 |
Связь м/у электрическим и магнитным полем. Магнитное поле электрического тока (М.П.)
|
|
|
|
1820 – Эрстед обнаружил, что маленький кусочек магнита, насаженный на острие иглы, определенным образом ориентируется около проводника током.
Магнитное поле – это особая форма существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие м/у движущимися электронными зарядами.
Основные свойства магнитного поля
1. Порождается движущимися электрическими зарядами (электрическим током)
2. Можно обнаружить по действию на движущиеся электрические заряды (электрический ток)
Основные характеристики:
B – вектор магнитной индукции
[B] = [Тл] – Тесла
Это аналог напряженности электрического поля. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.
Направление этого вектора для поля прямого проводника с током и соленоида можно определить по правилу буравчика: если направление поступательного движения буравчика (винта с правой нарезкой) совпадает с направлением тока, то направление вращения ручки буравчика покажет направление линий магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линиям.
На практике удобно пользоваться следующим правилом: если большой палец правой руки направить по току, то направление обхвата тока остальными пальцами совпадет с направлением линий магнитной индукции.
Модуль вектора магнитной индукции
Магнитная индукция В зависит от I и r, где r — расстояние от проводника с током до исследуемой точки. Если расстояние от проводника много меньше его длины (т. е. рассматривать модель бесконечно длинного проводника), то:
B=k*I/r, где k — коэффициент пропорциональности. Подставляя эту формулу в уравнение для силы взаимодействия двух проводников с током, получим F=B*I*ℓ: отсюда: B=F/I* l
|
|
|
Т.о., модуль вектора магнитной индукции есть отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка.
Ф – магнитный поток
Магнитный поток (поток линий магнитной индукции) через контур численно равен произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь, ограниченную контуром, и на косинус угла между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к поверхности, ограниченной этим контуром.
В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции В.
Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением:
Ф = B*S*cosα, где S – площадь рамки, ограниченная проводником с током; α – угол м/у векторами B и m, где вектор m перпендикулярно опущен к центру рамки с током.
[Ф]=[Вб] – Вебер
Магнитный поток через контур максимален, если плоскость контура перпендикулярна магнитному полю. Значит угол α равен 00.
Тогда магнитный поток рассчитывается по формуле:
Φmax = B · S
Магнитный поток через контур равен нулю, если контур располагается параллельно магнитному полю. Значит угол α равен 900.
L – индуктивность
Величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи.
L=Ф/J
[L]=[Гн] – Генри
Катушка индуктивности моделирует магнитное действие электрического тока.
H – вектор напряженности магнитного поля
Аксиальный вектор, определяющий (наряду с вектором магнитной индукции B), свойства макроскопического магнитного поля или определяет поле, создаваемое внешними по отношению к данному объему тела источниками.
[H]=[В/μ], где μ – магнитная проницаемость среды.
|
|
|
μ=μ0*μr, где μ0 – магнитная постоянная вакуума; μr – относительная магнитная проницаемость вещества
Установлено, что для вакуума μr=1.
Классификация веществ по магнитным свойствам
Магнетики бывают слабые и сильные.
| Название вещества Магнитные свойства | Диамагнетики | Парамагнетики | Ферромагнетики |
| μr | μr < 1 | μr > 1 | μr >> 1 |
| Влияние на внешнее М.П. | Незначительно ослабляют | Незначительно усиливают | Существенно усиливают |
| Примеры веществ | H2O; Zn; Pb; Ag; Au | O2; Pt; Mn; Cr | Fe; Co; N |
Ткани в основном диамагнитны (H2O~80-90%). Имеется немного парамагнетиков/ Ферромагнетиков нет.
М.П. человека слабое.
Электромагнитная индукция
1820 г – Эрстед открыл магнитное поле
Э.Т. à порождает М.П.
1931 г – Фарадей – открыл электромагнитную индукцию (ЭМИ)
Явление возникновения Э.Т. в замкнутом проводящем контуре, при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность ограниченную контуром – называется электромагнитной индукцией, а возникающий Э.Т. – называют индукционный ток.
Изменение магнитного потока à порождает ЭДС индукции (εi)àвызывает движение электрических зарядов в магнитном проводящем контуре и возникает индукционный ток (Ji) àпорождает М.П. индукционного тока.
Основной закон ЭМИ – это закон Фарадея-Ленца
εi= -dФ/dt = -Ф`
ЭДС индукции численно равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего поверхность ограниченную контуром. Знак минус показывает, что магнитное поле индукционного тока всегда препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.
Индуктотермия
Высокочастотное магнитное переменное поле. Бесконтактный метод. Тепловой эффект. Непрерывное действие.
q=U*J/V, где U=εi – правило Киргхофа
J=U/R=εi/R – закон Ома
V=S*l
q=εi*εi/RV = εi2/RV=εi * εi/RS l = εi2 *S/ρS l = εi2/ρ l
εi = -Ф`
Ф = B*S*cosα
α=00 àcos00=1
Предположим, что:
B=Bm*cosWt, где B – max значение вектора магнитной индукции; W – частота изменения М.П.
εi = -S*Bm*sinWT*W = S*Bm*W*sinWt
q= εi/RV
R=ρ*l/s
q=S2*Bm2*W2*sin2Wt/ρ*l*S*l = K*Bm2*W2*sin2Wt/ρ – удельное количество теплоты выделяющееся в тканях при индуктотермии.
K=S2/l2 – коэффициент, зависящий от геометрических размеров нагреваемой ткани и от частоты.
|
|
|
Закон Джоуля-Ленца: Q=I2*U*t
|
|
|
