Obliczmy pole wytworzone przez prąd przepływający przez cienki, prosty drut o nieskończonej długości.
Indukcja pola magnetycznego w dowolnym punkcie A(Rys. 6.12) utworzony przez element przewodzący D l , będzie równe
Ryż. 6.12. Pole magnetyczne prostego przewodnika
Pola pochodzące od różnych elementów mają ten sam kierunek (styczny do okręgu o promieniu R, leżącej w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika). Oznacza to, że możemy dodawać (integrować) wartości bezwzględne
|
|
Wyraźmy R i grzech poprzez zmienną całkującą l
|
|
Następnie (6.7) można przepisać jako
Zatem,
Obraz linii pola magnetycznego nieskończenie długiego, prostego przewodnika, w którym płynie prąd, pokazano na rys. 6.13.
Ryż. 6.13. Linie pola magnetycznego prostoliniowego przewodnika, w którym płynie prąd:
1 - widok z boku; 2, 3 - przekrój przewodnika przez płaszczyznę prostopadłą do przewodnika
Ryż. 6.14. Oznaczenia kierunku prądu w przewodniku
Aby wskazać kierunek prądu w przewodniku prostopadłym do płaszczyzny rysunku, zastosujemy następujący zapis (ryc. 6.14):
Przypomnijmy sobie wyrażenie na natężenie pola elektrycznego cienkiej nici naładowanej liniową gęstością ładunku
Podobieństwo wyrażeń jest oczywiste: taką samą zależność mamy od odległości od nici (prądu), liniową gęstość ładunku zastąpiono siłą prądu. Ale kierunki pól są różne. W przypadku gwintu pole elektryczne jest kierowane wzdłuż promieni. Linie pola magnetycznego nieskończonego prostoliniowego przewodnika, w którym płynie prąd, tworzą układ koncentrycznych okręgów otaczających przewodnik. Kierunki linii energetycznych tworzą układ prawoskrętny z kierunkiem prądu.
Na ryc. Rysunek 6.15 przedstawia eksperyment polegający na badaniu rozkładu linii pola magnetycznego wokół prostego przewodnika, w którym płynie prąd. Gruby miedziany przewodnik przechodzi przez otwory w przezroczystej płycie, na którą wysypywane są opiłki żelaza. Po włączeniu prądu stałego o natężeniu 25 A i uderzeniu w płytę trociny tworzą łańcuchy, które powtarzają kształt linii pola magnetycznego.
Wokół prostego drutu prostopadłego do płytki obserwuje się pierścieniowe linie sił, rozmieszczone najgęściej w pobliżu drutu. W miarę oddalania się od niego pole się zmniejsza.
Ryż. 6.15. Wizualizacja linii pola magnetycznego wokół prostego przewodnika
Na ryc. Rysunek 6.16 przedstawia eksperymenty mające na celu badanie rozkładu linii pola magnetycznego wokół przewodów przecinających tekturową płytkę. Opiłki żelaza nasypane na płytę układają się wzdłuż linii pola magnetycznego.
Ryż. 6.16. Rozkład linii pola magnetycznego
w pobliżu przecięcia jednego, dwóch lub kilku drutów z płytką
Możesz pokazać, jak korzystać z prawa Ampera, wyznaczając pole magnetyczne w pobliżu drutu. Zadajmy pytanie: jakie jest pole na zewnątrz długiego prostego drutu o przekroju cylindrycznym? Przyjmiemy jedno założenie, może nie tak oczywiste, ale jednak słuszne: linie pola B krążą wokół drutu po okręgu. Jeśli przyjmiemy to założenie, wówczas prawo Ampera [równanie (13.16)] mówi nam, jaka jest wielkość pola. Ze względu na symetrię zagadnienia pole B ma tę samą wartość we wszystkich punktach okręgu koncentrycznego z drutem (rys. 13.7). Wtedy możemy łatwo przyjąć całkę liniową z B·ds. Jest to po prostu równe wartości B pomnożonej przez obwód. Jeżeli promień okręgu wynosi R, To
Całkowity prąd płynący przez pętlę to po prostu prąd / w przewodzie, więc
Natężenie pola magnetycznego zmniejsza się odwrotnie proporcjonalnie do R, odległość od osi drutu. W razie potrzeby równanie (13.17) można zapisać w postaci wektorowej. Przypominając, że B jest skierowane prostopadle zarówno do I, jak i r, mamy
Podkreśliliśmy współczynnik 1/4πε 0 za pomocą 2, ponieważ pojawia się on często. Warto pamiętać, że jest to dokładnie 10 – 7 (w jednostkach SI), gdyż do tego służy równanie postaci (13.17) definicje jednostki prądu, amper. W odległości 1 M prąd o natężeniu 1 A wytwarza pole magnetyczne o wartości 2,10 - 7 Webera/m2.
Ponieważ prąd wytwarza pole magnetyczne, będzie działał z pewną siłą na sąsiedni przewód, przez który również przepływa prąd. w rozdz. 1 opisaliśmy proste doświadczenie pokazujące siły występujące pomiędzy dwoma przewodami, przez które przepływa prąd. Jeżeli przewody są równoległe, to każdy z nich jest prostopadły do pola B drugiego przewodu; wtedy druty będą się odpychać lub przyciągać. Gdy prąd płynie w jednym kierunku, druty przyciągają się, gdy prąd płynie w przeciwnych kierunkach, odpychają się.
Weźmy inny przykład, który można również przeanalizować za pomocą prawa Ampera, jeśli dodamy również informacje o naturze pola. Niech będzie długi drut zwinięty w ciasną spiralę, której przekrój pokazano na ryc. 13.8. Ta spirala nazywa się Elektrozawór. Obserwujemy eksperymentalnie, że gdy długość elektromagnesu jest bardzo duża w porównaniu do średnicy, pole na zewnątrz jest bardzo małe w porównaniu z polem wewnątrz. Wykorzystując tylko ten fakt i prawo Ampera, można znaleźć wielkość pola wewnątrz.
Od pola pozostaje wewnątrz (i ma zerową rozbieżność), jego linie powinny przebiegać równolegle do osi, jak pokazano na ryc. 13.8. W takim przypadku możemy zastosować prawo Ampera dla prostokątnej „krzywej” G na rysunku. Ta krzywa przebiega na odległość L
wewnątrz solenoidu, gdzie pole jest, powiedzmy, równe Bo, następnie przechodzi pod kątem prostym do pola i wraca wzdłuż zewnętrznego obszaru, gdzie pole można pominąć. Całka liniowa B wzdłuż tej krzywej jest dokładnie równa Przy 0 L, i to musi być równe 1/ε 0 c 2 razy całkowity prąd wewnątrz G, tj. NI(gdzie N jest liczbą zwojów elektromagnesu na długości L).
Mamy
Lub wchodząc N- Liczba tur na jednostkę długości elektromagnes (tzw N=
N/L),
dostajemy
Co dzieje się z liniami B, gdy dotrą do końca elektromagnesu? Najwyraźniej w jakiś sposób się rozchodzą i wracają do elektromagnesu z drugiego końca (ryc. 13.9). Dokładnie to samo pole obserwuje się na zewnątrz pręta magnetycznego. dobrze więc co to jest magnes? Nasze równania mówią, że pole B powstaje w wyniku obecności prądów. Wiemy też, że zwykłe pręty żelazne (a nie baterie czy generatory) również wytwarzają pola magnetyczne. Można się spodziewać, że po prawej stronie (13.12) lub (16.13) znajdą się inne terminy reprezentujące „gęstość namagnesowanego żelaza” lub inną podobną wielkość. Ale nie ma takiego członka. Nasza teoria mówi, że działanie magnetyczne żelaza wynika z pewnych prądów wewnętrznych, które zostały już uwzględnione w członie j.
Materia jest bardzo złożona, jeśli spojrzeć na nią z głębokiego punktu widzenia; Byliśmy o tym przekonani już wtedy, gdy próbowaliśmy zrozumieć dielektryki. Aby nie zakłócać naszej prezentacji, szczegółowe omówienie wewnętrznego mechanizmu materiałów magnetycznych, takich jak żelazo, odłożymy na później. Na razie musimy zaakceptować fakt, że wszelki magnetyzm powstaje w wyniku działania prądów i że w magnesie trwałym występują stałe prądy wewnętrzne. W przypadku żelaza prądy te są wytwarzane przez elektrony obracające się wokół własnych osi. Każdy elektron ma spin odpowiadający niewielkiemu prądowi krążącemu. Jeden elektron nie wytwarza oczywiście dużego pola magnetycznego, ale zwykły kawałek materii zawiera miliardy elektronów. Zwykle obracają się w jakikolwiek sposób, aby ogólny efekt zniknął. Zaskakujące jest to, że w kilku substancjach, takich jak żelazo, większość elektronów obraca się wokół osi skierowanych w jednym kierunku - w żelazie w tym wspólnym ruchu biorą udział po dwa elektrony z każdego atomu. Magnes zawiera dużą liczbę elektronów wirujących w tym samym kierunku i, jak zobaczymy, ich łączny efekt jest równoważny prądowi krążącemu po powierzchni magnesu. (Jest to bardzo podobne do tego, co znajdujemy w dielektrykach — równomiernie spolaryzowany dielektryk jest równoważny rozkładowi ładunków na jego powierzchni.) Nie jest zatem przypadkiem, że magnes sztabkowy jest odpowiednikiem solenoidu.
Jeśli przyłożysz igłę magnetyczną do prostego przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny, będzie on miał tendencję do ustawiania się prostopadle do płaszczyzny przechodzącej przez oś przewodnika i środek obrotu igły. Oznacza to, że na igłę działają specjalne siły zwane siłami magnetycznymi. Oprócz wpływu na igłę magnetyczną, pole magnetyczne oddziałuje na poruszające się naładowane cząstki i znajdujące się w polu magnetycznym przewodniki przewodzące prąd. W przewodnikach poruszających się w polu magnetycznym lub w przewodnikach stacjonarnych znajdujących się w zmiennym polu magnetycznym występuje emisja indukcyjna. ds.
|
Zgodnie z powyższym możemy podać następującą definicję pola magnetycznego.
Pole magnetyczne to jedna z dwóch stron pola elektromagnetycznego, wzbudzana przez ładunki elektryczne poruszających się cząstek i zmiany pola elektrycznego i charakteryzująca się wpływem siły na poruszające się naładowane cząstki, a tym samym na prądy elektryczne.
Jeśli przepuścimy gruby przewodnik przez tekturę i przepuścimy przez nią prąd elektryczny, to stalowe opiłki nasypane na tekturę będą rozmieszczone wokół przewodnika w koncentrycznych okręgach, które w tym przypadku stanowią tzw. linie indukcji magnetycznej (ryc. 78). ). Możemy przesuwać karton w górę lub w dół przewodnika, ale położenie stalowych opiłków nie ulegnie zmianie. W rezultacie wokół przewodnika na całej jego długości powstaje pole magnetyczne.
Jeśli umieścisz małe strzałki magnetyczne na tekturze, to zmieniając kierunek prądu w przewodniku, zobaczysz, że strzałki magnetyczne będą się obracać (ryc. 79). Pokazuje to, że kierunek linii indukcji magnetycznej zmienia się wraz z kierunkiem prądu w przewodniku.
Linie indukcji magnetycznej wokół przewodnika z prądem mają następujące właściwości: 1) linie indukcji magnetycznej przewodnika prostego mają kształt koncentrycznych okręgów; 2) im bliżej przewodnika, tym gęstsze są linie indukcji magnetycznej; 3) indukcja magnetyczna (natężenie pola) zależy od wielkości prądu w przewodniku; 4) kierunek linii indukcji magnetycznej zależy od kierunku prądu w przewodniku.
|
Kierunek linii indukcji magnetycznej wokół przewodnika z prądem można określić za pomocą „reguły świdra:”. Jeżeli świder (korkociąg) z gwintem prawoskrętnym porusza się translacyjnie w kierunku prądu, to kierunek obrotu rączki będzie pokrywał się z kierunkiem linii indukcji magnetycznej wokół przewodnika (ryc. 81),
Wzdłuż linii indukcji magnetycznej umieszczona jest igła magnetyczna wprowadzona w pole przewodnika z prądem. Dlatego do określenia jego lokalizacji można również zastosować „regułę świdra” (ryc. 82). Pole magnetyczne jest jednym z najważniejszych przejawów prądu elektrycznego i nie może nim być
Uzyskiwane niezależnie i oddzielnie od prądu. Pole magnetyczne charakteryzuje się wektorem indukcji magnetycznej, który w związku z tym ma określoną wielkość i określony kierunek w przestrzeni.
|
Biot i Savart ustalili ilościowe wyrażenie indukcji magnetycznej w wyniku uogólnienia danych eksperymentalnych (ryc. 83). Mierząc pola magnetyczne prądów elektrycznych o różnej wielkości i kształcie poprzez odchylenie igły magnetycznej, obaj naukowcy doszli do wniosku, że każdy element prądu wytwarza w pewnej odległości od siebie pole magnetyczne, którego indukcja magnetyczna AB jest wprost proporcjonalna do długość A1 tego elementu, wielkość płynącego prądu I, kąt sinusoidalny a pomiędzy kierunkiem prądu a wektorem promienia łączącym interesujący nas punkt pola z danym elementem prądu i jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu długość tego wektora promienia r:
Henry (h) - jednostka indukcyjności; 1 gn = 1 om sek.
- względna przenikalność magnetyczna - bezwymiarowy współczynnik pokazujący, ile razy przenikalność magnetyczna danego materiału jest większa od przenikalności magnetycznej pustki. Wymiar indukcji magnetycznej można znaleźć za pomocą wzoru
Volt-sekunda jest inaczej nazywana Weberem (vb):
|
W praktyce istnieje mniejsza jednostka indukcji magnetycznej - gaus (gs):
Prawo Biota i Savarta pozwala nam obliczyć indukcję magnetyczną nieskończenie długiego prostego przewodnika:
gdzie jest odległość od przewodnika do punktu, w którym jest określana
Indukcja magnetyczna. Stosunek indukcji magnetycznej do iloczynu przenikalności magnetycznej nazywa się natężeniem pola magnetycznego i oznacza się literą H:
Ostatnie równanie wiąże dwie wielkości magnetyczne: indukcję i natężenie pola magnetycznego. Znajdźmy wymiar H:
Czasami używają innej jednostki napięcia - oersted (er):
1 er = 79,6 roku/m = 0,796 roku/cm.
Natężenie pola magnetycznego H, podobnie jak indukcja magnetyczna B, jest wielkością wektorową.
Linia styczna do każdego punktu, która pokrywa się z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej, nazywana jest linią indukcji magnetycznej lub linią indukcji magnetycznej.
Iloczyn indukcji magnetycznej i wielkości obszaru prostopadłego do kierunku pola (wektor indukcji magnetycznej) nazywany jest strumieniem wektora indukcji magnetycznej lub po prostu strumieniem magnetycznym i jest oznaczony literą F:
Wymiar strumienia magnetycznego:
tj. strumień magnetyczny mierzony jest w woltosekundach lub weberach. Mniejszą jednostką strumienia magnetycznego jest maxwell (µs):
1 tydzień = 108 µs. 1 μs = 1 gf cm2.
Jeśli zbliżysz igłę magnetyczną, będzie ona miała tendencję do ustawiania się prostopadle do płaszczyzny przechodzącej przez oś przewodnika i środek obrotu igły. Oznacza to, że na strzałkę działają siły specjalne, które są tzw siły magnetyczne. Oprócz wpływu na igłę magnetyczną, pole magnetyczne oddziałuje na poruszające się naładowane cząstki i znajdujące się w polu magnetycznym przewodniki przewodzące prąd. W przewodnikach poruszających się w polu magnetycznym lub w przewodnikach stacjonarnych znajdujących się w zmiennym polu magnetycznym powstaje indukcyjna siła elektromotoryczna (SEM).
Pole magnetyczne
Zgodnie z powyższym możemy podać następującą definicję pola magnetycznego.
Pole magnetyczne to jedna z dwóch stron pola elektromagnetycznego, wzbudzana przez ładunki elektryczne poruszających się cząstek i zmiany pola elektrycznego i charakteryzująca się działaniem siły na poruszające się zakażone cząstki, a tym samym na prądy elektryczne.
Jeśli przepuścimy gruby przewodnik przez tekturę i przepuścimy przez nią prąd elektryczny, to stalowe opiłki nasypane na tekturę będą rozmieszczone wokół przewodnika w koncentrycznych okręgach, które w tym przypadku stanowią tzw. linie indukcji magnetycznej (rysunek 1). . Możemy przesuwać karton w górę lub w dół przewodnika, ale położenie stalowych opiłków nie ulegnie zmianie. W rezultacie wokół przewodnika na całej jego długości powstaje pole magnetyczne.
Jeśli umieścisz małe strzałki magnetyczne na kartonie, to zmieniając kierunek prądu w przewodniku, zobaczysz, że strzałki magnetyczne będą się obracać (rysunek 2). Pokazuje to, że kierunek linii indukcji magnetycznej zmienia się wraz z kierunkiem prądu w przewodniku.
Linie indukcji magnetycznej wokół przewodnika z prądem mają następujące właściwości: 1) linie indukcji magnetycznej przewodnika prostego mają kształt koncentrycznych okręgów; 2) im bliżej przewodnika, tym gęstsze są linie indukcji magnetycznej; 3) indukcja magnetyczna (natężenie pola) zależy od wielkości prądu w przewodniku; 4) kierunek linii indukcji magnetycznej zależy od kierunku prądu w przewodniku.
Aby pokazać kierunek prądu w przewodniku pokazanym na przekroju, przyjęto symbol, który będziemy stosować w przyszłości. Jeśli mentalnie umieścisz strzałkę w przewodniku w kierunku prądu (ryc. 3), to w przewodniku, w którym prąd jest skierowany od nas, zobaczymy ogon piór strzały (krzyż); jeśli prąd jest skierowany w naszą stronę, zobaczymy czubek strzałki (punkt).
Rysunek 3. Symbol kierunku prądu w przewodnikach
Reguła świdra pozwala określić kierunek linii indukcji magnetycznej wokół przewodnika z prądem. Jeśli świder (korkociąg) z gwintem prawoskrętnym przesunie się do przodu w kierunku prądu, wówczas kierunek obrotu rączki będzie pokrywał się z kierunkiem linii indukcji magnetycznej wokół przewodnika (rysunek 4).
Wzdłuż linii indukcji magnetycznej umieszczona jest igła magnetyczna wprowadzona w pole magnetyczne przewodnika z prądem. Dlatego do określenia jego lokalizacji można także posłużyć się „regułą świdra” (ryc. 5). Pole magnetyczne jest jednym z najważniejszych przejawów prądu elektrycznego i nie można go uzyskać niezależnie i oddzielnie od prądu.
 |   |
| Rysunek 4. Wyznaczanie kierunku linii indukcji magnetycznej wokół przewodnika z prądem za pomocą „reguły świdra” | Rysunek 5. Wyznaczanie kierunku odchylenia igły magnetycznej doprowadzonej do przewodnika z prądem, zgodnie z „regułą świdra” |
Indukcja magnetyczna
Pole magnetyczne charakteryzuje się wektorem indukcji magnetycznej, który w związku z tym ma określoną wielkość i określony kierunek w przestrzeni.
Biot i Savart ustalili ilościowe wyrażenie indukcji magnetycznej w wyniku uogólnienia danych eksperymentalnych (ryc. 6). Mierząc pola magnetyczne prądów elektrycznych o różnych rozmiarach i kształtach poprzez odchylenie igły magnetycznej, obaj naukowcy doszli do wniosku, że każdy element prądu wytwarza w pewnej odległości od siebie pole magnetyczne, którego indukcja magnetyczna wynosi Δ B jest wprost proporcjonalna do długości Δ l ten element, wielkość przepływającego prądu I, sinus kąta α pomiędzy kierunkiem prądu a wektorem promienia łączącym interesujący nas punkt pola z danym elementem prądu i jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu długości tego wektora promienia R:
Gdzie K– współczynnik zależny od właściwości magnetycznych ośrodka i wybranego układu jednostek.
W absolutnym praktycznym zracjonalizowanym systemie jednostek ICSA
gdzie µ 0 – przenikalność magnetyczna próżni lub stała magnetyczna w układzie MCSA:
µ 0 = 4 × π × 10 -7 (henr/metr);
Henz (gn) – jednostka indukcyjności; 1 gn = 1 om × sek.
µ – względna przenikalność magnetyczna– bezwymiarowy współczynnik pokazujący, ile razy przenikalność magnetyczna danego materiału jest większa od przenikalności magnetycznej próżni.
Wymiar indukcji magnetycznej można znaleźć za pomocą wzoru
Nazywa się także wolt-sekundą Webera (wb):
W praktyce istnieje mniejsza jednostka indukcji magnetycznej - gaus (gs):
Prawo Biota-Savarta pozwala nam obliczyć indukcję magnetyczną nieskończenie długiego prostego przewodnika:
Gdzie A– odległość przewodnika od punktu, w którym wyznaczana jest indukcja magnetyczna.
Siła pola magnetycznego
Nazywa się stosunek indukcji magnetycznej do iloczynu przenikalności magnetycznej µ × µ 0 siła pola magnetycznego i jest oznaczony literą H:
B = H × µ × µ 0 .
Ostatnie równanie wiąże dwie wielkości magnetyczne: indukcję i natężenie pola magnetycznego.
Znajdźmy wymiar H:
Czasami używana jest inna jednostka miary natężenia pola magnetycznego - Ersted (eee):
1 eee = 79,6 A/M ≈ 80 A/M ≈ 0,8 A/cm .
Siła pola magnetycznego H jak indukcja magnetyczna B, jest wielkością wektorową.
Nazywa się linię styczną do każdego punktu, która pokrywa się z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej linia indukcji magnetycznej Lub linia indukcji magnetycznej.
Strumień magnetyczny
Nazywa się iloczynem indukcji magnetycznej przez obszar prostopadły do kierunku pola (wektor indukcji magnetycznej). strumień wektora indukcji magnetycznej lub po prostu strumień magnetyczny i jest oznaczony literą F:
F = B × S .
Wymiar strumienia magnetycznego:
oznacza to, że strumień magnetyczny jest mierzony w woltosekundach lub weberach.
Mniejsza jednostka strumienia magnetycznego to Maxwella (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.
Wideo 1. Hipoteza Ampera
Wideo 1. Hipoteza Ampera
Wideo 2. Magnetyzm i elektromagnetyzm
Prąd elektryczny przepływający przez przewodnik wytwarza pole magnetyczne wokół tego przewodnika (ryc. 7.1). Kierunek powstałego pola magnetycznego jest określony przez kierunek prądu.
Sposób wskazywania kierunku prądu elektrycznego w przewodniku pokazano na ryc. 7.2: punkt na ryc. 7.2(a) można traktować jako wierzchołek strzałki wskazującej kierunek prądu w kierunku obserwatora, a krzyż jako koniec strzałki wskazującej kierunek prądu od obserwatora.
Pole magnetyczne powstające wokół przewodnika z prądem pokazano na ryc. 7.3. Kierunek tego pola można łatwo określić korzystając z reguły prawej śruby (lub reguły świdra): jeżeli czubek świdra jest zgodny z kierunkiem prądu, to po jego wkręceniu kierunek obrotu uchwytu będzie pokrywać się z kierunkiem pola magnetycznego.
Ryż. 7.1. Pole magnetyczne wokół przewodnika, w którym płynie prąd.
Ryż. 7.2. Oznaczenie kierunku prądu (a) w kierunku obserwatora i (b) od obserwatora.
Pole utworzone przez dwa równoległe przewodniki
1. Kierunki prądów w przewodnikach pokrywają się. Na ryc. Rysunek 7.4(a) przedstawia dwa równoległe przewodniki umieszczone w pewnej odległości od siebie, a pole magnetyczne każdego przewodnika jest przedstawione oddzielnie. W szczelinie między przewodnikami wytwarzane przez nie pola magnetyczne mają przeciwny kierunek i znoszą się nawzajem. Powstałe pole magnetyczne pokazano na rys. 7.4(b). Jeśli kierunek obu prądów zostanie odwrócony, wówczas kierunek powstałego pola magnetycznego również zostanie odwrócony (rys. 7.4 (b)).
Ryż. 7.4. Dwa przewodniki o tych samych kierunkach prądów (a) i wynikającym z nich polu magnetycznym (6, c).
2. Kierunki prądów w przewodnikach są przeciwne. Na ryc. Rysunek 7.5(a) pokazuje pola magnetyczne dla każdego przewodnika oddzielnie. W tym przypadku w szczelinie między przewodnikami ich pola sumują się i tutaj wynikowe pole (rys. 7.5(b)) jest maksymalne.
Ryż. 7,5. Dwa przewodniki o przeciwnych kierunkach prądów (a) i wynikającym z nich polu magnetycznym (b).
Ryż. 7.6. Pole magnetyczne elektromagnesu.
Elektromagnes to cylindryczna cewka składająca się z dużej liczby zwojów drutu (ryc. 7.6). Kiedy prąd przepływa przez zwoje elektromagnesu, elektromagnes zachowuje się jak magnes sztabkowy z biegunami północnym i południowym. Pole magnetyczne, które wytwarza, nie różni się od pola magnesu trwałego. Pole magnetyczne wewnątrz cewki można wzmocnić poprzez nawinięcie cewki wokół rdzenia magnetycznego ze stali, żelaza lub innego materiału magnetycznego. Siła (wielkość) pola magnetycznego elektromagnesu zależy również od siły przesyłanego prądu elektrycznego i liczby zwojów.
Elektromagnes
Cewka może służyć jako elektromagnes, a rdzeń jest wykonany z miękkiego materiału magnetycznego, takiego jak żeliwo sferoidalne. Solenoid zachowuje się jak magnes tylko wtedy, gdy przez cewkę przepływa prąd elektryczny. Elektromagnesy są stosowane w dzwonkach elektrycznych i przekaźnikach.
Przewodnik w polu magnetycznym
Na ryc. Rysunek 7.7 przedstawia przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym. Można zauważyć, że pole magnetyczne tego przewodnika jest dodawane do pola magnetycznego magnesu trwałego w obszarze nad przewodnikiem i odejmowane w obszarze pod przewodnikiem. Zatem silniejsze pole magnetyczne znajduje się nad przewodnikiem, a słabsze poniżej (ryc. 7.8).
Jeśli odwrócimy kierunek prądu w przewodniku, kształt pola magnetycznego pozostanie taki sam, ale jego wielkość będzie większa pod przewodnikiem.
Pole magnetyczne, prąd i ruch
Jeśli przewodnik z prądem zostanie umieszczony w polu magnetycznym, wówczas będzie na niego działać siła, która będzie próbowała przesunąć przewodnik z obszaru o silniejszym polu do obszaru o słabszym, jak pokazano na rysunku Figa. 7.8. Kierunek tej siły zależy od kierunku prądu, a także od kierunku pola magnetycznego.
Ryż. 7.7. Przewodnik z prądem w polu magnetycznym.
Ryż. 7.8. Pole wynikowe
Wielkość siły działającej na przewodnik z prądem jest określona zarówno przez wielkość pola magnetycznego, jak i siłę wysięgnika przepływającego przez ten przewodnik.
Ruch przewodnika umieszczonego w polu magnetycznym, gdy przepływa przez niego prąd, nazywany jest zasadą silnika. Na tej zasadzie opiera się działanie silników elektrycznych, magnetoelektrycznych przyrządów pomiarowych z ruchomą cewką i innych urządzeń. Jeśli przewodnik porusza się w polu magnetycznym, powstaje w nim prąd. Zjawisko to nazywane jest zasadą generatora. Na tej zasadzie opiera się działanie generatorów prądu stałego i przemiennego.
Do tej pory rozważaliśmy pole magnetyczne związane wyłącznie ze stałym prądem elektrycznym. W tym przypadku kierunek pola magnetycznego pozostaje niezmienny i jest określony przez kierunek stałego doku. Podczas przepływu prądu przemiennego powstaje zmienne pole magnetyczne. Jeśli w tym polu przemiennym zostanie umieszczona oddzielna cewka, wówczas zostanie w niej zaindukowane (indukowane) emf (napięcie). Lub jeśli dwie oddzielne cewki zostaną umieszczone blisko siebie, jak pokazano na ryc. 7.9. i przyłożyć napięcie przemienne do jednego uzwojenia (W1), wówczas między zaciskami drugiego uzwojenia (W2) pojawi się nowe napięcie przemienne (indukowane pole elektromagnetyczne). Taka jest zasada działania transformatora.
Ryż. 7.9. Indukowane emf.
W tym filmie wyjaśniono pojęcia magnetyzmu i elektromagnetyzmu: