Реферат Курсовая Конспект
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ - раздел Электротехника, М А Г Н И Т Н Ы Е Я В Л Е Н И Я Магн...
|
М А Г Н И Т Н Ы Е Я В Л Е Н И Я
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ
Магнитные явления известны с глубокой древности. В 1820 г. датский учёный Эрстед (1777-1851г.) обнаружил, что электрический ток оказывает на магнит ориентирующее действие. Позднее было обнаружено взаимодействие проводников с током, которое нельзя объяснить с точки зрения электростатики. Было высказано предположение, что наряду с уже известным нам взаимодействием зарядов посредством электрических полей, между движущимися зарядами, существует и другой механизм силового взаимодействия, которое назвали магнитным. Магнитное взаимодействие реализуется через магнитные поля.
Для исследования магнитных полей используют, небольших размеров, плоский контур (рамку) с током. Ориентация контура в пространстве определяется положением перпендикулярного к плоскости контура вектора (рис. 1Тр,с176). Направление этой нормали связано с направлением тока в контуре правилом правого винта (буравчика). Внеся пробный контур в какую-либо точку магнитного поля постоянного тока, мы обнаружим:
1) на контур действует вращающий момент – М;
2) под воздействием этого момента контур в данной точке поля занимает одно и то же положение, т.е. ориентация оси вращения контура в пространстве постоянна;
3) величина вращательного момента зависит от силы тока в контуре, его площади и исходного положения, т.е. зависит как от свойств магнитного поля, так и от свойств контура;
4) максимальное значение вращательного момента Mmax~I и ~S и не зависит от формы контура;
5) отношение:Mmax / pM = Mmax / I∙S– для всех контуров в данной точке поля имеет одно и тоже значение. Величина рм= I∙S– называется магнитным моментом контура.[рм] =A∙м2.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1) магнитное поле является силовым, а значит, имеет направленность;
2) магнитное поле обладает энергией, т.к. способно выполнять работу;
В качестве силовой характеристики магнитного поля в данной точке удобно использовать вектор , модуль которого , а направление совпадает с положительным направлением нормали к контуру. Эта величина называется вектором магнитной индукци.
(тесла)
Т.к. характеризует силовое действие магнитного поля на ток, то индукция является аналогом напряженности электрического поля . Распределение вектора магнитной индукции в магнитном поле по аналогии с распределением в электрическом изображают с помощью силовых линий, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением . Силовые линии охватывают проводники с током и всегда замкнуты (рис.3 Тр,с177 прямой круговой). Их направление определяется правилом буравчика. Число линий на единицу площади поперечного сечения в данном месте соответствует модулю вектора .
Г) Парамагнетизм
У молекул парамагнитных веществ орбитальные, спиновые и ядерные магнитные моменты не компенсируют друг друга. Поэтому атомы парамагнитных веществ обладают не равным нулю результирующим магнитным моментом Рm. Моменты отдельных молекул расположены хаотично и в целом вещество не обнаруживает магнитных свойств. Внешнее поле стремиться сориентировать по направлению поля. В результате парамагнетик намагничивается, т.е. в нём появляется собственное поле, совпадающее по направлению с внешним. Возникает парамагнитный эффект – внешнее поле усиливается. Интенсивность намагничивания (суммарный магнитный момент единицы объёма в данном случае будет зависеть не только от внешнего поля, но и от температуры. При ликвидации внешнего поля тепловое движение разрушает ориентацию атомных магнитных моментов.
Удельная магнитная восприимчивость парамагнитных веществ
– закон Кюри, (21)
где С – константа, характерная для каждого вещества. Т – температура.
В парамагнетике имеет место и диамагнитный эффект, однако он значительно слабее парамагнитного. Парамагнетиками являются: редкоземельные элементы, азот, кислород, алюминий и др. вещества, магнитная проницаемость которых μ > 1, а χ = 10-15 ¸ 10-3. В очень сильных магнитных полях наступает насыщение намагниченности. Это означает, что все Рm атомов (молекул) ориентированы вдоль внешнего поля. Для диа- и парамагнетиков намагниченность изменяется в зависимости от по линейному закону.
ЗАКОН БИО – САВАРА – ЛАПЛАСА
В 1820 г. французские ученые Био и Савар поставили ряд опытов с целью изучения распределения индукции магнитного поля вокруг проводника произвольной формы. Результаты этих опытов обобщил Лаплас и нашел, что индукция поля в любой точке пространства может быть найдена как суперпозиция индукций отдельных элементарных участков dl проводника с током:
.
Элементарный участок проводника длиной dl и током I создаёт в точке поля А индукцию dВi:
,
где радиус вектор, проведённый от элемента тока dl в току поля А; α угол которой образует радиус вектор с . Соотношение () носит название закона Био-Савара-Лапласа.
В качестве примера получим формулу для расчета магнитного поля прямого тока. Все будут иметь одно направление, поэтому векторную сумму можно заменить сложением модулей. В точке А на удалении в от проводника:
;
Для примера рассмотрим действие магнитного поля на контур с током. Предположим для простоты, что лежит в плоскости перпендикулярной плоскости контура. Как видно из рисунка (вид сверху) возникает пара сил F1 = F2 = F, которая приложена к боковым сторонам контура и создает вращательный момент
М = F∙АС∙sinβ
Т.к. угол α между и равен 900 и ток прямолинейный, то сила, действующая на сторону длиной l в магнитном поле
F = I∙B∙l, тогда М = I∙B∙l∙АС∙sinβ = I∙S∙B∙sinβ = рм ∙В∙ sinβ; Мmax = рм ∙В
Величина, равная числу линий индукции пересекающих произвольно ориентированный плоский контур площадью S:
Ф = ВScosφ (1)
– называется потоком вектора магнитной индукции. [Ф] = Тл ∙м2 = Вб(вебер).
– Конец работы –
Используемые теги: Магнитное, поле, основные, характеристики, поля0.083
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов