Magneettikentän voimakkuus. Magnetoiva voima

Johdon tai kelan ympärillä on aina sähkövirta magneettikenttä… Kestomagneetin magneettikenttä syntyy elektronien liikkeestä atomin kiertoradalla.

Magneettikenttä on ominaista sen voimakkuudella. Magneettikentän voimakkuus H on samanlainen kuin mekaaninen lujuus. Se on vektorisuure, eli sillä on suuruus ja suunta.

Magneettikenttä, eli magneetin ympärillä oleva tila, voidaan esittää täytettynä magneettisilla viivoilla, joiden katsotaan lähtevän magneetin pohjoisnavasta ja menevän etelänapaan (kuva 1). Magneettiviivan tangentit osoittavat magneettikentän voimakkuuden suunnan.

Magneettikenttä on vahvempi siellä, missä magneettiviivat ovat tiheämpiä (magneetin napoissa tai virtaa kuljettavan kelan sisällä).

Mitä suurempi virta I ja kelan kierrosten lukumäärä ω, sitä suurempi on magneettikenttä lähellä johdinta (tai kelan sisällä).

Magneettikentän H voimakkuus missä tahansa avaruuden pisteessä on sitä suurempi, mitä suurempi tulo ∙ ω ja mitä lyhyempi magneettiviiva on:

H = (I ∙ ω) / l.

Yhtälöstä seuraa, että magneettikentän voimakkuuden mittausyksikkö on ampeeri per metri (A / m).

Jokaiselle magneettiviivalle tietyssä tasaisessa kentässä tulot H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω ovat yhtä suuret (kuva 1).

Riisi. 1.

Tulo H ∙ l magneettisissa piireissä on samanlainen kuin sähköpiirien jännite ja sitä kutsutaan magneettijännitteeksi, ja magneettisen induktiolinjan koko pituudelta otettuna kutsutaan magnetointivoimaksi (ns) Fm: Fm = H ∙ l = I ∙ ω.

Magnetointivoima Fm mitataan ampeereina, mutta teknisessä käytännössä nimen ampeeri sijasta käytetään nimeä ampeerikierros, joka korostaa, että Fm on verrannollinen virtaan ja kierrosten lukumäärään.

Sylinterittömälle käämelle, jonka pituus on paljon suurempi kuin sen halkaisija (l≫d), kelan sisällä olevaa magneettikenttää voidaan pitää yhtenäisenä, ts. samalla magneettikentän voimakkuudella H koko kelan sisätilassa (kuva 1). Koska magneettikenttä tällaisen kelan ulkopuolella on paljon heikompi kuin sen sisällä, ulkoinen magneettikenttä voidaan jättää huomiotta ja laskennassa oletetaan, että n. c kela on yhtä suuri kuin kelan sisällä olevan kentänvoimakkuuden tulo kertaa kelan pituus.

Johdon ja virtakäämin magneettikentän napaisuus määräytyy kardaanisäännön mukaan. Jos gimbalin liike eteenpäin osuu yhteen virran suunnan kanssa, kardaanikahvan pyörimissuunta osoittaa magneettisten linjojen suunnan.

Esimerkkejä

1. 3 A virta kulkee 2000 kierroksen kelan läpi. Mikä on n. v. kelat?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Kelan magnetointivoimakkuus on 6000 ampeerikierrosta.

2. 2500 kierroksen kelalla tulisi olla n. s. 10000 A. Minkä virran sen läpi tulee kulkea?

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

3.Kelan läpi kulkee virta I = 2 A. Kuinka monta kierrosta kelassa tulee olla, jotta saadaan n. kylä 8000 A?

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

4. 10 cm pituisen ja 100 kierroksen kelan sisällä on varmistettava magneettikentän voimakkuus H = 4000 A / m. Kuinka paljon virtaa kelan tulisi kuljettaa?

Kelan magnetointivoima on Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Siksi 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Kelan (solenoidin) halkaisija on D = 20 mm ja pituus l = 10 cm. Kela on kierretty kuparilangasta, jonka halkaisija on d = 0,4 mm. Mikä on magneettikentän voimakkuus kelan sisällä, jos se on kytketty päälle 4,5 V:lla?

Kierrosten lukumäärä ottamatta huomioon eristeen paksuutta ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 kierrosta.

Silmukan pituus π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.

Kelan pituus l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Kelan aktiivinen vastus r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 ohmia.

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

Magneettikentän voimakkuus kelan sisällä H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Määritä magneettikentän voimakkuus 1, 2, 5 cm:n etäisyydellä suorasta johdosta, jonka läpi virtaa I = 100 A.

Käytetään kaavaa H ∙ l = I ∙ ω.

Suoralle langalle ω = 1 ja l = 2 ∙ π ∙ r,

jossa H = I / (2 ∙ π ∙ r).

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