Magnetisk fältstyrka. Magnetiseringskraft

Det finns alltid en elektrisk ström runt en tråd eller spole magnetiskt fält… En permanentmagnets magnetfält orsakas av elektronernas rörelse i deras banor i atomen.

Ett magnetfält kännetecknas av sin styrka. Styrkan H för magnetfältet liknar den mekaniska styrkan. Det är en vektorkvantitet, det vill säga den har storlek och riktning.

Magnetfältet, det vill säga utrymmet runt magneten, kan representeras som fyllt med magnetiska linjer, som anses gå ut från magnetens nordpol och gå in i sydpolen (fig. 1). Tangenterna till den magnetiska linjen indikerar riktningen för magnetfältets styrka.

Magnetfältet är starkare där magnetlinjerna är tätare (vid polerna på en magnet eller inuti en strömförande spole).

Ju större ström I och antalet varv ω av spolen, desto större magnetfält nära tråden (eller inuti spolen).

Styrkan hos magnetfältet H vid vilken punkt som helst i rymden är större ju större produkten ∙ ω är och ju kortare längden på magnetlinjen är:

H = (I ∙ ω) / l.

Det följer av ekvationen att enheten för att mäta styrkan på magnetfältet är ampere per meter (A/m).

För varje magnetisk linje i ett givet enhetligt fält är produkterna H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω lika (fig. 1).

Ris. 1.

Produkten H ∙ l i magnetiska kretsar liknar spänningen i elektriska kretsar och kallas den magnetiska spänningen, och taget längs hela den magnetiska induktionslinjen kallas magnetiseringskraften (ns) Fm: Fm = H ∙ l = Jag ∙ ω.

Magnetiseringskraften Fm mäts i ampere, men i teknisk praxis används istället för namnet ampere namnet ampere-turn, vilket understryker att Fm är proportionell mot strömmen och antalet varv.

För en cylindrisk spole utan kärna, vars längd är mycket större än dess diameter (l≫d), kan magnetfältet inuti spolen anses vara enhetligt, d.v.s. med samma magnetiska fältstyrka H i hela spolens inre utrymme (fig. 1). Eftersom magnetfältet utanför en sådan spole är mycket svagare än inuti den, kan det yttre magnetfältet försummas och i beräkningen antas att n. c-spolen är lika med produkten av fältstyrkan inuti spolen gånger spolens längd.

Polariteten hos trådens och strömspolens magnetiska fält bestäms av kardanregeln. Om kardanrörets framåtrörelse sammanfaller med strömriktningen, kommer kardanhandtagets rotationsriktning att indikera magnetlinjernas riktning.

Exempel på

1. En ström på 3 A flyter genom en spole på 2000 varv. Vad är n. v. spolar?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Spolens magnetiseringsstyrka är 6000 amperevarv.

2. En spole på 2500 varv bör ha n. s. 10000 A. Vilken ström måste gå genom den?

I = Fm / ω = (I ∙ ω) / ω = 10000/2500 = 4 A.

3.Genom spolen går en ström I = 2 A. Hur många varv måste det finnas i spolen för att ge n. by 8000 A?

ω = Fm / I = (I ∙ ω) / I = 8000/2 = 4000 varv.

4. Inuti en spole 10 cm lång med 100 varv är det nödvändigt att säkerställa styrkan på magnetfältet H = 4000 A / m. Hur mycket ström ska spolen bära?

Spolens magnetiserande kraft är Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Därför är 4000 A/m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Diametern på spolen (solenoid) är D = 20 mm, och dess längd är l = 10 cm. Spolen är lindad från en koppartråd med diametern d = 0,4 mm. Vad är magnetfältstyrkan inuti spolen om den är påslagen vid 4,5V?

Antal varv utan att ta hänsyn till tjockleken på isoleringen ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 varv.

Slinglängd π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.

Spolelängd l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Det aktiva motståndet för spolen r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 Ohm.

Ström I = U / r = 4,5 / 2,2 = 2,045 A ≈2 A.

Styrkan på magnetfältet inuti spolen H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Bestäm styrkan på magnetfältet på ett avstånd av 1, 2, 5 cm från den raka tråden genom vilken strömmen I = 100 A flyter.

Låt oss använda formeln H ∙ l = I ∙ ω.

För en rak tråd ω = 1 och l = 2 ∙ π ∙ r,

varav H = I / (2 ∙ π ∙ r).

Hl = 100 / (2 ∙ 3,14 ∙ 0,01) = 1590 A/m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.