Magnētiskā lauka stiprums. Magnetizējošais spēks

Ap vadu vai spoli vienmēr ir elektriskā strāva magnētiskais lauks… Pastāvīgā magnēta magnētisko lauku izraisa elektronu kustība to orbītās atomā.

Magnētisko lauku raksturo tā stiprums. Magnētiskā lauka stiprums H ir līdzīgs mehāniskajai izturībai. Tas ir vektora lielums, tas ir, tam ir lielums un virziens.

Magnētiskais lauks, tas ir, telpa ap magnētu, var tikt attēlota kā piepildīta ar magnētiskām līnijām, kuras tiek uzskatītas par izejām no magnēta ziemeļpola un ieiet dienvidu polā (1. att.). Magnētiskās līnijas pieskares norāda magnētiskā lauka intensitātes virzienu.

Magnētiskais lauks ir spēcīgāks tur, kur magnētiskās līnijas ir blīvākas (magnēta polios vai strāvu nesošās spoles iekšpusē).

Jo lielāka ir strāva I un spoles apgriezienu skaits ω, jo lielāks ir magnētiskais lauks stieples tuvumā (vai spoles iekšpusē).

Magnētiskā lauka H stiprums jebkurā telpas punktā ir lielāks, jo lielāks ir reizinājums ∙ ω un jo īsāks ir magnētiskās līnijas garums:

H = (I ∙ ω) / l.

No vienādojuma izriet, ka magnētiskā lauka stipruma mērīšanas vienība ir ampēri uz metru (A / m).

Katrai magnētiskajai līnijai noteiktā vienmērīgā laukā produkti H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω ir vienādi (1. att.).

Rīsi. 1.

Produkts H ∙ l magnētiskajās ķēdēs ir līdzīgs spriegumam elektriskajās ķēdēs un tiek saukts par magnētisko spriegumu, un visā magnētiskās indukcijas līnijas garumā tiek saukts par magnetizācijas spēku (ns) Fm: Fm = H ∙ l = Es ∙ ω.

Magnetizācijas spēku Fm mēra ampēros, bet tehniskajā praksē nosaukuma ampērs vietā lieto nosaukumu ampērs-pagrieziens, kas uzsver, ka Fm ir proporcionāls strāvai un apgriezienu skaitam.

Cilindriskai spolei bez serdes, kuras garums ir daudz lielāks par diametru (l≫d), spoles iekšpusē esošo magnētisko lauku var uzskatīt par vienmērīgu, t.i. ar vienādu magnētiskā lauka intensitāti H visā spoles iekšējā telpā (1. att.). Tā kā magnētiskais lauks ārpus šādas spoles ir daudz vājāks nekā tās iekšpusē, ārējo magnētisko lauku var neņemt vērā un aprēķinos pieņemt, ka n. c spole ir vienāda ar lauka intensitātes reizinājumu spoles iekšpusē un spoles garumu.

Vada un strāvas spoles magnētiskā lauka polaritāti nosaka kardāna noteikums. Ja kardāna kustība uz priekšu sakrīt ar strāvas virzienu, tad kardāna roktura griešanās virziens norādīs magnētisko līniju virzienu.

Piemēri

1. Caur 2000 apgriezienu spoli plūst 3 A strāva. Kas ir n. v. spoles?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Spoles magnetizēšanas stiprums ir 6000 ampēru apgriezieni.

2. Spolei ar 2500 apgriezieniem jābūt n. lpp 10000 A. Kādai strāvai caur to jāplūst?

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

3.Caur spoli plūst strāva I = 2 A. Cik apgriezieniem jābūt spolē, lai nodrošinātu n. ciems 8000 A?

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

4. 10 cm garas spoles iekšpusē ar 100 apgriezieniem ir jānodrošina magnētiskā lauka stiprums H = 4000 A / m. Cik lielai strāvai jābūt spolei?

Spoles magnetizējošais spēks ir Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Tāpēc 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Spoles (solenoīda) diametrs ir D = 20 mm, un tās garums ir l = 10 cm. Spole ir uztīta no vara stieples ar diametru d = 0,4 mm. Kāds ir magnētiskā lauka stiprums spoles iekšpusē, ja tā ir ieslēgta uz 4,5 V?

Apgriezienu skaits, neņemot vērā izolācijas biezumu ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 apgriezieni.

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

Spoles garums l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Spoles aktīvā pretestība r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 omi.

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

Magnētiskā lauka stiprums spoles iekšpusē H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Noteikt magnētiskā lauka stiprumu 1, 2, 5 cm attālumā no taisnās stieples, caur kuru plūst strāva I = 100 A.

Izmantosim formulu H ∙ l = I ∙ ω.

Taisnai stieplei ω = 1 un l = 2 ∙ π ∙ r,

kur H = I / (2 ∙ π ∙ r).

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