Ha en fin dag alle sammen. I den siste artikkelen snakket jeg om magnetfeltet og dvelet litt ved dets parametere. Denne artikkelen fortsetter emnet om magnetfeltet og er viet til en slik parameter som magnetisk induksjon. For å forenkle emnet, vil jeg snakke om magnetfeltet i et vakuum, siden forskjellige stoffer har forskjellige magnetiske egenskaper, og som et resultat er det nødvendig å ta hensyn til egenskapene deres.
Biot–Savart–Laplace-loven
Som et resultat av å studere magnetfeltene skapt av elektrisk strøm, kom forskerne til følgende konklusjoner:
- magnetisk induksjon skapt av elektrisk strøm er proporsjonal med styrken til strømmen;
- magnetisk induksjon avhenger av formen og størrelsen på lederen som den elektriske strømmen flyter gjennom;
- magnetisk induksjon på et hvilket som helst punkt i magnetfeltet avhenger av plasseringen av dette punktet i forhold til den strømførende lederen.
De franske forskerne Biot og Savard, som kom til slike konklusjoner, henvendte seg til den store matematikeren P. Laplace for å generalisere og utlede den grunnleggende loven om magnetisk induksjon. Han antok at induksjonen ved et hvilket som helst punkt av magnetfeltet skapt av en strømførende leder kan representeres som summen av de magnetiske induksjonene til elementære magnetiske felt som er skapt av en elementær del av en strømførende leder. Denne hypotesen ble loven om magnetisk induksjon, kalt Biot-Savart-Laplace-loven. For å vurdere denne loven, la oss skildre en strømførende leder og den magnetiske induksjonen den skaper
Magnetisk induksjon dB skapt av en elementær del av en leder dl.
Deretter magnetisk induksjon dB elementært magnetfelt som skapes av en seksjon av en leder dl, med strøm Jeg på et vilkårlig punkt R vil bli bestemt av følgende uttrykk
hvor I er strømmen som flyter gjennom lederen,
r er radiusvektoren trukket fra lederelementet til magnetfeltpunktet,
dl er minimumslederelementet som skaper induksjon dB,
k – proporsjonalitetskoeffisient, avhengig av referansesystemet, i SI k = μ 0 /(4π)
Fordi er et vektorprodukt, vil det endelige uttrykket for den elementære magnetiske induksjonen se slik ut
Dermed lar dette uttrykket oss finne den magnetiske induksjonen av magnetfeltet, som skapes av en leder med en strøm av vilkårlig form og størrelse ved å integrere høyre side av uttrykket
hvor symbolet l indikerer at integrasjon skjer langs hele lederens lengde.
Magnetisk induksjon av en rett leder
Som du vet, skaper det enkleste magnetfeltet en rett leder som elektrisk strøm flyter gjennom. Som jeg allerede sa i forrige artikkel, er kraftlinjene til et gitt magnetfelt konsentriske sirkler plassert rundt lederen.
For å bestemme magnetisk induksjon I rett ledning i et punkt R La oss introdusere litt notasjon. Siden punktet R er på avstand b fra ledningen, deretter avstanden fra et hvilket som helst punkt på ledningen til punktet R er definert som r = b/sinα. Deretter den korteste lengden på lederen dl kan beregnes fra følgende uttrykk
Som et resultat vil Biot–Savart–Laplace-loven for en rett ledning med uendelig lengde ha formen
hvor jeg er strømmen som flyter gjennom ledningen,
b er avstanden fra sentrum av ledningen til punktet der den magnetiske induksjonen beregnes.
Nå integrerer vi ganske enkelt det resulterende uttrykket over dα fra 0 til π.
Dermed vil det endelige uttrykket for magnetisk induksjon av en rett ledning med uendelig lengde være
I – strøm som flyter gjennom ledningen,
b er avstanden fra sentrum av lederen til punktet der induksjonen måles.
Magnetisk induksjon av ringen
Induksjonen av en rett ledning har en liten verdi og avtar med avstanden fra lederen, derfor brukes den praktisk talt ikke i praktiske enheter. De mest brukte magnetfeltene er de som skapes av en ledning viklet rundt en ramme. Derfor kalles slike felt magnetiske felt med sirkulær strøm. Det enkleste slike magnetiske felt er besatt av en elektrisk strøm som strømmer gjennom en leder, som har formen av en sirkel med radius R.
I dette tilfellet er to tilfeller av praktisk interesse: magnetfeltet i sentrum av sirkelen og magnetfeltet i punktet P, som ligger på sirkelaksen. La oss vurdere det første tilfellet.
I dette tilfellet skaper hvert strømelement dl en elementær magnetisk induksjon dB i sentrum av sirkelen, som er vinkelrett på konturens plan, da vil Biot-Savart-Laplace-loven ha formen
Alt som gjenstår er å integrere det resulterende uttrykket over hele lengden av sirkelen
hvor μ 0 er den magnetiske konstanten, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – strømstyrke i lederen,
R er radiusen til sirkelen som lederen rulles inn i.
La oss vurdere det andre tilfellet, når punktet der den magnetiske induksjonen beregnes ligger på den rette linjen X, som er vinkelrett på planet begrenset av den sirkulære strømmen.
I dette tilfellet, induksjon på punktet R vil være summen av elementære induksjoner dB X, som igjen er en projeksjon på aksen X elementær induksjon dB
Ved å anvende Biot-Savart-Laplace-loven beregner vi verdien av magnetisk induksjon
La oss nå integrere dette uttrykket over hele lengden av sirkelen
hvor μ 0 er den magnetiske konstanten, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – strømstyrke i lederen,
R er radiusen til sirkelen som lederen rulles inn i,
x er avstanden fra punktet der den magnetiske induksjonen beregnes til sentrum av sirkelen.
Som man kan se fra formelen for x = 0, forvandles det resulterende uttrykket til formelen for magnetisk induksjon i sentrum av den sirkulære strømmen.
Sirkulasjon av den magnetiske induksjonsvektoren
For å beregne magnetisk induksjon av enkle magnetiske felt er Biot-Savart-Laplace-loven tilstrekkelig. Men med mer komplekse magnetfelt, for eksempel magnetfeltet til en solenoid eller toroid, vil antallet beregninger og tungvintheten til formlene øke betydelig. For å forenkle beregninger introduseres konseptet med sirkulasjon av den magnetiske induksjonsvektoren.
La oss forestille oss en krets l, som er vinkelrett på strømmen Jeg. Når som helst R av denne kretsen, magnetisk induksjon I rettet tangentielt til denne konturen. Deretter produktet av vektorer dl Og I beskrives med følgende uttrykk
Siden vinkelen dφ liten nok, deretter vektorene dl B definert som buelengde
Ved å kjenne den magnetiske induksjonen til en rett leder ved et gitt punkt, kan vi utlede et uttrykk for sirkulasjonen til den magnetiske induksjonsvektoren
Nå gjenstår det bare å integrere det resulterende uttrykket over hele lengden av konturen
I vårt tilfelle sirkulerer den magnetiske induksjonsvektoren rundt en strøm, men når det gjelder flere strømmer, blir uttrykket for sirkulasjonen av magnetisk induksjon til loven om total strøm, som sier:
Sirkulasjonen til den magnetiske induksjonsvektoren i en lukket sløyfe er proporsjonal med den algebraiske summen av strømmene som den gitte sløyfen dekker.
Magnetisk felt av solenoid og toroid
Ved å bruke loven om totalstrøm og sirkulasjon av den magnetiske induksjonsvektoren, er det ganske enkelt å bestemme den magnetiske induksjonen til så komplekse magnetiske felt som for en solenoid og en toroid.
En solenoid er en sylindrisk spole som består av mange omdreininger av lederviklet sving for å slå på en sylindrisk ramme. Magnetfeltet til en solenoid består faktisk av flere magnetiske felt av en sirkulær strøm med en felles akse vinkelrett på planet til hver sirkulær strøm.
La oss bruke sirkulasjonen til den magnetiske induksjonsvektoren og forestille oss sirkulasjonen langs en rektangulær kontur 1-2-3-4 . Da vil sirkulasjonen til den magnetiske induksjonsvektoren for en gitt krets ha formen
Siden i områdene 2-3 Og 4-1 den magnetiske induksjonsvektoren er vinkelrett på kretsen, da er sirkulasjonen null. Plassering på 3-4 , som er betydelig fjernet fra solenoiden, så kan den også ignoreres. Deretter, tatt i betraktning loven om totalstrøm, vil den magnetiske induksjonen i en solenoid med tilstrekkelig stor lengde ha formen
hvor n er antall vindinger av solenoidlederen per lengdeenhet,
I – strøm som flyter gjennom solenoiden.
En toroid dannes ved å vikle en leder rundt en ringramme. Denne utformingen tilsvarer et system med mange identiske sirkulære strømmer, hvis sentre er plassert på en sirkel.
Som et eksempel, vurder en toroid med radius R, som den er såret på N svinger av ledning. Rundt hver sving av ledningen tar vi en radiuskontur r, sammenfaller midten av denne konturen med midten av toroid. Siden den magnetiske induksjonsvektoren B er rettet tangentielt til konturen i hvert punkt av konturen, vil sirkulasjonen til den magnetiske induksjonsvektoren ha formen
hvor r er radien til den magnetiske induksjonssløyfen.
Kretsen som passerer inne i toroiden dekker N ledningsvindinger med strøm I, så vil loven om den totale strømmen for toroiden ha formen
hvor n er antall vindinger av lederen per lengdeenhet,
r – radius til den magnetiske induksjonssløyfen,
R er radius til toroid.
Ved å bruke loven om totalstrøm og sirkulasjonen til den magnetiske induksjonsvektoren, er det mulig å beregne et vilkårlig komplekst magnetfelt. Loven om totalstrøm gir imidlertid riktige resultater bare i et vakuum. Når man beregner magnetisk induksjon i et stoff, er det nødvendig å ta hensyn til de såkalte molekylstrømmene. Dette vil bli diskutert i neste artikkel.
Teori er bra, men uten praktisk anvendelse er det bare ord.
Avhenger størrelsen på magnetfeltinduksjonen av miljøet den er dannet i? For å svare på dette spørsmålet, la oss gjøre følgende eksperiment. La oss først bestemme kraften (se fig. 117) som magnetfeltet virker med på en leder med strøm i luft (i prinsippet må dette gjøres i vakuum), og deretter kraften til magnetfeltet på denne lederen. for eksempel i vann som inneholder jernoksidpulver ( På figuren er karet vist med en stiplet linje). I et jernoksidmedium virker magnetfeltet på den strømførende lederen med større kraft. I dette tilfellet er størrelsen på magnetfeltinduksjonen større. Det er stoffer, for eksempel sølv, kobber, der det er mindre enn i et vakuum. Størrelsen på magnetfeltinduksjonen avhenger av miljøet den er dannet i.
En mengde som viser hvor mange ganger magnetfeltinduksjonen i et gitt medium er større eller mindre enn magnetfeltinduksjonen i et vakuum kalles magnetisk permeabilitet til mediet. Hvis induksjonen av magnetfeltet til mediet er B, og vakuumet er B 0, så er mediets magnetiske permeabilitet
Magnetisk permeabilitet til en medium μ er en dimensjonsløs størrelse. Det er forskjellig for forskjellige stoffer. Så, for bløtt stål - 2180, luft - 1,00000036, kobber - 0,999991 . Dette forklares med at ulike stoffer magnetiseres forskjellig i et magnetfelt.
La oss finne ut hva som bestemmer magnetfeltinduksjonen til en rett leder som fører strøm. I nærheten av den rette delen A av trådsvingen (fig. 122) vil vi plassere en indikator C for magnetfeltinduksjonen. La oss slå på strømmen. Magnetfeltet til seksjon A virker på indikatorrammen og roterer den, noe som får nålen til å avvike fra nullposisjonen. Ved å endre strømstyrken i rammen med en reostat, legger vi merke til at hvor mange ganger strømmen i lederen øker, øker avbøyningen av indikatornålen med samme mengde: V~I.
Ved å holde strømmen konstant, vil vi øke avstanden mellom lederen og rammen. I henhold til indikatoravlesningen legger vi merke til at magnetfeltinduksjonen er omvendt proporsjonal med avstanden fra lederen til feltpunktet som studeres: V~ I/R. Størrelsen på magnetfeltinduksjonen avhenger av de magnetiske egenskapene til mediet - på dets magnetiske permeabilitet. Jo større magnetisk permeabilitet, jo større magnetfeltinduksjon: B~μ.
Teoretisk og gjennom mer nøyaktige eksperimenter fastslo de franske fysikerne Biot, Savard og Laplace at størrelsen på magnetfeltinduksjonen til en rett ledning med lite tverrsnitt i et homogent medium med magnetisk permeabilitet μ i en avstand R fra den er lik.
Her er μ 0 den magnetiske konstanten. La oss finne dens numeriske verdi og navn i SI-systemet. Siden magnetfeltinduksjonen samtidig er lik 
så, ved å sette likhetstegn mellom disse to formlene, får vi
Derav den magnetiske konstanten Fra definisjonen av ampere vet vi at segmenter av parallelle ledere med en lengde l = 1 m mens du er på avstand R = 1 m fra hverandre, samhandle med kraft F = 2*10 -7 n, når strømmen går gjennom dem I = 1 a. Basert på dette, beregner vi μ 0 (forutsatt at μ = 1):
La oss nå finne ut hva som bestemmer induksjonen av magnetfeltet inne i en spole med strøm. La oss sette sammen en elektrisk krets (fig. 123). Ved å plassere maginne i spolen, lukker vi kretsen. Ved å øke strømstyrken med 2, 3 og 4 ganger legger vi merke til at magnetfeltinduksjonen inne i spolen øker tilsvarende med samme mengde: V~I.
Etter å ha bestemt magnetfeltinduksjonen inne i spolen, øker vi antall omdreininger per lengdeenhet. For å gjøre dette, koble to identiske spoler i serie og sett inn en av dem i den andre. Ved hjelp av en reostat vil vi sette den forrige nåværende styrken. Med samme spolelengde l har antall vindinger n i den doblet seg, og som en konsekvens av dette har antall vindinger per lengdeenhet for spole doblet seg.
Hvis du fører en magnetisk nål til en rett leder med strøm, vil den ha en tendens til å bli vinkelrett på planet som går gjennom lederens akse og rotasjonssenteret til nålen (fig. 67). Dette indikerer at nålen er utsatt for spesielle krefter kalt magnetiske krefter. Med andre ord, hvis en elektrisk strøm går gjennom en leder, vises et magnetisk felt rundt lederen. Et magnetfelt kan betraktes som en spesiell tilstand av rommet rundt strømførende ledere.
Hvis du fører en tykk leder gjennom et kort og sender en elektrisk strøm gjennom det, vil stålspåner som helles på pappen, bli plassert rundt lederen i konsentriske sirkler, som i dette tilfellet representerer de såkalte magnetiske linjene (fig. 68). . Vi kan flytte pappen opp eller ned i lederen, men plasseringen av stålfilene endres ikke. Følgelig oppstår et magnetisk felt rundt lederen langs hele dens lengde.
Hvis du plasserer små magnetiske piler på pappen, kan du ved å endre retningen på strømmen i lederen se at magnetpilene vil rotere (fig. 69). Dette viser at retningen til magnetlinjene endres med endringen i retningen til strømmen i lederen.
Magnetfeltet rundt en strømførende leder har følgende egenskaper: magnetlinjene til en rett leder har form av konsentriske sirkler; jo nærmere lederen, jo tettere de magnetiske linjene er plassert, jo større er den magnetiske induksjonen; magnetisk induksjon (feltintensitet) avhenger av størrelsen på strømmen i lederen; Retningen til de magnetiske linjene avhenger av retningen til strømmen i lederen.
For å vise retningen til strømmen i lederen vist i snitt, er det tatt i bruk et symbol som vi vil bruke i fremtiden. Hvis du mentalt plasserer en pil i en leder i retning av strømmen (fig. 70), så i en leder der strømmen er rettet bort fra oss, vil vi se halen av pilens fjær (et kryss); hvis strømmen rettes mot oss, vil vi se spissen av en pil (punkt).
Retningen til magnetiske linjer rundt en strømførende leder kan bestemmes av "gimlet-regelen." Hvis en gimlet (korketrekker) med en høyregjenger beveger seg fremover i strømmens retning, vil rotasjonsretningen til håndtaket falle sammen med retningen til magnetlinjene rundt lederen (fig. 71).
Ris. 71. Bestemme retningen til magnetiske linjer rundt en strømførende leder ved å bruke "gimlet-regelen"
En magnetisk nål introdusert i feltet til en strømførende leder er plassert langs magnetlinjene. Derfor, for å bestemme plasseringen, kan du også bruke "gimlet-regelen" (fig. 72).
Ris. 72. Bestemmelse av avbøyningsretningen til en magnetisk nål ført til en leder med strøm, i henhold til "gimlet-regelen"
Magnetfeltet er en av de viktigste manifestasjonene av elektrisk strøm og kan ikke oppnås uavhengig og separat fra strømmen.
I permanente magneter er magnetfeltet også forårsaket av bevegelse av elektroner som utgjør magnetens atomer og molekyler.
Intensiteten til magnetfeltet ved hvert punkt bestemmes av størrelsen på magnetisk induksjon, som vanligvis er betegnet med bokstaven B. Magnetisk induksjon er en vektormengde, det vil si at den er preget ikke bare av en viss verdi, men også av en bestemt retning i hvert punkt av magnetfeltet. Retningen til den magnetiske induksjonsvektoren sammenfaller med tangenten til magnetlinjen ved et gitt punkt i feltet (fig. 73).
Som et resultat av generalisering av eksperimentelle data, etablerte franske forskere Biot og Savard at magnetisk induksjon B (magnetisk feltintensitet) i en avstand r fra en uendelig lang rett leder med strøm bestemmes av uttrykket
hvor r er radiusen til sirkelen trukket gjennom feltpunktet som vurderes; sentrum av sirkelen er på lederens akse (2πr er omkretsen);
I er mengden strøm som flyter gjennom lederen.
Verdien μ a, som karakteriserer mediets magnetiske egenskaper, kalles mediets absolutte magnetiske permeabilitet.
For tomhet har den absolutte magnetiske permeabiliteten en minimumsverdi og betegnes vanligvis med μ 0 og kalles den absolutte magnetiske permeabiliteten for tomhet.
1 H = 1 ohm⋅sek.
Forholdet μ a / μ 0, som viser hvor mange ganger den absolutte magnetiske permeabiliteten til et gitt medium er større enn den absolutte magnetiske permeabiliteten for tomhet, kalles relativ magnetisk permeabilitet og betegnes med bokstaven μ.
Det internasjonale enhetssystemet (SI) bruker måleenhetene for magnetisk induksjon B - tesla eller weber per kvadratmeter (tl, wb/m2).
I ingeniørpraksis måles magnetisk induksjon vanligvis i gauss (gs): 1 t = 10 4 gs.
Hvis de magnetiske induksjonsvektorene på alle punkter i magnetfeltet er like store og parallelle med hverandre, kalles et slikt felt uniform.
Produktet av magnetisk induksjon B og området S vinkelrett på feltets retning (magnetisk induksjonsvektor) kalles fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren, eller ganske enkelt magnetisk fluks, og er betegnet med bokstaven Φ (fig. 74):
Det internasjonale systemet bruker weber (wb) som måleenhet for magnetisk fluks.
I tekniske beregninger måles magnetisk fluks i maksbrønner (μs):
1 vb = 10 8 μs.
Ved beregning av magnetiske felt brukes også en mengde som kalles magnetisk feltstyrke (betegnet H). Magnetisk induksjon B og magnetisk feltstyrke H er relatert av forholdet
Måleenheten for magnetisk feltstyrke er N - ampere per meter (a/m).
Magnetfeltstyrken i et homogent medium, samt magnetisk induksjon, avhenger av størrelsen på strømmen, antallet og formen på lederne som strømmen går gjennom. Men i motsetning til magnetisk induksjon, tar magnetisk feltstyrke ikke hensyn til påvirkningen av de magnetiske egenskapene til mediet.
Elektromagnetiske fenomener
Elektromagnetiske fenomener reflekterer forbindelsen mellom elektrisk strøm og et magnetfelt. Alle deres fysiske lover er velkjente, og vi vil ikke prøve å rette dem; målet vårt er annerledes: å forklare den fysiske naturen til disse fenomenene.
En ting er allerede klart for oss: verken elektrisitet eller magnetisme kan eksistere uten elektroner; og i denne er elektromagnetisme allerede manifestert. Vi snakket også om det en spole som fører strøm genererer et magnetfelt. La oss dvele ved det siste fenomenet og avklare hvordan det skjer.
La oss se på spolen fra enden, og la den elektriske strømmen flyte gjennom den mot klokken. Strøm er en strøm av elektroner som glir langs overflaten av en leder (bare på overflaten er det åpne sugespor). Strømmen av elektroner vil føre langs den tilstøtende eteren, og den vil også begynne å bevege seg mot klokken. Hastigheten til eteren ved siden av lederen vil bli bestemt av hastigheten til elektronene i lederen, og den vil i sin tur avhenge av forskjellen i etertrykk (på den elektriske spenningen på spolen) og av strømningsarealet til dirigenten. Eteren som føres bort av strømmen vil påvirke nabolagene, og de vil også bevege seg innenfor og utenfor spolen i en sirkel. Hastigheten til den virvlende eteren vil bli fordelt som følger: dens største verdi er selvfølgelig i området for spolene; når den forskyves mot sentrum, avtar den i henhold til en lineær lov, slik at den helt i sentrum vil være null; Når man beveger seg bort fra svingene til periferien, vil hastigheten også avta, men ikke lineært, men etter en mer kompleks lov.
Makrovirvelen til eteren virvlet av strømmen vil begynne å orientere elektronene på en slik måte at de alle vil rotere til deres rotasjonsakser er parallelle med spolens akse; på samme tid, inne i spolen vil de rotere mot klokken, og utenfor den - med klokken; samtidig vil elektronene ha en tendens til å være koaksiale, det vil si at de vil samles i magnetiske ledninger. Prosessen med elektronorientering vil ta litt tid, og etter fullføring vil en magnetisk stråle vises inne i spolen med nordpolen i vår retning, og utenfor spolen, tvert imot, vil nordpolen være langt unna oss. Dermed har vi bevist gyldigheten av skruen eller gimlet-regelen, kjent innen elektroteknikk, som etablerer en sammenheng mellom retningen til strømmen og retningen til magnetfeltet som genereres av den.
Den magnetiske kraften (spenningen) ved hvert punkt av magnetfeltet bestemmes av endringen i hastigheten til eteren på dette punktet, det vil si den deriverte av hastigheten med hensyn til avstanden fra spolens svinger: Jo brattere endringen i hastighet, desto større spenning. Hvis vi korrelerer den magnetiske kraften til spolen med dens elektriske og geometriske parametere, har den en direkte avhengighet av gjeldende verdi og en omvendt avhengighet av spolens diameter. Jo større strømmen er og jo mindre diameter, jo flere muligheter er det for å samle elektroner i ledninger med en bestemt rotasjonsretning og jo større vil den magnetiske kraften til spolen være. Det har allerede blitt sagt at magnetfeltstyrken kan forsterkes eller svekkes av mediet.
Prosessen med å konvertere likestrøm til magnetisme er ikke reversibel: hvis en magnet er plassert i en spole, oppstår det ingen strøm i den. Energien til makrovirvelen som finnes rundt magneten er så liten at den ikke er i stand til å tvinge elektroner til å bevege seg langs svingene med den minste motstanden for dem. La oss igjen huske at i omvendt prosess orienterte eterens makrovirvel, som fungerte som en mediator, bare elektronene, og ingenting mer, det vil si at den bare kontrollerte magnetfeltet, og feltets styrke ble bestemt av antall ensrettede magnetiske ledninger.
Hvis du bringer den magnetiske nålen nær, vil den ha en tendens til å bli vinkelrett på planet som går gjennom lederens akse og rotasjonssenteret til nålen. Dette indikerer at spesialstyrker virker på pilen, som kalles magnetiske krefter. I tillegg til effekten på magnetnålen, påvirker magnetfeltet bevegelige ladede partikler og strømførende ledere som befinner seg i magnetfeltet. I ledere som beveger seg i et magnetfelt, eller i stasjonære ledere plassert i et vekslende magnetfelt, oppstår en induktiv elektromotorisk kraft (emf).
Et magnetfelt
I samsvar med ovenstående kan vi gi følgende definisjon av et magnetfelt.
Et magnetfelt er en av de to sidene av det elektromagnetiske feltet, eksitert av de elektriske ladningene til partikler i bevegelse og endringer i det elektriske feltet og preget av en krafteffekt på bevegelige infiserte partikler, og derfor på elektriske strømmer.
Hvis du fører en tykk leder gjennom papp og sender en elektrisk strøm gjennom den, vil stålspålene som helles på pappen, være plassert rundt lederen i konsentriske sirkler, som i dette tilfellet er de såkalte magnetiske induksjonslinjene (Figur 1) . Vi kan flytte pappen opp eller ned i lederen, men plasseringen av stålfilene endres ikke. Følgelig oppstår et magnetisk felt rundt lederen langs hele dens lengde.
Hvis du legger små magnetiske piler på pappen, kan du ved å endre retningen på strømmen i lederen se at de magnetiske pilene vil rotere (Figur 2). Dette viser at retningen til magnetiske induksjonslinjer endres med strømretningen i lederen.
Magnetiske induksjonslinjer rundt en strømførende leder har følgende egenskaper: 1) magnetiske induksjonslinjer til en rett leder har form av konsentriske sirkler; 2) jo nærmere lederen, jo tettere er de magnetiske induksjonslinjene plassert; 3) magnetisk induksjon (feltintensitet) avhenger av størrelsen på strømmen i lederen; 4) retningen til magnetiske induksjonslinjer avhenger av retningen til strømmen i lederen.
For å vise retningen til strømmen i lederen vist i snitt, er det tatt i bruk et symbol som vi vil bruke i fremtiden. Hvis du mentalt plasserer en pil i lederen i retning av strømmen (Figur 3), så i lederen der strømmen er rettet bort fra oss, vil vi se halen på pilens fjær (et kryss); hvis strømmen rettes mot oss, vil vi se spissen av en pil (punkt).
Figur 3. Symbol for strømretning i ledere
Gimlet-regelen lar deg bestemme retningen til magnetiske induksjonslinjer rundt en strømførende leder. Hvis en gimlet (korketrekker) med en høyregjenger beveger seg fremover i strømmens retning, vil rotasjonsretningen til håndtaket falle sammen med retningen til de magnetiske induksjonslinjene rundt lederen (Figur 4).
En magnetisk nål introdusert i magnetfeltet til en strømførende leder er plassert langs de magnetiske induksjonslinjene. Derfor, for å bestemme plasseringen, kan du også bruke "gimlet-regelen" (Figur 5). Magnetfeltet er en av de viktigste manifestasjonene av elektrisk strøm og kan ikke oppnås uavhengig og separat fra strømmen.
 |  |
| Figur 4. Bestemme retningen til magnetiske induksjonslinjer rundt en strømførende leder ved å bruke "gimlet-regelen" | Figur 5. Bestemme avviksretningen til en magnetisk nål brakt til en leder med strøm, i henhold til "gimlet-regelen" |
Magnetisk induksjon
Et magnetfelt kjennetegnes av en magnetisk induksjonsvektor, som derfor har en viss størrelse og en viss retning i rommet.
Et kvantitativt uttrykk for magnetisk induksjon som et resultat av generalisering av eksperimentelle data ble etablert av Biot og Savart (figur 6). Ved å måle magnetfeltene til elektriske strømmer av forskjellige størrelser og former ved avbøyning av den magnetiske nålen, kom begge forskerne til den konklusjon at hvert strømelement skaper et magnetfelt i en viss avstand fra seg selv, hvis magnetiske induksjon er Δ B er direkte proporsjonal med lengden Δ l dette elementet, størrelsen på den flytende strømmen Jeg, sinusen til vinkelen α mellom retningen til strømmen og radiusvektoren som forbinder feltet av interesse for oss med et gitt strømelement, og er omvendt proporsjonal med kvadratet av lengden til denne radiusvektoren r:
Hvor K– koeffisient avhengig av mediets magnetiske egenskaper og av det valgte enhetssystemet.
I det absolutte praktiske rasjonaliserte systemet av enheter av ICSA
hvor µ 0 – magnetisk permeabilitet av vakuum eller magnetisk konstant i MCSA-systemet:
u0 = 4 × π × 10-7 (henry/meter);
Henry (gn) – induktansenhet; 1 gn = 1 ohm × sek.
µ – relativ magnetisk permeabilitet– en dimensjonsløs koeffisient som viser hvor mange ganger den magnetiske permeabiliteten til et gitt materiale er større enn den magnetiske permeabiliteten til vakuum.
Dimensjonen til magnetisk induksjon kan bli funnet ved hjelp av formelen
Volt-sekund kalles også Weber (wb):
I praksis er det en mindre enhet for magnetisk induksjon - gauss (gs):
Biot-Savarts lov tillater oss å beregne den magnetiske induksjonen til en uendelig lang rett leder:
Hvor EN– avstanden fra lederen til punktet der den magnetiske induksjonen bestemmes.
Magnetisk feltstyrke
Forholdet mellom magnetisk induksjon og produktet av magnetiske permeabiliteter µ × µ 0 kalles magnetisk feltstyrke og er betegnet med bokstaven H:
B = H × µ × µ 0 .
Den siste ligningen relaterer to magnetiske størrelser: induksjon og magnetisk feltstyrke.
La oss finne dimensjonen H:
Noen ganger brukes en annen måleenhet for magnetisk feltstyrke - Oersted (eh):
1 eh = 79,6 EN/m ≈ 80 EN/m ≈ 0,8 EN/cm .
Magnetisk feltstyrke H, som magnetisk induksjon B, er en vektormengde.
En linje tangent til hvert punkt som sammenfaller med retningen til den magnetiske induksjonsvektoren kalles magnetisk induksjonslinje eller magnetisk induksjonslinje.
Magnetisk fluks
Produktet av magnetisk induksjon ved arealet vinkelrett på feltets retning (magnetisk induksjonsvektor) kalles fluks av den magnetiske induksjonsvektoren eller rett og slett magnetisk fluks og er betegnet med bokstaven F:
F = B × S .
Magnetisk fluksdimensjon:
det vil si at magnetisk fluks måles i volt-sekunder eller webers.
Den minste enheten for magnetisk fluks er Maxwell (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.
Video 1. Amperes hypotese
Video 1. Amperes hypotese
Video 2. Magnetisme og elektromagnetisme