Head päeva kõigile. Viimases artiklis rääkisin magnetväljast ja peatusin veidi selle parameetritel. See artikkel jätkab magnetvälja teemat ja on pühendatud sellisele parameetrile nagu magnetiline induktsioon. Teema lihtsustamiseks räägin magnetväljast vaakumis, kuna erinevatel ainetel on erinevad magnetilised omadused ja sellest tulenevalt on vaja arvestada nende omadustega.
Biot-Savart-Laplace'i seadus
Elektrivoolu tekitatud magnetväljade uurimise tulemusena jõudsid teadlased järgmistele järeldustele:
- elektrivoolu tekitatud magnetinduktsioon on võrdeline voolu tugevusega;
- magnetinduktsioon sõltub juhi kujust ja suurusest, mida läbib elektrivool;
- magnetiline induktsioon magnetvälja mis tahes punktis sõltub selle punkti asukohast voolu juhtiva juhi suhtes.
Sellistele järeldustele jõudnud prantsuse teadlased Biot ja Savard pöördusid magnetinduktsiooni põhiseaduse üldistamiseks ja tuletamiseks suure matemaatiku P. Laplace'i poole. Ta püstitas hüpoteesi, et voolu juhtiva juhi poolt tekitatud magnetvälja mis tahes punktis induktsiooni saab esitada elementaarsete magnetväljade magnetiliste induktsioonide summana, mis tekivad voolu juhtiva juhtme elementaarse lõigu poolt. Sellest hüpoteesist sai magnetinduktsiooni seadus, nn Biot-Savart-Laplace'i seadus. Selle seaduse arvessevõtmiseks kujutame voolu juhtivat juhti ja selle tekitatavat magnetilist induktsiooni
Magnetinduktsioon dB, mis on loodud juhi elementaarlõike dl.
Siis magnetinduktsioon dB elementaarne magnetväli, mis tekib juhi lõigu poolt dl, vooluga I suvalises punktis R määratakse järgmise väljendiga
kus I on juhti läbiv vool,
r on juhtelemendist magnetvälja punktini tõmmatud raadiuse vektor,
dl on minimaalne juhtelement, mis tekitab induktsiooni dB,
k – proportsionaalsuse koefitsient, olenevalt võrdlussüsteemist, SI-des k = μ 0 /(4π)
Sest on vektorkorrutis, siis näeb elementaarse magnetinduktsiooni lõplik avaldis välja selline
Seega võimaldab see avaldis leida magnetvälja magnetilise induktsiooni, mille tekitab suvalise kuju ja suurusega vooluga juht, integreerides avaldise parema poole
kus sümbol l näitab, et integratsioon toimub kogu juhi pikkuses.
Sirgejuhi magnetinduktsioon
Nagu teate, loob kõige lihtsam magnetväli sirge juhi, mille kaudu voolab elektrivool. Nagu ma juba eelmises artiklis ütlesin, on antud magnetvälja jõujooned kontsentrilised ringid, mis paiknevad ümber juhi.
Magnetinduktsiooni määramiseks IN sirge juhe punktis R Tutvustame mõnda tähistust. Alates punktist R on eemal b juhtmest, seejärel kaugust juhtme mis tahes punktist punktini R on defineeritud kui r = b/sinα. Siis juhi lühim pikkus dl saab arvutada järgmise avaldise põhjal
Selle tulemusel on lõpmatu pikkusega sirge traadi Biot-Savart-Laplace'i seadus kujul
kus I on juhtmest läbiv vool,
b on kaugus traadi keskpunktist punktini, kus magnetinduktsioon arvutatakse.
Nüüd lihtsalt integreerime saadud avaldise üle dα vahemikus 0 kuni π.
Seega on lõpmatu pikkusega sirge traadi magnetilise induktsiooni lõplik avaldis kuju
I – juhtmest läbiv vool,
b on kaugus juhi keskpunktist punktini, kus induktsiooni mõõdetakse.
Rõnga magnetiline induktsioon
Sirge traadi induktsioon on väikese väärtusega ja väheneb kaugusega juhist, seetõttu praktilistes seadmetes seda praktiliselt ei kasutata. Kõige laialdasemalt kasutatavad magnetväljad on need, mis tekivad raami ümber keritud traadi abil. Seetõttu nimetatakse selliseid väljasid ringvoolu magnetväljadeks. Lihtsaim selline magnetväli omab elektrivoolu, mis voolab läbi juhi, mille raadiusega R on ringikujuline.
Sel juhul pakuvad praktilist huvi kaks juhtumit: magnetväli ringi keskmes ja magnetväli punktis P, mis asub ringi teljel. Vaatleme esimest juhtumit.
Sel juhul loob iga vooluelement dl ringi keskele elementaarse magnetilise induktsiooni dB, mis on kontuuri tasapinnaga risti, siis saab Biot-Savart-Laplace'i seadus kuju
Jääb üle vaid saadud avaldis kogu ringi pikkuse ulatuses integreerida
kus μ 0 on magnetkonstant, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – voolu tugevus juhis,
R on selle ringi raadius, millesse juht on rullitud.
Vaatleme teist juhtumit, kus magnetinduktsiooni arvutamise punkt asub sirgel X, mis on risti ringvooluga piiratud tasapinnaga.
Sel juhul induktsioon punktis R on elementaarinduktsioonide summa dB X, mis omakorda on projektsioon teljele X elementaarne induktsioon dB
Biot-Savart-Laplace'i seadust rakendades arvutame magnetinduktsiooni väärtuse
Nüüd integreerime selle avaldise kogu ringi pikkuses
kus μ 0 on magnetkonstant, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – voolu tugevus juhis,
R on selle ringi raadius, millesse juht veeretatakse,
x on kaugus punktist, kus magnetinduktsioon arvutatakse, ringi keskpunktini.
Nagu valemist x = 0 näha, muundub saadud avaldis ringvoolu keskpunktis magnetinduktsiooni valemiks.
Magnetinduktsiooni vektori tsirkulatsioon
Lihtsate magnetväljade magnetilise induktsiooni arvutamiseks piisab Biot-Savart-Laplace'i seadusest. Keerulisemate magnetväljadega, näiteks solenoidi või toroidi magnetväli, suureneb arvutuste arv ja valemite kohmakus aga oluliselt. Arvutuste lihtsustamiseks tutvustatakse magnetinduktsiooni vektori tsirkulatsiooni mõistet.
Kujutagem ette mõnda kontuuri l, mis on vooluga risti I. Igal hetkel R sellest vooluringist magnetinduktsioon IN suunatud tangentsiaalselt sellele kontuurile. Siis vektorite korrutis dl Ja IN kirjeldatakse järgmise väljendiga
Alates nurgast dφ piisavalt väike, siis vektorid dl B defineeritud kui kaare pikkus
Seega, teades sirge juhi magnetilist induktsiooni antud punktis, saame tuletada magnetilise induktsiooni vektori tsirkulatsiooni avaldise
Nüüd jääb üle vaid integreerida saadud avaldis kogu kontuuri pikkuses
Meie puhul ringleb magnetinduktsiooni vektor ümber ühe voolu, kuid mitme voolu korral muutub magnetinduktsiooni tsirkulatsiooni avaldis koguvoolu seaduseks, mis ütleb:
Magnetilise induktsiooni vektori tsirkulatsioon suletud ahelas on võrdeline antud ahelaga kaetud voolude algebralise summaga.
Solenoidi ja toroidi magnetväli
Kasutades koguvoolu ja magnetilise induktsiooni vektori tsirkulatsiooni seadust, on üsna lihtne määrata selliste keeruliste magnetväljade nagu solenoidi ja toroidi magnetilist induktsiooni.
Solenoid on silindriline mähis, mis koosneb silindrilise raami sisselülitamiseks keeratud juhi paljudest pööretest. Solenoidi magnetväli koosneb tegelikult mitmest ringvoolu magnetväljast, mille ühine telg on risti iga ringvoolu tasandiga.
Kasutame magnetinduktsiooni vektori tsirkulatsiooni ja kujutame ette tsirkulatsiooni piki ristkülikukujulist kontuuri 1-2-3-4 . Siis saab magnetilise induktsiooni vektori ringlus antud ahela jaoks sellise kuju
Kuna aladel 2-3 Ja 4-1 magnetinduktsiooni vektor on ahelaga risti, siis tsirkulatsioon on null. Asukoht sisse lülitatud 3-4 , mis on solenoidist oluliselt eemaldatud, siis võib seda ka ignoreerida. Siis, võttes arvesse koguvoolu seadust, on piisavalt suure pikkusega solenoidi magnetiline induktsioon selline
kus n on solenoidjuhi keerdude arv pikkuseühiku kohta,
I – solenoidi läbiv vool.
Toroid moodustatakse juhi kerimisel ümber rõngasraami. See disain on samaväärne paljude identsete ringvoolude süsteemiga, mille keskpunktid asuvad ringil.
Vaatleme näiteks raadiusega toroidi R, millele see on haavatud N traadi pöördeid. Iga traadi pöörde ümber võtame raadiusega kontuuri r, selle kontuuri kese langeb kokku toroidi keskpunktiga. Kuna magnetinduktsiooni vektor B on suunatud kontuurile tangentsiaalselt kontuuri igas punktis, siis on magnetinduktsiooni vektori tsirkulatsioon selline
kus r on magnetilise induktsiooni ahela raadius.
Toroidi seest läbiv vooluahel katab N vooluga I juhtme keerdu, siis toroidi koguvoolu seadus on kujul
kus n on juhi keerdude arv pikkuseühiku kohta,
r – magnetilise induktsiooni ahela raadius,
R on toroidi raadius.
Seega, kasutades koguvoolu seadust ja magnetinduktsiooni vektori tsirkulatsiooni, on võimalik arvutada suvaliselt keeruline magnetväli. Koguvoolu seadus annab õigeid tulemusi aga ainult vaakumis. Magnetinduktsiooni arvutamisel aines on vaja arvestada nn molekulaarvooludega. Seda arutatakse järgmises artiklis.
Teooria on hea, kuid ilma praktilise rakenduseta on see vaid sõnad.
Kas magnetvälja induktsiooni suurus sõltub keskkonnast, milles see tekib? Sellele küsimusele vastamiseks teeme järgmise katse. Määrakem esmalt jõud (vt. joon. 117), millega magnetväli mõjub õhuvooluga juhile (põhimõtteliselt tuleb seda teha vaakumis) ja seejärel sellele juhile mõjuva magnetvälja jõud, näiteks raudoksiidi pulbrit sisaldavas vees ( Joonisel on anum näidatud punktiirjoonega). Raudoksiidi keskkonnas mõjub magnetväli voolu juhtivale juhile suurema jõuga. Sel juhul on magnetvälja induktsiooni suurus suurem. On aineid, näiteks hõbe, vask, milles seda on vähem kui vaakumis. Magnetvälja induktsiooni suurus sõltub keskkonnast, milles see tekib.
Suurust, mis näitab, mitu korda on magnetvälja induktsioon antud keskkonnas suurem või väiksem kui magnetvälja induktsioon vaakumis, nimetatakse kandja magnetiline läbilaskvus. Kui keskkonna magnetvälja induktsioon on B ja vaakum on B 0, siis on keskkonna magnetiline läbilaskvus
Söötme magnetiline läbitavus μ on mõõtmeteta suurus. See on erinevate ainete puhul erinev. Niisiis, pehme terase jaoks - 2180, õhk - 1,00000036, vask - 0,999991 . Seda seletatakse asjaoluga, et erinevad ained magnetiseeritakse magnetväljas erinevalt.
Uurime välja, mis määrab voolu kandva sirge juhi magnetvälja induktsiooni. Traadi pöörde sirge lõigu A lähedale (joonis 122) asetame magnetvälja induktsiooni indikaatori C. Lülitame voolu sisse. Sektsiooni A magnetväli mõjub indikaatorraamile ja pöörab seda, mistõttu nõel kaldub nullasendist kõrvale. Muutes reostaadiga kaadris voolutugevust, märkame, et mitu korda suureneb juhi vool, suureneb indikaatori nõela läbipaine sama palju: V~I.
Hoides voolu konstantsena, suurendame juhtme ja raami vahelist kaugust. Indikaatori näidu järgi märkame, et magnetvälja induktsioon on pöördvõrdeline kaugusega juhist uuritava väljapunktini: V~ I/R. Magnetvälja induktsiooni suurus sõltub keskkonna magnetilistest omadustest - selle magnetilisest läbilaskvusest. Mida suurem on magnetiline läbilaskvus, seda suurem on magnetvälja induktsioon: B~μ.
Teoreetiliselt ja täpsemate katsete abil tegid prantsuse füüsikud Biot, Savard ja Laplace kindlaks, et väikese ristlõikega sirge traadi magnetvälja induktsiooni suurus homogeenses keskkonnas magnetilise läbilaskvusega μ kaugusel R on võrdne
Siin on μ 0 magnetkonstant. Leiame selle arvväärtuse ja nimetuse SI-süsteemist. Kuna magnetvälja induktsioon on samal ajal võrdne 
siis, võrdsustades need kaks valemit, saame
Siit ka magnetkonstant Ampri definitsioonist teame, et paralleeljuhtide segmendid pikkusega l = 1 m eemal olles R = 1 müksteisest, suhelda jõuga F = 2*10-7 n, kui vool läbib neid I = 1 a. Selle põhjal arvutame μ 0 (võttes μ = 1):
Nüüd selgitame välja, mis määrab magnetvälja induktsiooni mähises vooluga. Paneme kokku elektriahela (joonis 123). Asetades magnetvälja induktsiooni indikaatori raami mähise sisse, sulgeme ahela. Suurendades voolutugevust 2, 3 ja 4 korda, märkame, et magnetvälja induktsioon mähises suureneb vastavalt sama palju: V~I.
Olles määranud magnetvälja induktsiooni mähises, suurendame pöörete arvu pikkuseühiku kohta. Selleks ühendage kaks identset mähist järjestikku ja sisestage üks neist teise. Reostaadi abil seame voolutugevuse eelmisele tasemele. Sama mähise pikkuse l juures on keerdude arv n selles kahekordistunud ja selle tulemusena on keerdude arv pooli pikkuseühiku kohta kahekordistunud.
Kui viia magnetnõel voolu kandva sirge juhi lähedusse, kipub see olema risti juhi telge ja nõela pöörlemiskeskust läbiva tasapinnaga (joonis 67). See näitab, et nõel on allutatud erijõududele, mida nimetatakse magnetjõududeks. Teisisõnu, kui elektrivool läbib juhti, tekib selle ümber magnetväli. Magnetvälja võib käsitleda kui voolu juhtivaid juhte ümbritseva ruumi eriseisundit.
Kui lasta läbi kaardi jäme juht ja lasta sellest läbi elektrivool, siis kartongile valatud terasviilud paiknevad ümber juhi kontsentriliste ringidena, mis antud juhul kujutavad endast nn magnetjooni (joonis 68). . Saame pappi juhtmest üles või alla liigutada, kuid terasviilide asukoht ei muutu. Järelikult tekib juhi ümber kogu selle pikkuses magnetväli.
Kui asetada kartongile väikesed magnetnooled, siis juhis voolu suunda muutes on näha, et magnetnooled hakkavad pöörlema (joonis 69). See näitab, et magnetjoonte suund muutub koos juhi voolu suuna muutumisega.
Voolujuhti ümbritseval magnetväljal on järgmised tunnused: sirge juhi magnetjooned on kontsentriliste ringide kujuga; mida lähemal juhile, seda tihedamalt paiknevad magnetjooned, seda suurem on magnetinduktsioon; magnetinduktsioon (välja intensiivsus) sõltub juhi voolu suurusest; Magnetjoonte suund sõltub juhi voolu suunast.
Sektsioonis näidatud juhi voolu suuna näitamiseks on kasutusele võetud sümbol, mida kasutame edaspidi. Kui asetate mõtteliselt noole voolusuunalisse juhi sisse (joonis 70), siis juhis, milles vool on suunatud meist eemale, näeme noole sulgede saba (rist); kui vool on suunatud meie poole, siis näeme noole (punkti) otsa.
Voolujuhti ümbritsevate magnetjoonte suunda saab määrata "kinnitusreegliga". Kui parempoolse keermega klapp (korgitser) liigub voolu suunas edasi, siis kattub käepideme pöörlemissuund juhti ümbritsevate magnetjoonte suunaga (joonis 71).
Riis. 71. Voolujuhti ümbritsevate magnetjoonte suuna määramine nn.
Magnetnõel, mis on viidud voolu juhtiva juhi välja, asub piki magnetjooni. Seetõttu võite selle asukoha kindlaksmääramiseks kasutada ka „kinnitusreeglit“ (joonis 72).
Riis. 72. Vooluga juhtmesse viidud magnetnõela läbipainde suuna määramine "kinnitusreegli" järgi.
Magnetväli on elektrivoolu üks olulisemaid ilminguid ja seda ei saa saada iseseisvalt ja voolust eraldi.
Püsimagnetites tekitab magnetvälja ka elektronide liikumine, millest moodustuvad magneti aatomid ja molekulid.
Magnetvälja intensiivsus igas punktis määratakse magnetinduktsiooni suuruse järgi, mida tavaliselt tähistatakse tähega B. Magnetinduktsioon on vektorsuurus, see tähendab, et seda ei iseloomusta mitte ainult teatud väärtus, vaid ka kindel suund igas magnetvälja punktis. Magnetilise induktsiooni vektori suund langeb kokku magnetjoone puutujaga välja antud punktis (joonis 73).
Katseandmete üldistamise tulemusena tegid prantsuse teadlased Biot ja Savard kindlaks, et magnetilise induktsiooni B (magnetvälja intensiivsus) kaugusel r lõpmata pikast vooluga sirgest juhist määrab avaldis.
kus r on vaadeldavat väljapunkti läbiva ringi raadius; ringi kese on juhi teljel (2πr on ümbermõõt);
I on juhti läbiva voolu hulk.
Väärtust μ a, mis iseloomustab kandja magnetilisi omadusi, nimetatakse keskkonna absoluutseks magnetiliseks läbilaskvuseks.
Tühjuse puhul on absoluutsel magnetilisel läbilaskvusel minimaalne väärtus ja seda tähistatakse tavaliselt μ 0-ga ja seda nimetatakse tühjuse absoluutseks magnetiliseks läbilaskvuseks.
1 H = 1 ohm⋅sek.
Suhet μ a / μ 0, mis näitab, mitu korda on antud keskkonna absoluutne magnetiline läbilaskvus suurem kui tühjuse absoluutne magnetläbilaskvus, nimetatakse suhteliseks magnetiliseks läbilaskvuseks ja seda tähistatakse tähega μ.
Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI) kasutab magnetinduktsiooni B mõõtühikuid - tesla või weber ruutmeetri kohta (tl, wb/m2).
Inseneripraktikas mõõdetakse magnetilist induktsiooni tavaliselt gaussides (gs): 1 t = 10 4 gs.
Kui magnetvälja kõikides punktides on magnetinduktsiooni vektorid suuruselt võrdsed ja üksteisega paralleelsed, siis nimetatakse sellist välja ühtlaseks.
Magnetinduktsiooni B ja välja suunaga risti oleva pindala S korrutist (magnetinduktsiooni vektor) nimetatakse magnetinduktsiooni vektori vooks ehk lihtsalt magnetvooks ja seda tähistatakse tähega Φ (joon. 74):
Rahvusvaheline süsteem kasutab magnetvoo mõõtühikuna weberit (wb).
Tehnilistes arvutustes mõõdetakse magnetvoogu max süvendites (μs):
1 vb = 10 8 μs.
Magnetväljade arvutamisel kasutatakse ka suurust, mida nimetatakse magnetvälja tugevuseks (tähistatakse H). Magnetinduktsioon B ja magnetvälja tugevus H on omavahel seotud
Magnetvälja tugevuse mõõtühik on N - amper meetri kohta (a/m).
Magnetvälja tugevus homogeenses keskkonnas, aga ka magnetinduktsioon sõltuvad voolu suurusest, voolu läbivate juhtide arvust ja kujust. Kuid erinevalt magnetinduktsioonist ei võta magnetvälja tugevus arvesse keskkonna magnetiliste omaduste mõju.
Elektromagnetilised nähtused
Elektromagnetilised nähtused peegeldavad elektrivoolu ühendust magnetväljaga. Kõik nende füüsikalised seadused on hästi teada ja me ei püüa neid parandada; meie eesmärk on erinev: selgitada nende nähtuste füüsilist olemust.
Üks on meile juba selge: ei elekter ega magnetism ei saa eksisteerida ilma elektronideta; ja selles elektromagnetism juba avaldub. Rääkisime ka sellest, et voolu kandev mähis tekitab magnetvälja. Peatugem viimasel nähtusel ja selgitame, kuidas see juhtub.
Vaatame mähist otsast ja laseme elektrivoolul läbi selle vastupäeva voolata. Vool on elektronide voog, mis libiseb piki juhi pinda (ainult pinnal on avatud imemissooned). Elektronide voog kandub mööda külgnevat eetrit ja see hakkab liikuma ka vastupäeva. Juhiga külgneva eetri kiiruse määrab juhis olevate elektronide kiirus ja see omakorda sõltub eetri rõhu erinevusest (pooli elektripingest) ja voolupiirkonnast. dirigent. Voolu poolt kaasa kantud eeter mõjutab naaberkihte ning samuti liiguvad nad ringikujuliselt mähise sees ja väljaspool. Pöörleva eetri kiirus jaotub järgmiselt: selle suurim väärtus on loomulikult mähiste piirkonnas; keskpunkti poole nihutades väheneb see vastavalt lineaarsele seadusele, nii et päris keskel on see null; Pööretelt perifeeriasse eemaldudes väheneb ka kiirus, kuid mitte lineaarselt, vaid keerulisema seaduse järgi.
Voolu poolt keerutatud eetri makropööris hakkab elektrone orienteerima nii, et nad kõik pöörlevad, kuni nende pöörlemisteljed on pooli teljega paralleelsed; samal ajal pöörlevad nad mähise sees vastupäeva ja väljaspool seda - päripäeva; samal ajal kipuvad elektronid olema koaksiaalsed, see tähendab, et nad kogunevad magnetnööridesse. Elektronide orienteerumisprotsess võtab veidi aega ja selle lõppedes ilmub pooli sisse magnetkiir põhjapoolusega meie suunas ja poolist väljapoole, vastupidi, põhjapoolus on meist kaugel. Nii oleme tõestanud elektrotehnikas tuntud kruvi- või klambrireegli kehtivust, mis loob seose voolu suuna ja selle tekitatava magnetvälja suuna vahel.
Magnetjõu (pinge) igas magnetvälja punktis määrab eetri kiiruse muutus selles punktis, st kiiruse tuletis pooli keerdude kauguse suhtes.: Mida järsem on kiiruse muutus, seda suurem on pinge. Kui korreleerida pooli magnetjõud selle elektriliste ja geomeetriliste parameetritega, siis on sellel otsene sõltuvus vooluväärtusest ja pöördsõltuvus pooli läbimõõdust. Mida suurem on vool ja väiksem läbimõõt, seda rohkem on võimalusi koguda elektrone kindla pöörlemissuunaga nööridesse ja seda suurem on pooli magnetjõud. On juba öeldud, et keskkond võib magnetvälja tugevust suurendada või nõrgendada.
Alalisvoolu elektri magnetismiks muutmise protsess ei ole pöörduv: kui magnet asetada mähisesse, siis selles voolu ei teki. Magneti ümber eksisteeriva makropöörise energia on nii väike, et see ei suuda sundida elektrone nende jaoks väikseima takistusega mööda pöördeid liikuma. Meenutagem veel kord, et pöördprotsessis eetri makropööris, mis toimis vahendajana, orienteeris ainult elektrone ja ei midagi enamat, st kontrollis ainult magnetvälja ja välja tugevuse määras ühesuunaliste magnetnööride arv.
Kui viite magnetnõela lähedale, kipub see olema risti juhi telge ja nõela pöörlemiskeskust läbiva tasapinnaga. See näitab, et noolele mõjuvad eriväed, mida kutsutakse magnetjõud. Lisaks mõjule magnetnõelale mõjutab magnetväli liikuvaid laetud osakesi ja magnetväljas paiknevaid voolu juhtivaid juhte. Magnetväljas liikuvates juhtides või vahelduvas magnetväljas asuvates statsionaarsetes juhtides tekib induktiivne elektromotoorjõud (emf).
Magnetväli
Vastavalt ülaltoodule saame anda magnetvälja järgmise definitsiooni.
Magnetväli on üks elektromagnetvälja kahest poolest, mida ergastab liikuvate osakeste elektrilaeng ja elektrivälja muutused ning mida iseloomustab jõud liikuvatele nakatunud osakestele ja seega ka elektrivooludele.
Kui lasta läbi papi jäme juht ja lasta sellest läbi elektrivool, siis kartongile valatud terasviilud paiknevad ümber juhi kontsentriliste ringidena, mis antud juhul on nn magnetinduktsiooni jooned (joonis 1). . Saame pappi juhtmest üles või alla liigutada, kuid terasviilide asukoht ei muutu. Järelikult tekib juhi ümber kogu selle pikkuses magnetväli.
Kui panna papile väikesed magnetnooled, siis juhis voolu suunda muutes on näha, et magnetnooled hakkavad pöörlema (joonis 2). See näitab, et magnetiliste induktsiooniliinide suund muutub koos voolu suunaga juhis.
Voolujuhti ümbritsevatel magnetinduktsiooniliinidel on järgmised omadused: 1) sirge juhi magnetinduktsiooni jooned on kontsentriliste ringide kujuga; 2) mida lähemal juhile, seda tihedamalt paiknevad magnetinduktsiooni jooned; 3) magnetinduktsioon (välja intensiivsus) sõltub juhi voolu suurusest; 4) magnetinduktsiooni joonte suund sõltub voolu suunast juhis.
Sektsioonis näidatud juhi voolu suuna näitamiseks on kasutusele võetud sümbol, mida kasutame edaspidi. Kui asetate mõtteliselt juhi sisse noole voolu suunas (joonis 3), siis juhis, milles vool on suunatud meist eemale, näeme noole sulgede saba (rist); kui vool on suunatud meie poole, siis näeme noole (punkti) otsa.
Joonis 3. Juhtides oleva voolu suuna sümbol
Kinnitusreegel võimaldab teil määrata magnetiliste induktsiooniliinide suuna voolu juhtiva juhtme ümber. Kui parempoolse keermega klapp (korgitser) liigub voolu suunas edasi, siis langeb käepideme pöörlemissuund kokku juhtme ümber paiknevate magnetinduktsiooni joonte suunaga (joonis 4).
Voolu juhtiva juhi magnetvälja sisestatud magnetnõel asub piki magnetinduktsiooni jooni. Seetõttu võite selle asukoha kindlaksmääramiseks kasutada ka "kinnitusreeglit" (joonis 5). Magnetväli on elektrivoolu üks olulisemaid ilminguid ja seda ei saa saada iseseisvalt ja voolust eraldi.
 |  |
| Joonis 4. Magnetiliste induktsiooniliinide suuna määramine ümber voolu juhtiva juhtme, kasutades "kinnitusreeglit" | Joonis 5. Vooluga juhtmesse viidud magnetnõela kõrvalekalde suuna määramine "kinnitusreegli" järgi |
Magnetiline induktsioon
Magnetvälja iseloomustab magnetilise induktsiooni vektor, millel on seetõttu ruumis kindel suurus ja suund.
Magnetilise induktsiooni kvantitatiivse ekspressiooni katseandmete üldistamise tulemusena määrasid Biot ja Savart (joonis 6). Mõõtes erineva suuruse ja kujuga elektrivoolude magnetvälju magnetnõela läbipainde abil, jõudsid mõlemad teadlased järeldusele, et iga vooluelement loob endast teatud kaugusel magnetvälja, mille magnetiline induktsioon on Δ B on otseselt võrdeline pikkusega Δ l see element, voolava voolu suurus I, siinus nurga α voolu suuna ja raadiusvektori vahel, mis ühendab meiega huvipakkuvat väljapunkti antud vooluelemendiga ja on pöördvõrdeline selle raadiusvektori pikkuse ruuduga r:
Kus K– koefitsient, mis sõltub kandja magnetilistest omadustest ja valitud ühikute süsteemist.
ICSA absoluutses praktilises ratsionaliseeritud ühikute süsteemis
kus µ 0 – vaakumi magnetiline läbilaskvus või magnetkonstant MCSA süsteemis:
µ0 = 4 × π × 10-7 (henry/meeter);
Henry (gn) – induktiivsuse ühik; 1 gn = 1 ohm × sek.
µ – suhteline magnetiline läbilaskvus– mõõtmeteta koefitsient, mis näitab, mitu korda on antud materjali magnetiline läbilaskvus suurem vaakumi magnetilisest läbilaskvusest.
Magnetinduktsiooni mõõtme saab leida valemi abil
Volt-sekundit nimetatakse ka Weber (wb):
Praktikas on magnetilise induktsiooni ühik väiksem - gauss (gs):
Biot-Savarti seadus võimaldab meil arvutada lõpmata pika sirge juhi magnetinduktsiooni:
Kus A– kaugus juhist magnetilise induktsiooni määramise punktini.
Magnetvälja tugevus
Magnetilise induktsiooni suhet magnetilise läbitavuse korrutisesse µ × µ 0 nimetatakse magnetvälja tugevus ja on tähistatud tähega H:
B = H × µ × µ 0 .
Viimane võrrand seostab kahte magnetilist suurust: induktsiooni ja magnetvälja tugevust.
Leiame mõõtme H:
Mõnikord kasutatakse teist magnetvälja tugevuse mõõtühikut - Oersted (ee):
1 ee = 79,6 A/m ≈ 80 A/m ≈ 0,8 A/cm .
Magnetvälja tugevus H, nagu magnetinduktsioon B, on vektorsuurus.
Nimetatakse sirget puutujat, mille iga punkti kattub magnetinduktsiooni vektori suunaga magnetiline induktsioonliin või magnetiline induktsioonliin.
Magnetvoog
Magnetinduktsiooni korrutis välja suunaga risti oleva pindalaga (magnetinduktsiooni vektor) nimetatakse magnetinduktsiooni vektori voog või lihtsalt magnetvoog ja seda tähistatakse tähega F:
F = B × S .
Magnetvoo mõõde:
see tähendab, et magnetvoogu mõõdetakse volt-sekundites või weberites.
Magnetvoo väiksem ühik on Maxwell (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.
Video 1. Ampere'i hüpotees
Video 1. Ampere'i hüpotees
Video 2. Magnetism ja elektromagnetism