Сила на магнитното поле, неговите основни характеристики. Примери за задачи

Вероятно всички сме се сблъсквали в детството с прекрасните свойства на обикновените магнити. Едно малко парче метал привлече някои парчета желязо към себе си и отблъсна други. Удивителните свойства на магнита не са ограничени до това. Например, магнит, окачен от нишка, винаги се намира в пространството по определен начин - това свойство е в основата на изобретението на компаса. Крайните точки на магнита са най-силните. Те се наричат ​​„полюси“. Специфичните свойства на магнита се дължат на неговите магнитни полета, които не са вещество, но се държат много осезаемо. Една от най-важните характеристики е силата на магнитното поле.

Характеристики на магнитното поле

Всяко магнитно поле има енергия, която се проявява при взаимодействие с други тела. Под въздействието на магнитни сили движещите се частици променят посоката на потока си. Магнитното поле се появява само около тях електрически заряди които са в движение. Всяка промяна в електрическото поле води до появата на магнитни полета. Обратното също е вярно: промяна в магнитното поле е предпоставка за появата на електрическо. Такова тясно взаимодействие доведе до създаването на теорията на електромагнитните сили, с помощта на която днес се обясняват различни физични явления.

Изображение на магнитното поле

Магнитното поле може да бъде начертано на лист хартия с помощта на силови линии. Те са изготвени по такъв начин, че реалната посока на силите на полето във всяка точка съвпада с изтеглените. Посоките на силовите полета могат да се определят с игла на компаса, чийто северен полюс винаги е насочен тангенциално към силовата линия. Северният полюс обикновено се обозначава от мястото, откъдето идват линиите на магнитното поле, и от южния полюс по мястото на влизането им. Трябва да се помни, че това разделяне е много условно и се взема предвид само поради яснотата му.

Какво е магнитна интензивност

Желязните стружки, разположени по дължината на магнитните полета, доказват, че магнитното поле има два важни показателя - величина и посока. Във всяка точка на пространството магнитното поле се разпространява със скорост, равна на скоростта на светлината във вакуум - 300 000 километра в секунда. За да се определят характеристиките на магнитното поле, учените са въвели стойността на "интензивността". Това е векторно количество, посочващо посоката на магнитното поле и броя на силовите й линии. Според неговите характеристики магнитното поле е подобно на понятието "сила" в механиката. Този индикатор не зависи от параметрите на средата, в която се провеждат експериментите, а само от силата на магнитния поток и разстоянието до източника, който произвежда полето. В различни случаи такъв източник може да бъде единичен магнит, магнитна намотка, електрически проводник. Във всеки от тези случаи възниква магнитно поле с определени характеристики.

Електромагнитно поле в експериментите

Помислете за един проводник, който се движи електрически ток. Когато този проводник се движи около него, възниква магнитно поле. Неговите характеристики могат да бъдат изразени като интензивност, която се определя от измерването на влиянието на магнитното поле върху изследваното тяло.

Можете да изследвате магнитното поле вътре в бобината. В този случай интензивността ще зависи пряко от броя на завъртанията на намотката и от разстоянието между него и изследваното тяло. Комбинирайки тези две заключения, можем да обобщим: силата на магнитното поле във всяка точка на пространството е обратно пропорционална на дължината на магнитната линия и е пряко пропорционална на произведението на броя завъртания на намотката и силата на тока.

Магнитна индукция

Определянето на силата на магнитното поле би било непълно без концепцията за “магнитна индукция”. Тази стойност обяснява какъв вид работа може да направи дадено магнитно поле. Колкото по-силно е магнитното поле, толкова повече работа може да произведе, толкова по-голяма е неговата магнитна индукция.

В физиката магнитната индукция се обозначава с. Тя може да бъде визуално представена под формата на плътност на линиите на магнитното поле за единица повърхност, която е перпендикулярна на измереното магнитно поле. В момента магнитна индукция измерено в тесла.

Магнитен поток

Друга стойност, капацитивно характеризираща магнитното поле. Магнитният поток определя колко силови линии проникват в определена единица площ. При еднородно магнитно поле стойността на магнитния поток се изчислява по формулата:

F = Ḇ / S, където:

Ф - магнитен поток;

Ḇ - стойността на магнитната индукция;

S е областта, през която преминават линиите на магнитното поле.

В системата на SI единици магнитният поток се измерва в Weber.

Формула на напрежението

Физическият смисъл на това количество може да се изрази с формулата: H = I × ω / L, където:

H е силата на магнитното поле;

L е разстоянието между тялото и източника на магнитното поле;

ω е броят на завъртанията на бобината;

I е токът в електрическата верига.

От това уравнение може да се заключи, че интензитетът се измерва в [A / m], тъй като завоите в намотката са количество.

Магнитираща сила

Продуктът H × I в тази формула не е нищо повече от аналогия на напрежението на електрическото поле. Ако този параметър се прилага по цялата дължина на линията на магнитната индукция, тогава полученият продукт ще се нарича сила на намагнитване (ns). Тази физическа величина се измерва в ампери, но експертите предпочитат термина "амперен завой", като подчертават пряката зависимост на силата от броя на завъртанията на бобината.

Правило на Gimlet

За да се определи посоката на магнитното поле на намотката или проводника, експертите прилагат правилото за свиване. Ако „усукването” на въображаемия гимлет е успоредно на посоката на тока във веригата, тогава „хватката” на свирката показва как ще бъдат разположени линиите на магнитното поле.

Примери за определяне на магнитното поле

Пример 1. Налице е бобина с броя на завъртанията 100 и с дължина 10 см. Необходимо е да се осигури зададената стойност на силата на магнитното поле в 5000 А / м. Каква е силата на тока да тече през серпентината?

Решение: според дефиницията, магнитната сила на намотката е H = I × ω / L. И продуктът H × I дава сила на намагнитване. От тук можете да извлечете стойността на силата на тока, която е равна на: 5000A / m * 0.1m = сила на тока * брой завои. Решавайки една проста пропорция, откриваме, че силата на тока в този проблем трябва да бъде равна на 5А.

Пример 2. В намотката 2000 оборота, през нея тече ток от 5 Amp. Каква е магнитната сила на намотката?

Решение: проста формула дава отговор: ns = I × ω. По този начин ns = 2000 × 5 = 10 000 ампера.

Пример 3

Как да се определи магнитното поле на директен електрически проводник на разстояние 5 cm? Токът, протичащ през проводника, е 30 А.

В този пример също се нуждаем от формулата

H = l = I ∙ ω.

В случай на директна жица, броят на завъртанията на намотката ще бъде 1, а дължината l = 2 π r.

Оттук можем да заключим това

Н = 30 / (2 х 3.14 * 0.02) = 238.85 A / m.

Тези и подобни проблеми могат лесно да бъдат решени с помощта на основен курс на училищната физика. Решението на такива прости примери ще помогне да се разбере качествената същност на електромагнитните процеси в природата около нас.