Тема 3. Элетромагнетизм.

3.1. Основные понятия

Магнитное поле создается токами и намагниченными телами и оказы­вает воздействие на токи и намагниченные тела.

В разных областях техники целенаправленно исполь­зуются те или иные свойства и особенности магнитного поля. Так, в магнитной подвеске транспортных средств (позволяющей достигнуть скоростей до 500 км/ч) исполь­зуются силовые свойства магнитного поля, в магнитной дефектоскопии — способность магнитного поля изменять свои характеристики в местах дефектов стальных деталей, в магнитном охлаждении (позволяющем достигать темпе­ратур 10 ^-3 К) — способность веществ резко охлаждаться при быстром выключении магнитного поля, в магнитном обогащении железных и марганцевых руд — способность магнитного поля воздействовать на ферромагнитные мате­риалы и

т.д. Выделились даже отдельные отрасли науки, такие как магнитооптика, магнитобиология, магнитная гидродинамика и др.

В электротехнике используются силовые и энергети ческие способности магнитного поля как материального «посредника» при преобразованиях энергии в электриче­ских машинах, трансформаторах, электроизмерительных приборах, электромагнитах.

В физике магнитное поле образно изображают замкну­тыми силовыми линиями и считают, что совокупность, т. е. количество, сумма этих линий, есть магнитный поток Ф (его можно сравнить с дождевым потоком либо свето­вым).

Единица магнитного потока — вебер (Вб). Интенсивность магнитного поля в отдельных точках оценивается плотностью магнитного потока Ф/S, назы­ваемой магнитной индукцией:

В = Ф/S, (3.1)

где S — площадь поперечного сечения магнитного потока (см. рис. 3.1) однородного поля.

Силовые линии магнитного поля принято называть ли­ниями магнитной индукции. Однородным (равномерным) называется магнитное поле, во всех точках которого одинаковая магнитная индукция.

Единица магнитной индукции — тесла (Тл).

Векторы магнитной индукции направлены по касатель­ной к линиям магнитной индукции.

На рис. 3.2, а показаны магнитные поля прямо­линейного провода с током и витка (контура) с током.

Рис. 3.2

За положительное направление магнитного поля условно принято направление северного полюса магнитной стрел­ки, расположенной в магнитном поле. Проще всего на­правление магнитного поля определить по правилу правой руки: 1) если отставленный под прямым углом в плоскости ладони большой палец правой руки совместить с направлением тока, то четыре пальца, охватывающие прямолинейный провод, покажут направление поля; 2) ес­ли четыре пальца правой руки совместить с направлением тока в витке (обмотке), то большой палец, отставленный под прямым углом в плоскости ладони, покажет направ­ление поля.

Способность токов создавать в окружающей их среде магнитный поток характеризуется физической величиной, называемой магнитодвижущей силой F. Направ­ление МДС совпадает с направлением линий магнитной индукции и рассматривается вдоль замкнутых контуров.

Единица МДС, как и токов, которые ее создают,— ампер (А).

Значение МДС определяется значением токов, которые ее создают, и не зависит от размеров и конфигурации контуров, вдоль которых она берется. По правилу правой руки токи I₁ и I₂ стремятся создать МДС по часовой стрелке, а ток I₃ — против часовой стрел­ки.

Поэтому, результирующая МДС F= I₁+I₂ -I₃, а в общем случае

F=ΣI (3.2)

Алгебраическая сумма токов ΣI, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром, называется полным током. Выражение (3.2) отражает закон полного тока: МДС вдоль контура равна полному току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

В соответствии с законом полного тока для магнитной цепи

(см.рис. 3.1)

F = Iw, (3.3)

где w — число витков обмотки электромагнита.