Ισχύς μαγνητικού πεδίου. Μαγνητιστική δύναμη

Υπάρχει πάντα ένα ηλεκτρικό ρεύμα γύρω από ένα καλώδιο ή πηνίο μαγνητικό πεδίο… Το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη προκαλείται από την κίνηση των ηλεκτρονίων στις τροχιές τους στο άτομο.

Ένα μαγνητικό πεδίο χαρακτηρίζεται από τη δύναμή του. Η ισχύς H του μαγνητικού πεδίου είναι παρόμοια με τη μηχανική ισχύ. Είναι διανυσματικό μέγεθος, έχει δηλαδή μέγεθος και κατεύθυνση.

Το μαγνητικό πεδίο, δηλαδή ο χώρος γύρω από τον μαγνήτη, μπορεί να αναπαρασταθεί ως γεμάτος με μαγνητικές γραμμές, οι οποίες θεωρείται ότι εξέρχονται από τον βόρειο πόλο του μαγνήτη και εισέρχονται στον νότιο πόλο (Εικ. 1). Οι εφαπτομένες στη μαγνητική γραμμή δείχνουν την κατεύθυνση της έντασης του μαγνητικού πεδίου.

Το μαγνητικό πεδίο είναι ισχυρότερο όπου οι μαγνητικές γραμμές είναι πιο πυκνές (στους πόλους ενός μαγνήτη ή μέσα σε ένα πηνίο που μεταφέρει ρεύμα).

Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα I και ο αριθμός των στροφών ω του πηνίου, τόσο μεγαλύτερο είναι το μαγνητικό πεδίο κοντά στο σύρμα (ή μέσα στο πηνίο).

Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου H σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου είναι μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερο είναι το γινόμενο ∙ ω και όσο μικρότερο είναι το μήκος της μαγνητικής γραμμής:

H = (I ∙ ω) / l.

Από την εξίσωση προκύπτει ότι η μονάδα μέτρησης της ισχύος του μαγνητικού πεδίου είναι το αμπέρ ανά μέτρο (A / m).

Για κάθε μαγνητική γραμμή σε ένα δεδομένο ομοιόμορφο πεδίο, τα γινόμενα H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω είναι ίσα (Εικ. 1).

Ρύζι. 1.

Το γινόμενο H ∙ l στα μαγνητικά κυκλώματα είναι παρόμοιο με την τάση στα ηλεκτρικά κυκλώματα και ονομάζεται μαγνητική τάση, και λαμβανόμενο σε όλο το μήκος της γραμμής μαγνητικής επαγωγής ονομάζεται δύναμη μαγνήτισης (ns) Fm: Fm = H ∙ l = I ∙ ω.

Η δύναμη μαγνήτισης Fm μετριέται σε αμπέρ, αλλά στην τεχνική πρακτική, αντί για το όνομα ampere, χρησιμοποιείται το όνομα ampere-turn, το οποίο τονίζει ότι το Fm είναι ανάλογο με το ρεύμα και τον αριθμό των στροφών.

Για ένα κυλινδρικό πηνίο χωρίς πυρήνα, του οποίου το μήκος είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρό του (l≫d), το μαγνητικό πεδίο μέσα στο πηνίο μπορεί να θεωρηθεί ομοιόμορφο, δηλ. με την ίδια ένταση μαγνητικού πεδίου H σε όλο τον εσωτερικό χώρο του πηνίου (Εικ. 1). Δεδομένου ότι το μαγνητικό πεδίο έξω από ένα τέτοιο πηνίο είναι πολύ ασθενέστερο από ό,τι μέσα του, το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο μπορεί να παραμεληθεί και στον υπολογισμό θεωρείται ότι n. Το πηνίο c είναι ίσο με το γινόμενο της έντασης του πεδίου μέσα στο πηνίο επί το μήκος του πηνίου.

Η πολικότητα του μαγνητικού πεδίου του σύρματος και του πηνίου ρεύματος καθορίζεται από τον κανόνα του αντίζυγου. Εάν η προς τα εμπρός κίνηση του αντίζυγου συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος, τότε η φορά περιστροφής της λαβής του αντίζυγου θα υποδεικνύει την κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών.

Παραδείγματα του

1. Ένα ρεύμα 3 Α διαρρέει ένα πηνίο 2000 στροφών. Τι είναι n. v. πηνία;

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Η δύναμη μαγνήτισης του πηνίου είναι 6000 αμπέρ-στροφές.

2. Ένα πηνίο 2500 στροφών πρέπει να έχει n. σελ. 10000 Α. Τι ρεύμα πρέπει να το διαρρέει;

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

3.Ένα ρεύμα I = 2 A ρέει μέσα από το πηνίο. Πόσες στροφές πρέπει να υπάρχουν στο πηνίο για να παρέχει n. χωριό 8000 Α;

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

4. Μέσα σε ένα πηνίο μήκους 10 cm με 100 στροφές, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η ισχύς του μαγνητικού πεδίου H = 4000 A / m. Πόσο ρεύμα πρέπει να μεταφέρει το πηνίο;

Η δύναμη μαγνήτισης του πηνίου είναι Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Επομένως, 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Η διάμετρος του πηνίου (σωληνοειδές) είναι D = 20 mm, και το μήκος του είναι l = 10 εκ. Το πηνίο τυλίγεται από ένα χάλκινο σύρμα με διάμετρο d = 0,4 mm. Ποια είναι η ένταση του μαγνητικού πεδίου μέσα στο πηνίο εάν είναι ενεργοποιημένο στα 4,5 V;

Ο αριθμός των στροφών χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το πάχος της μόνωσης ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 στροφές.

Μήκος βρόχου π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.

Μήκος πηνίου l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Η ενεργή αντίσταση του πηνίου r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 Ohm.

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

Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου μέσα στο πηνίο H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Προσδιορίστε την ένταση του μαγνητικού πεδίου σε απόσταση 1, 2, 5 cm από το ευθύ σύρμα μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα I = 100 A.

Ας χρησιμοποιήσουμε τον τύπο H ∙ l = I ∙ ω.

Για ένα ευθύ σύρμα ω = 1 και l = 2 ∙ π ∙ r,

από όπου H = I / (2 ∙ π ∙ r).

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