Магнитные цепи с постоянными магнитодвижущими силами.

3.1. Основные характеристики магнитного поля

Электрическое поле создается электрическими разрядами, а также изменяющимся магнитным полем. Магнитное же поле создается движущимися заряженными частицами или изменяющимся электрическим полем. Следовательно, электрическое и магнитное поля можно объединить понятием электромагнитного поля. Важнейшими свойствами электромагнитного поля являются электромагнитная индукция и механическое взаимодействия магнитного поля с электромагнитным током.

На использовании индуцированных ЭДС, е основан принцип работы генератора, трансформаторов. На использовании механического (силового) воздействия магнитного поля основана работа электрических двигателей, электромагнитов и др.

Суть магнитной индукции состоит в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в нем наводится электродвижущая сила ЭДС е, прямо пропорциональная скорости изменения потокосцепления ψ е .

Если все витки обмотки W пронизываются одним и тем же потоком Ф, то потокосцепление ψ есть полное потокосцепление контура, которое создается внешним по отношению к данному контуру потоком и собственным током, пронизывающим контур при протекании по нему электрического тока Ψ= W Ф.

Для проводника с током положительное направление магнитного поля определяется по правилу правоходного винта: если завинчивать винт в сторону положительного направления тока, то направление вращения винта укажет положительное направление линий магнитной индукции.

ЭДС, e в проводнике длинной l, пересекающем магнитные силовые линии однородного неизменного во времени магнитного поля, можно определить по формуле , где В – индукция внешнего равномерного поля, – составляющая скорости движения проводника магнитному полю.

Единицей магнитной индукции В является тесла (Тл) – магнитная индукция однородного магнитного поля, напряженностью в 1 Н на каждый метр прямолинейного проводника с током в 1 А, расположенного перпендикулярно направлению поля. 1 Тл = 1 Н/() = 1 Дж/() = 1 .

Направление наведенной ЭДС определяют по правилу правой руки: если расположить правую руку таким образом, что магнитная индукция входит в ладонь, а отогнутый большой палец направить по нормальной составляющей скорости проводника, то возникающая в проводнике ЭДС совпадает с направлением четырех остальных вытянутых пальцев правой руки.

Явление возникновения ЭДС на концах движущегося в магнитном поле проводника объясняется силами Лоренца. Силы, действующие на носители отрицательных зарядов, действуют в одну сторону, а на носители положительных зарядов – в противоположную сторону. Если движущийся в магнитном поле проводник металлический, то в силу большой способности к перемещению свободных зарядов на одном конце проводника образуется избыток, а на другом – недостаток отрицательных и, соответственно, избыток положительных зарядов. Разделение зарядов в проводнике, движущемся в магнитном поле, вызывает в нем индуктируемую ЭДС. Кроме явления электромагнитной индукции, важнейшим свойством магнитного поля является механическое взаимодействие его с электрическим током (рис. 3.1.).

Магнитное поле индукции взаимодействует с элементом тока с силой .

Рис. 3.1.

Эта сила действует перпендикулярно и . Если угол между и равен нулю, то векторное произведение также равно нулю, и магнитное поле не оказывает механического воздействия на элемент тока . Сила максимальна, если вектора и перпендикулярны.

Механическое воздействие поля на ток (рис. 3.2.) объясняется стремлением силовых линий, искаженных внесением проводника с током, выпрямиться.

а) Внешнее однородное поле б) Собственное поле в) Результирующее поле

Рис. 3.2.

На рис. 3.2.в) силовые линии собственного поля провода направлены встречно силовым линиям внешнего равномерного поля, а справа – согласно с ним. Поэтому результирующее поле слева от проводника разряжено, а справа – сгущено. Силовые линии, стремясь выпрямиться, производят давление справа налево. Силовая линия, показанная пунктиром, является как бы граничной.

При взаимно перпендикулярном расположении магнитного поля и проводника с током, направление действия силы часто определяют по правилу левой руки: если расположить левую руку таким образом, что силовые линии будут входить в ладонь, вытянутые пальцы направить по току, то отогнутый большой палец покажет направление действующей силы.

Механические силы, возникающие в магнитном поле, также называют электродинамическими, так как под действием этих сил может возникнуть перемещение тел.