Jakost magnetskog polja. Sila magnetiziranja

Oko žice ili zavojnice uvijek postoji električna struja magnetsko polje… Magnetsko polje trajnog magneta uzrokovano je kretanjem elektrona u njihovim orbitama u atomu.

Magnetsko polje karakterizira njegova jakost. Jakost H magnetskog polja slična je mehaničkoj jakosti. To je vektorska veličina, odnosno ima veličinu i smjer.

Magnetsko polje, odnosno prostor oko magneta, može se prikazati kao ispunjen magnetskim linijama za koje se smatra da izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni pol (slika 1). Tangente na magnetsku liniju pokazuju smjer jakosti magnetskog polja.

Magnetsko polje je jače tamo gdje su magnetske linije gušće (na polovima magneta ili unutar zavojnice kojom teče struja).

Što je veća struja I i broj zavoja ω zavojnice, to je veće magnetsko polje u blizini žice (ili unutar zavojnice).

Jakost magnetskog polja H u bilo kojoj točki prostora to je veća što je umnožak ∙ ω veći i što je duljina magnetske linije kraća:

H = (I ∙ ω) / l.

Iz jednadžbe proizlazi da je jedinica za mjerenje jakosti magnetskog polja amper po metru (A/m).

Za svaku magnetsku liniju u zadanom uniformnom polju, umnošci H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω su jednaki (slika 1).

Riža. 1.

Umnožak H ∙ l u magnetskim krugovima sličan je naponu u električnim krugovima i naziva se magnetski napon, a uzet duž cijele duljine linije magnetske indukcije naziva se sila magnetiziranja (ns) Fm: Fm = H ∙ l = I ∙ ω.

Sila magnetiziranja Fm mjeri se u amperima, ali se u tehničkoj praksi umjesto naziva amper koristi naziv amper-turn, čime se naglašava da je Fm proporcionalna jakosti struje i broju zavoja.

Za cilindričnu zavojnicu bez jezgre, čija je duljina mnogo veća od promjera (l≫d), magnetsko polje unutar zavojnice može se smatrati uniformnim, tj. s istom jakošću magnetskog polja H u cijelom unutarnjem prostoru zavojnice (slika 1). Kako je magnetsko polje izvan takve zavojnice puno slabije nego unutar nje, vanjsko magnetsko polje se može zanemariti i u proračunu se uzima da je n. c zavojnica jednaka je umnošku jakosti polja unutar zavojnice i duljine zavojnice.

Polaritet magnetskog polja žice i strujnog svitka određen je kardanskim pravilom. Ako se kretanje gimbala prema naprijed poklapa sa smjerom struje, tada će smjer rotacije ručke kardana ukazivati ​​na smjer magnetskih linija.

Primjeri za

1. Kroz svitak od 2000 zavoja teče struja jakosti 3 A. Što je n. v. zavojnice?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Snaga magnetiziranja zavojnice je 6000 amper-zavoja.

2. Zavojnica od 2500 zavoja treba imati n. p. 10000 A. Kolika struja mora njime teći?

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

3.Zavojnicom teče struja I = 2 A. Koliko zavoja mora biti u zavojnici da bi se osigurao n. selo 8000 A?

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

4. Unutar zavojnice duljine 10 cm sa 100 zavoja potrebno je osigurati jakost magnetskog polja H = 4000 A / m. Koliku struju treba provoditi zavojnica?

Sila magnetiziranja zavojnice je Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Prema tome, 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Promjer zavojnice (solenoida) je D = 20 mm, a duljina l = 10 cm Zavojnica je namotana od bakrene žice promjera d = 0,4 mm. Kolika je jakost magnetskog polja unutar zavojnice ako je uključena na 4,5 V?

Broj zavoja bez uzimanja u obzir debljine izolacije ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 zavoja.

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

Duljina svitka l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Aktivni otpor zavojnice r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 Ohma.

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

Snaga magnetskog polja unutar zavojnice H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Odredite jakost magnetskog polja na udaljenosti 1, 2, 5 cm od ravne žice kojom teče struja I = 100 A.

Upotrijebimo formulu H ∙ l = I ∙ ω.

Za ravnu žicu ω = 1 i l = 2 ∙ π ∙ r,

odakle je H = I / (2 ∙ π ∙ r).

H1 = 100 / (2 ∙ 3,14 ∙ 0,01) = 1590 A / m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.