π μ B . {\displaystyle \mathbf {M} ={\frac {\chi }{1+4\pi \chi }}\mathbf {B} ={\frac {\mu -1}{4\pi \mu }}\mathbf {B} .}

В системе СГС напряжённость магнитного поля измеряется в эрстедах (Э), в системе СИ — в амперах на метр (А/м). В технике эрстед постепенно вытесняется единицей СИ — ампером на метр.

1 Э = 1000/(4π) А/м ≈ 79,5775 А/м.

1 А/м = 4π/1000 Э ≈ 0,01256637 Э.

Физический смысл[ | ]

В вакууме (или в отсутствие среды, способной к магнитной поляризации, а также в случаях, когда последняя пренебрежима) напряжённость магнитного поля (Н) совпадает с вектором магнитной индукции (B) с точностью до коэффициента, равного 1 в СГС и μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} в СИ.

В магнетиках (магнитных средах) напряжённость магнитного поля имеет физический смысл «внешнего» поля, то есть совпадает (быть может, в зависимости от принятых единиц измерения, с точностью до постоянного коэффициента, как, например, в системе СИ, что общего смысла не меняет) с таким вектором магнитной индукции, какой «был бы, если магнетика не было».

Например, если поле создаётся катушкой с током, в которую вставлен железный сердечник, то напряжённость магнитного поля H внутри сердечника совпадает (в СГС точно, а в СИ — с точностью до постоянного размерного коэффициента) с вектором B0, который был бы создан этой катушкой при отсутствии сердечника и который в принципе может быть рассчитан исходя из геометрии катушки и тока в ней, без всякой дополнительной информации о материале сердечника и его магнитных свойствах.

При этом надо иметь в виду, что более фундаментальной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B.

Именно он определяет силу действия магнитного поля на движущиеся заряженные частицы и токи, а также может быть непосредственно измерен, в то время как напряжённость магнитного поля H можно рассматривать скорее как вспомогательную величину (хотя рассчитать её, по крайней мере, в статическом случае, проще, в чём и состоит её ценность: ведь H создают так называемые свободные токи, которые сравнительно легко непосредственно измерить, а трудно измеримые связанные токи — то есть токи молекулярные и т. п. — учитывать не надо).

Правда, в обычно используемое выражение для энергии магнитного поля (в среде) B и H входят почти равноправно, но надо иметь в виду, что в эту энергию включена и энергия, затраченная на поляризацию среды, а не только энергия собственно поля[1]. Энергия магнитного поля как такового выражается только через фундаментальную величину B. Тем не менее видно, что величина H феноменологически и тут весьма удобна.

Примечания[ | ]

  1. Действительно, для иллюстрации рассмотрим выражение для так называемой плотности энергии поля в среде w s u b s t {\displaystyle w_{subst}} для сравнительно простого случая линейной связи намагниченности напряженности магнитного поля M = χ H . {\displaystyle \mathbf {M} =\chi \mathbf {H} .

    } Тогда w s u b s t = 1 2 H ⋅ B {\displaystyle w_{subst}={\frac {1}{2}}\mathbf {H} \cdot \mathbf {B} } (используем здесь СИ) раскрывается как 1 2 ( 1 μ 0 B − M ) ⋅ B = 1 2 μ 0 B 2 − 1 2 M ⋅ B , {\displaystyle {\frac {1}{2}}({\frac {1}{\mu _{0}}}\mathbf {B} -\mathbf {M} )\cdot \mathbf {B} ={\frac {1}{2\mu _{0}}}\mathbf {B} {2}-{\frac {1}{2}}\mathbf {M} \cdot \mathbf {B} ,} где первый член — энергия магнитного поля в чистом виде, поскольку второй — совершенно очевидно энергия взаимодействия поля со средой — например с магнитными диполями парамагнетика.

Литература[ | ]

  • Иродов И. Е. Основные законы электромагнетизма. — 2-е, стереотипное. — Москва: Высшая школа, 1991.

Ссылки[ | ]

Источник: https://encyclopaedia.bid/%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F/%D0%9D%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F

Представление о магнитном поле

Мы все знаем, что такое постоянные магниты. Магниты – это металлические тела, притягивающиеся к другим магнитам и к некоторым металлам. То, что располагается вокруг магнита и взаимодействует с окружающими предметами (притягивает или отталкивает некоторые из них), называется магнитным полем. Источником любого магнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током.

За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если же движутся отрицательные заряды, то направление тока считается обратным движению таких зарядов. Представьте себе, что по кольцевой трубе течет вода. Но мы будем считать, что некий «ток» при этом движется в противоположном направлении.

Электрический ток обозначается буквой I.

В металлах ток образуется движением электронов – отрицательно заряженных частиц. На рисунке ниже, электроны движутся по проводнику справа налево. Но считается, что электрический ток направлен слева направо. Это произошло потому, что когда начали изучение электрические явления, не было известно, какими именно носителями чаще всего переносится ток. Если мы посмотрим на этот проводник с левой стороны, так, чтобы ток шел «от нас», то магнитное поле этого тока будет направлено вокруг него по часовой стрелке. Если рядом с этим проводником расположить компас, то его стрелка развернется перпендикулярно проводнику, параллельно «силовым линиям магнитного поля» — параллельно черной кольцевой стрелке на рисунке. Если мы возьмем шарик, имеющий положительный заряд (имеющий дефицит электронов) и бросим его вперед, то вокруг этого шарика появится точно такое же кольцевое магнитное поле, закручивающееся вокруг него по часовой стрелке. Ведь здесь тоже имеет место направленное движение заряда. А направленное движение зарядов есть электрический ток. Если есть ток, вокруг него должно быть магнитное поле. Движущийся заряд (или множество зарядов – в случае электрического тока в проводнике) создает вокруг себя «тоннель» из магнитного поля. Стенки этого «тоннеля» «плотнее» вблизи движущего заряда. Чем дальше от движущегося заряда, тем слабее напряженность («сила») создаваемого им магнитного поля. Тем слабее реагирует на это поле стрелка компаса. Закономерность распределение напряженности магнитного поля вокруг его источника такая же, как закономерность распределения электрического поля вокруг заряженного тела – она обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника поля. Если положительно заряженный шарик перемещается по кругу, то кольца магнитных полей, образующихся вокруг него по мере его движения, суммируются, и мы получим магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, в которой перемещается заряд: Магнитный «тоннель» вокруг заряда оказывается свернутым в кольцо и напоминает по форме тор (бублик). Такой же эффект получается, если свернуть в кольцо проводник с током. Проводник с током, свернутый в многовитковую катушку называется электромагнитом. Вокруг катушки складываются магнитные поля движущихся в ней заряженных частиц — электронов. А если заряженный шарик вращать вокруг его оси, то у него появится магнитное поле, как у Земли, направленное вдоль оси вращения. В данном случае током, вызывающим появление магнитного поля, является круговое движение заряда вокруг оси шарика – круговой электрический ток. Здесь, по сути, происходит то же самое, что и при движении шарика по кольцевой орбите. Только радиус этой орбиты уменьшен до радиуса самого шарика. Все сказанное выше справедливо и для шарика заряженного отрицательно, но его магнитное поле будет направлено в противоположную сторону. Данный эффект был обнаружен в опытах Роуланда и Эйхенвальда. Эти господа регистрировали магнитные поля вблизи вращающихся заряженных дисков: рядом с этими дисками начинала отклоняться стрелка компаса. Направления магнитных полей в зависимости от знака заряда дисков и направления их вращения, показаны на рисунке: При вращении незаряженного диска, магнитные поля не обнаруживались. Не было магнитных полей и вблизи неподвижных заряженных дисков.  

Модель магнитного поля движущегося заряда

Чтобы запомнить направление магнитного поля движущегося положительного заряда, мы представим себя на его месте. Поднимем правую руку вверх, затем укажем ею направо, затем опустим ее вниз, затем укажем влево и вернем руку в исходное положение – вверх. Затем повторим это движение. Наша рука описывает круги по часовой стрелке. Теперь начнем движение вперед, продолжая вращать рукой.

Движение нашего тела – аналог движения положительного заряда, а вращение руки по часовой стрелке – аналог магнитного поля заряда. Теперь представьте себе, что вокруг нас находится тонкая и прочная эластичная паутина, похожая на струны пространства, которые мы рисовали, создавая модель электрического поля.

Когда мы движемся сквозь эту трехмерную «паутину», из-за вращения руки, она, деформируясь, смещается по часовой стрелке, образуя подобие спирали, словно бы наматываясь в катушку вокруг заряда. Сзади, за нами, «паутина» восстанавливает свою правильную структуру. Примерно так можно представлять себе магнитное поле положительного заряда, движущегося прямо.

А теперь попробуйте двигаться не прямо вперед, а по кругу, например, поворачивая при ходьбе налево, при этом вращая рукой по часовой стрелке. Представьте себе, что вы движетесь через нечто, напоминающее желе. Из-за вращения вашей руки, внутри круга, по которому вы движетесь, «желе» будет смещаться вверх, образуя горб над центром круга. А под центром круга, образуется впадина из-за того, что часть желе сместилось вверх.

Так можно представлять себе формирование северного (горб сверху) и южного (впадина снизу) полюсов при движении заряда по кольцу или его вращения. Если при ходьбе вы будете поворачивать направо, то «горб» (северный полюс) сформируется снизу. Аналогично можно сформировать представление о магнитном поле движущегося отрицательного заряда. Только вращать рукой нужно в противоположную сторону – против часовой стрелки. Соответственно, магнитное поле будет направлено в противоположную сторону.

Просто каждый раз следите за тем, в какой сторону ваша рука выталкивает «желе». Такая модель наглядно демонстрирует то, почему северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита: «горб» одного из магнитов втягивается во «впадину» второго магнита. И еще эта модель показывает, почему не существуют отдельных северных и южных полюсов магнитов, как бы мы их не разрезали – магнитное поле представляет собой вихревую (замкнутую) «деформацию пространства» вокруг траектории движущегося заряда.  

Спин

У электрона было обнаружено магнитное поле, такое, какое у него должно быть в том случае, если бы он был шариком, вращающимся вокруг своей оси. Это магнитное поле назвали спином (от английского to spin — вращаться). Кроме того, у электрона существует еще и орбитальный магнитный момент. Ведь электрон не только «вращается», но движется по орбите вокруг ядра атома.

А движение заряженного тела порождает магнитное поле. Так как электрон заряжен отрицательно, магнитное поле, вызванное его движением по орбите, будет выглядеть так: Если направление магнитного поля, вызванного движением электрона по орбите, совпадает с направлением магнитного поля самого электрона (его спином), эти поля складываются и усиливаются.

Если же эти магнитные поля направлены в разные стороны, они вычитаются и ослабляют друг друга. Кроме того, могут суммироваться или вычитаться друг из друга магнитные поля других электронов атома. Этим объясняется наличие или отсутствие магнетизма (реакции на внешнее магнитное поле или наличие собственного магнитного поля) некоторых веществ. Эта статья — отрывок из книги об азах химии.

Сама книга здесь:

sites.google.com/site/kontrudar13/himia

UPD: Материал предназначен, в первую очередь, для школьников средних классов. Возможно, Хабр не место для подобных вещей, Но где место? Нет его.

Источник: https://habr.com/post/444790/

Закон полного тока для магнитного поля: физический смысл, формулы

В электрических цепях всегда присутствует магнитное поле, которое оказывает электромагнитное взаимодействие с токами этих цепей. Данный фактор учитывается при расчетах цепей, а закон полного тока для магнитного поля является инструментом для подобных вычислений.

Если поднести магнитную стрелку к проводнику, по которому течёт ток, её положение изменится. Это говорит о наличии вокруг проводника кроме электрического ещё и магнитного поля. В результате многочисленных исследований электромагнитных явлений установлено, что существует взаимное влияние полей, имеющих электрическую и магнитную природу.

Физический смысл закона

Рассмотрим упрощённый вариант влияния магнитной индукции на электрическое поле. Для этого представим себе два параллельных проводника, по которым циркулируют постоянные токи, например, I1 и I2. Вблизи этих проводников образуется поле, которое мысленно можно ограничить неким контуром L – воображаемой замкнутой фигурой, плоскость которой пересекает потоки движущихся зарядов.

В пределах плоскости, охватываемой контуром L, формируется магнитное поле, напряжённость которого распределена в соответствии с направлениями токов. При этом циркуляция вектора магнитного поля в плоскости замкнутого контура прямо пропорциональна сумме токов, пронзающих данный контур. Полный электрический ток равен векторной сумме его составляющих:

Направления векторов I1 и I2 определяется по правилу буравчика.

Приведённые выше рассуждения можно рассматривать в качестве примера изображающего упрощённую модель частного случая рассматриваемого закона. В действительности же, процессы взаимного влияния магнитных и электрических полей намного сложнее, и они описываются интегральными и дифференциальными уравнениями Максвелла.

Упрощенный подход

Выразить закон в дифференциальном представлении довольно сложно. Потребуется вводить дополнительные компоненты. Необходимо учитывать влияние молекулярных токов. Наличие вихревых токов является причиной образования магнитного вихревого поля в пределах контура.

Вектор электрического смещения сравним с вектором напряжённости присутствующего магнитного поля H. При этом Ориентация вектора смещения зависит от быстроты изменения магнитной индукции.

Для упрощения вычислений на практике часто пользуются формулами закона для магнитного поля полных токов, представленных в виде суммирования предельно малых участков контура, с учётом влияния вихревых полей. При реализации этого метода контур мысленно разбивают на бесконечно малые отрезки. На этих отрезках проводники считаются прямолинейными, а магнитное поле на таких участках контура считают однородным.

На одном дискретном участке вектор напряженности Um определяется по формуле: Um= HL×ΔL, где HL– циркуляция вектора напряжённости на участке ΔL контура L. Тогда суммарная напряжённость UL вдоль всего контура вычисляется по формуле: UL= Σ HL× ΔL.

Закон в интегральном представлении

Рассмотрим бесконечно прямой проводник, по которому циркулирует электрический ток, образующий поле, ограниченное контуром в виде окружности. Плоскость, пронизывающая проводник, – это круг, очерчённый линией данной окружности (см. рис. 1).

Рис. 1. Поле бесконечно прямого тока

Воспользуемся методом разбиения контура на мизерные участки dl (элементарные векторы длины контура).  Пусть φ – угол между векторами dl и B. В нашем случае, при суммировании отрезков, вектор индукции B поворачивается так, что он очерчивает круг, то есть угол φ 2π.

Из теоремы Остроградского-Гаусса вытекает формула:

Учитывая, что cos φ = 1,

следовательно:

Данная формула – постулат, подтверждённый экспериментально. Согласно этому постулату, циркуляция вектора B по окружности, то есть по замкнутому контуру, равна μ0I, где μ0 = 1/c2 ε0 – магнитная постоянная.

Ориентация вектора dB определяется путём применения правила буравчика. Это направление всегда перпендикулярно вектору плотности. Если проводников будет несколько (например, N), тогда

Каждый ток, с учётом знака, необходимо учитывать такое количество раз, которое соответствует числу его охватов контуром.

Ток берётся со знаком «+», если он по направлению обхода образует правовинтовую систему. При этом, отрицательным считается ток противоположного направления.

Заметим, что формула справедлива только для вакуума. В обычных условиях необходимо учитывать проницаемость среды.

Если ток распределён в пространстве (произвольный ток), тогда

где S – натянутая на контур поверхность, j – объёмная плотность тока. С учётом последнего выражения, формулу полного тока в вакууме можно записать:

Рис. 2. Иллюстрация закона для вакуума

Отсюда вытекает:

  1. Закон справедлив не только для бесконечно прямолинейного проводника, но и для контуров, произвольной конфигурации.
  2. Циркуляция вектора магнитной индукции B сориентированного вдоль магнитных линий, всегда отлична от нуля.
  3. Ненулевая циркуляция свидетельствует о том, что магнитное поле прямолинейного, бесконечно длинного проводника не потенциально. Такое поле называют вихревым, либо соленоидным.

Влияние среды

На результат взаимодействия магнитных потоков и постоянных токов влияет среда. Вещества обладают магнитной проницаемостью в потоке вектора индукции, что вносит коррективы на взаимодействие магнитной среды с токами проводимости. В однородной изотопной среде, где значение вектора электромагнитной индукции одинаково во всех точках, векторы B и H связаны между собой следующим соотношением:

где H — напряжённость магнитного поля, символом μ обозначена магнитная проницаемость.

Носители электрических зарядов создают собственные микротоки. Циркуляция вектора, характеризующего электростатическое поле, всегда нулевая. Поэтому электростатические поля, в отличие от магнитных, являются потенциальными.

Вектор B отображает результирующее значение полей макро- и микротоков. Линии электростатической индукции всегда остаются замкнутыми, в том числе и на положительных зарядах.

Рис. 3. Закон полного тока в веществе

Для полей, которые действуют в среде, состоящей из разных веществ, необходимо учитывать микротоки, характерные именно для конкретных структур, образующих данную среду.

Утверждение, изложенное выше, верно для полей соленоидов или любой другой структуры, обладающей свойствами конечной магнитной проницаемости.

Торойд

В электротехнике часто приходится иметь дело с катушками разных видов и размеров. Катушка, образованная витками намотанными на сердечник тороидальной формы (в виде бублика), называется тороидом. Важными характеристиками сердечника тора являются его радиусы — внутренний (R1) и внешний (R2).

Поле внутри соленоида на расстоянии r от центра равно:

Выводы

На основании изложенного, приходим к заключению:

  1. Закон полного тока устанавливает зависимость между напряжённостью магнитного поля и перемещением в этом поле электрических зарядов.
  2. Действие закона распространяется на все среды, при допустимых плотностях тока.
  3. Закон также выполняется в полях постоянных магнитов.

При вычислениях не имеет значения, какую формулу мы используем – суть закона остаётся неизменной: он выражает взаимодействия, которые происходят между токами и создаваемыми ими магнитными полями, пронизывающими замкнутый контур.

Выводы закона учитываются при конструировании электромагнитных устройств. Наличие завихрений в электромагнитных полях приводит к снижению КПД. Кроме того, вихревые поля негативно влияют на работоспособность электронных элементов, расположенных в зоне их действий.

Конструкторы электротехнических приборов стремятся свести к минимуму таких влияний. Например, вместо обычных соленоидов применяют тороидальные катушки, за пределами которых отсутствуют электромагнитные поля.

Источник: https://www.asutpp.ru/zakon-polnogo-toka-dlya-magnitnogo-polya.html

Напряженность магнитного поля

Определение

Напряженность магнитного поля — векторная физическая величина, в общем случае равная разности векторов индукции магнитного поля B→ и намагниченности Pm→.

Напряженность обозначается буквой Н→. Единица измерения напряженности магнитного поля в системе СИ — ампер на метр (Амперметр).

Формула напряженности магнитного поля:

Н→=1μ0B→-Pm→.

Здесь коэффициент μ0 — магнитная постоянная. μ0=1,25663706 НА2.

Физический смысл напряженности магнитного поля

Индукция магнитного поля — силовая характеристика. Индукция определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью.

Напряженность поля характеризует густоту силовых линий (линий магнитной индукции). 

Физический смысл напряженности магнитного поля

В вакууме или при отсутствии среды, способной к намагничиванию (например, в воздухе) напряженность магнитного поля совпадает с магнитной индукцией с точностью до коэффициента  μ0.

В средах, способных к намагничиванию (магнетиках) напряженность несет смысл как бы «внешнего поля». Она совпадает с вектором магнитной индукции, который был бы, если бы магнетика не было.

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля

Существует теорема о циркуляции магнитного поля. Это одна из основных теорем электродинамики, сформулированная Анри Ампером. Ее также иногда называют теоремой или законом Ампера. Теорема о циркуляции магнитного поля — своеобразный аналог теоремы Гаусса о циркуляции вектора напряженности электрического поля.

Теорема о циркуляции магнитного поля

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов проводимости, охваченных контуром, по которому рассматривается циркуляция.

∮H→dr→=∑Im

 Пример

Определить циркуляцию вектора напряженности для замкнутого контура L.

I1=5A, I2=2A, I3=10A, I4=1A.

По теореме о циркуляции:

∮H→dr→=∑Im

Рассматриваемый контур охватывает токи I1, I2, I3.

Подставим значения c учетом указанных на рисунке направлений токов и вычислим циркуляцию:

​​​​​∮H→dr→=∑Im=5A12A+10A=13A.

Магнитное поле — вихревое поле, которое не является потенциальным. Циркуляция вектора напряженности в общем случае отлична от нуля.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Не получается написать работу самому?

Доверь это кандидату наук!

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/magnitnoe-pole/naprjazhennost-magnitnogo-polja/

Сила магнитного поля постоянного магнита

Для пользователей магнитов, как подтвердить класс и магнитные свойства, все еще остается проблемой. Большинство пользователей не могут самостоятельно получить значение основных магнитных параметров. В этом случае наилучшим решением является относительное измерение магнитных свойств.

Относительное измерение магнитных свойств включает в себя напряженность магнитного поля, магнитный поток и магнитный момент.

Для испытаний магнитного потока и магнитного момента в разных спецификациях требуется различная испытательная катушка, и именно по этой причине сила магнитного поля является самым популярным методом тестирования среди относительных измерений.

Как получить магнитное поле магнита?

Сила магнитного поля магнита может быть измерена измерителем Гаусса или измерителем Тесла. Теперь у многих пользователей магнитов есть свой собственный измеритель Гаусса, а также устанавливаются критерии приемки напряженности магнитного поля. Для многополярного магнита напряженность магнитного поля будет измеряться с помощью Magnet Analyzer.

Как рассчитать напряженность магнитного поля магнита?

Для простого магнита формы мы можем рассчитать его приблизительную напряженность магнитного поля по закону Био-Савара.

Для формы цилиндра:

Где Br — остаточная индукция магнита; X — воздушный зазор между испытательной точкой и поверхностью магнита.

Для формы блока:

Где Br — остаточная индукция магнита; X — воздушный зазор между испытательной точкой и поверхностью магнита.

Для формы кольца:

Где Br — остаточная индукция магнита; X — воздушный зазор между испытательной точкой и поверхностью магнита.

Согласно вышеприведенному уравнению, значение напряженности магнитного поля зависит от степени, размера и места измерения магнита. Следует отметить, что измеренное значение напряженности магнитного поля магнита, покрытого никелем, будет ниже, чем значение моделирования Биота-Савара из-за эффекта экранирования от ферромагнетизма. Покрытие никелем.

Для многополюсной намагниченности и сложных условий дизайнер будет изучать его прочность и распределение магнитного поля с помощью программного обеспечения для анализа конечных элементов (FEA или FEM), а затем точно оценить состояние намагниченности и распределение потока всей системы магнитных цепей. Анализ конечных элементов является мощным инструментом на этапе разработки продукта с магнитом.

Технология анализа конечных элементов широко используется при проектировании сенсорного магнита, магнитной сборки и комплексной магнитной системы. SDM Magnetics обладают большим опытом в анализе конечных элементов приложения магнитов. SDM Magnetics стремится предоставить техническое решение для заказчика на стадии разработки и снижения издержек.

Вычисленные значения и результаты моделирования приведены только для справки и отклонения между измеренным значением и расчетным значением по разным причинам. Оператору необходимо избегать отклонения от инструмента и процесса работы.

Чтобы обеспечить отсутствие элемента холла без трещин, изготовитель инструмента обычно изготавливает покрытие из эпоксидной смолы на элемент зала. Это покрытие также создает воздушный зазор, и этот воздушный зазор часто пропускается во время расчета и моделирования.

Источник: https://ru.magnet-sdm.com/2017/08/01/%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5-%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D1%81-%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

Формула напряженности магнитного поля

Определение

Напряженностью магнитного поля называют векторную физическую величину, направленную по касательной к силовым линиям поля, являющуюся характеристикой магнитного поля, равную:

где – вектор магнитной индукции, Гн/м(Н/А2)- магнитная постоянная, – вектор намагниченности среды в исследуемой точке поля.

Для магнитного поля в вакууме напряженность магнитного поля определяется выражением:

В изотропной среде формула (1) преобразуется к виду:

где – скалярная величина, называемаяотносительной магнитной проницаемостью среды (или просто магнитной проницаемостью). В изотропной среде векторы напряженностимагнитного поля и магнитной индукции совпадают по направлению.

Иногда напряженность магнитного поля определяют каквекторную величину, направленную по касательной к силовой линии поля, по модулю равной отношению силы (dF), с которой полевоздействует на единичный элемент тока (dl), который расположен перпендикулярно полю в вакууме, к магнитной постоянной:

Закон Био-Савара-Лапласа

Это важнейший в электромагнетизме закон. Он определяет вектор напряженности в произвольной точке магнитного поля, которое создает в вакууме элементарный проводник длинны dl с постоянным током I:

где – вектор элемента проводника, который по модулю равен длинепроводника, направление совпадает с направлением тока; – радиус–вектор,который проводят от рассматриваемого элементарного проводника к точке рассмотрения поля; .

Вектор – перпендикулярен плоскости, в которой находятсявекторы и, и направлен так, что из его конца вращение вектора по кратчайшему пути до совмещения с вектором происходило по часовой стрелке.

Для нахождения направления вектора можно использовать правило буравчика (Буравчик (винт) вращаем так,чтобы его поступательное движение совпадало с направлением тока, тогда направление, по которому вращается ручка винта, совпадает с направлениемвектора напряженности поля, которое создает рассматриваемый ток).

Закон Био-Савара-Лапласа дает возможность вычислять величину полной напряженности магнитного поля, которое создает ток, текущий по проводнику любой формы.

Для нахождения полной напряженности магнитного поля, которое создает в исследуемой точке ток I, который течет по проводнику l, следуетвекторно суммировать все элементарные напряженности , порождаемыеэлементами проводника и найденные по формуле (4).

Единицы измерения

Основной единицей измерения момента силы в системе СИ является: [H]=А/м

Примеры решения задач

Пример

Задание. Чему равна напряженность (H) в центре кругового витка (R — радиус витка) с током I.

Решение. Каждый элементарный ток витка магнитное поле в центре окружности, напряженность которого направлена по положительной нормали к плоскости контура витка (рис.1). Поэтому, если элементарную напряженность поля найти по закону Био-Савара – Лапласа, то векторное сложение элементарных полей можно будет заменить на алгебраическое.

В соответствии с законом Био-Савара – Лапласа dH равно:

Применяя выражение (1.1) к нашему случаю, получим:

Возьмем интеграл по контуру, получим:

Ответ.

Пример

Задание. Какова напряженность магнитного поля, которую создает электрон, движущийся прямолинейно и равномерно со скоростью v? Если точка, в которой исследуется поле, находится на расстоянии r от электрона на перпендикуляре к вектору скорости, если перпендикуляр провести через мгновенное положение частицы.

Решение. Сделаем рисунок.

Напряженность магнитного поля будем искать, применяя закон Био – Савара – Лапласа:

Учтем, что:

Если все заряды одинаковы (q), то плотность тока равна:

заряд отрицательный, следовательно, направления векторов и противоположны. n – концентрация зарядов. Подставим формулу (2.3)в (2.2), результат в (2.1) получаем:

где dN=Sdln — количество заряженных частиц в отрезке dl. В таком случае, напряженность поля, которое создает один заряд:

По условию задачи , значит модуль напряжённости магнитного поля в точке А (рис.2) будет равен:

Ответ.

Читать дальше: Формула напряженности электрического поля.

Вы поняли, как решать? Нет?

Источник: https://www.webmath.ru/poleznoe/formules_21_25_naprjazhennost_magnitnogo_polja.php

Что такое напряженность магнитного поля. Напряженность магнитного поля, его базовые характеристики

Вектор напряжённости магнитного поля как вспомогательный вектор для описания поля в магнетиках

Когда мы рассматриваем магнитное поле в вакууме при отсутствии магнетиков, магнитное поле порождается токами проводимости и выполняется равенство:

где $\overrightarrow{j}$ — вектор плотности токов проводимости.

В магнетиках поле возникает благодаря токам проводимости и молекулярным токам ($\overrightarrow{j_m}$), что необходимо учитывать. Для молекулярных токов имеет место векторное равенство:

где $\overrightarrow{j_m}$ — объемная плотность молекулярных токов, $\overrightarrow{J\ }$ — вектор намагниченности. Так, при наличии магнетиков выражение (1) с учетом равенства (2) примет вид:

Выразим ток проводимости из уравнения (3), получим:

Характеристики магнитного поля

Любое магнитное поле обладает энергией, которая проявляет себя при взаимодействии с другими телами. Под влиянием магнитных сил движущиеся частички меняют направление своего потока. Магнитное поле появляется лишь вокруг тех электрических зарядов, которые находятся в движении. Всякое изменение электрического поля влечет за собой появление магнитных полей.

Обратное утверждение также верно: изменение магнитного поля — предпосылка к возникновению электрического. Такое тесное взаимодействие привело к созданию теории электромагнитных сил, с помощью которых и сегодня успешно объясняются различные физические явления.

Изображение магнитных полей

Магнитное поле можно изобразить на листе бумаги при помощи силовых линий. Их рисуют таким образом, чтобы реальное направление сил поля в каждой точке совпадало с нарисованными.

Направления силовых полей могут быть определены при помощи компасной стрелки, северный полюс которой всегда направлен по касательной к силовой линии. Северный полюс принято обозначать местом, откуда выходят силовые линии магнитного поля, и южный — местом их вхождения.

Следует помнить, что такое разделение весьма условно, и принимается во внимание только из-за своей наглядности.

Что такое магнитная напряженность

Железные опилки, выстраивающиеся вдоль магнитных полей, доказывают, что магнитное поле имеет два важных показателя — величину и направление. В любой точке пространства магнитное поле распространяется со скоростью, равной скорости света в вакууме — 300000 километров/сек.

Чтобы дать определение характеристикам магнитного поля, ученые ввели величину «напряженность». Это векторная величина, указывающая направление действия магнитного поля и на количество его силовых линий. По своим характеристикам напряженность магнитного поля аналогична понятию «силы» в механике.

Этот показатель не зависит от параметров среды, в которой проводятся эксперименты, а только от силы магнитного потока и расстояния до источника, продуцирующего поле. В различных случаях таким источником может служить одиночный магнит, магнитная катушка, электрический провод.

В каждом из этих случаев возникает магнитное поле с определенными характеристиками.

Напряженность электромагнитного поля в экспериментах

Рассмотрим одиночный провод, по которому движется электрический ток. При движении этого провода вокруг него возникает магнитное поле. Его характеристики можно выразить через напряженность, которая определяется мерой воздействия магнитного поля на исследуемое тело.

Можно исследовать магнитное поле внутри катушки. В этом случае напряженность будет напрямую зависеть от количества витков катушки и расстояния между нею и исследуемым телом.

https://www.youtube.com/watch?v=ADsP0VJS38Q

Объединяя эти два вывода, можно подвести итоги: напряженность магнитного поля в любой точке пространства обратно пропорциональна длине магнитной линии и прямо пропорциональна произведению количества витков катушки на силу тока.

Магнитная индукция

Определение напряженности магнитного поля было бы неполным без понятия «магнитная индукция». Эта величина объясняет, какую работу способно производить данное магнитное поле. Чем сильнее магнитное поле, тем больше работы оно может производить, тем больше значение его магнитной индукции.

В физике магнитная индукция обозначается литерой Ḇ. Наглядно ее можно изобразить в виде плотности магнитных силовых линий, приходящихся на единицу площади поверхности, которая расположена перперндикулярно к измеряемому магнитному полю. В настоящее время магнитная индукция измеряется в Теслах.

Магнитный поток

Еще одна величина, емко характеризующая магнитное поле. Магнитный поток определяет, какое количество силовых линий пронизывает определенную единицу площади. В однородном магнитном поле значение магнитного потока будет вычислено по формуле:

Ф= Ḇ/S, где:

Ф — магнитный поток;

Ḇ — значение магнитной индукции;

Источник: https://projject.ru/chto-takoe-napryazhennost-magnitnogo-polya-napryazhennost-magnitnogo-polya.html

Напряженность магнитного поля, его базовые характеристики. Примеры задач :

Наверное, все мы сталкивались в детстве с чудесными свойствами обыкновенных магнитов. Небольшой кусок металла привлекал к себе одни кусочки железа и отталкивал другие. Удивительные свойства магнита этим не ограничиваются.

Например, магнит, подвешенный на нити, всегда располагается в пространстве определенным образом – это свойство легло в основу изобретения компаса. Конечные точки магнита являются наиболее «сильными». Их принято называть «полюсами».

Специфические свойства магнита обусловлены его магнитными полями, которые не являются веществом, но ведут себя весьма осязаемо. Одной из самых важных характеристик является напряженность магнитного поля.

Электромагнетизм

1. Вращающиймомент, действующий на рамку с током состороны магнитного поля. Магнитныймомент рамки с током. Вращающий момент.Определение индукции магнитного поля.Единицы индукции и вращающего момента.

Поместив рамку воднородное магнитное поле, на нее действует пара сил, которая создаетвращающий момент.

2. Напряженность магнитного поля и ее связь с индукцией. Единица напряженности

Вектор магнитнойиндукции является общей характеристикойточек магнитного поля независимо оттого, как создается магнитное поле:намагниченным телом или проводником стоком находящимся в данной среде.

Однако можно ввестинекоторую характеристику магнитногополя не зависящую от среды, а определяющуюсятоками и конфигурацией проводников -векторнапряженности магнитного поля.Эти две характеристики (одна общая, адругая частная) связаны между собой: где — абсолютная магнитная проницаемостьвакуума,μ— относительная магнитная проницаемостьсреды, для вакуума μ= 1.

Напряженностьюмагнитного поля– отношение механической силы, действующейна положительный полюс пробного магнита,к величине его магнитной массы илимеханическая сила, действующая наположительный полюс пробного магнитаединичной массы в данной точке поля.

Единица напряженностимагнитного поля— ампер на метр (А/м): 1 А/м — напряженностьтакого поля, магнитная индукция которогов вакууме равна 4π*Тл.

3. Изображениемагнитных полей с помощью силовых линийиндукции (напряженности). Вид линиймагнитной индукции прямого и круговоготоков, соленоида. Правила, но которымопределяют направление линий магнитнойиндукции.

4. Магнитные поля проводников с токами. Закон Био-Савара-Лапласа

Магнитное поле– это силовое поле, действующее надвижущиеся электрические заряды и натела, обладающие магнитным моментом,независимо от состояния их движения.

ЗаконБио-Савара-Лапласа:

В векторной форме:

В скалярной форме:

5. Применение закона Био-Савара-Лапласа для определения напряженности поля, создаваемого:

а) прямым проводникомконечной длины (вывод формулы)

б) бесконечнодлинным прямым проводником (выводформулы)

в) круговымпроводником в центре (вывод формулы)

г) соленоидом итороидом

д) круговымпроводником на оси (без вывода)

6. Сила Ампера. Правило для определения направления силы Ампера

На проводник стоком, находящийся в магнитном поле,действует сила, равная F = I·L·B·sina

I — сила тока впроводнике; B — модуль вектора индукциимагнитного поля; L — длина проводника,находящегося в магнитном поле; a — уголмежду вектором магнитного поляинаправлением тока в проводнике.

Сила Ампера– Сила, действующую на проводник с токомв магнитном поле.

Максимальная силаАмпера равна: F = I·L·B. Ей соответствуетa = 90.

Направление силыАмпера определяется поправилу левой руки:если левую руку расположить так, чтобыперпендикулярная составляющая векторамагнитной индукции В входила в ладонь,а четыре вытянутых пальца были направленыпо направлению тока, то отогнутый на 90градусов большой палец покажет направлениесилы, действующей на отрезок проводникас током, то есть силы Ампера.

Источник: https://studfile.net/preview/2861750/

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как устроена индикаторная отвертка
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ЭлектроМастер
Как поменять проводку в квартире своими руками

Закрыть