כוח שדה מגנטי. כוח מגנט

תמיד יש זרם חשמלי סביב חוט או סליל שדה מגנטי… השדה המגנטי של מגנט קבוע נגרם מתנועת אלקטרונים במסלוליהם באטום.

שדה מגנטי מאופיין בחוזק שלו. חוזק H של השדה המגנטי דומה לחוזק המכני. זוהי כמות וקטורית, כלומר יש לה גודל וכיוון.

ניתן לייצג את השדה המגנטי, כלומר את החלל סביב המגנט, כמלא בקווים מגנטיים, הנחשבים כיוצאים מהקוטב הצפוני של המגנט ונכנסים לקוטב הדרומי (איור 1). המשיקים לקו המגנטי מציינים את כיוון עוצמת השדה המגנטי.

השדה המגנטי חזק יותר כאשר הקווים המגנטיים צפופים יותר (בקטבים של מגנט או בתוך סליל נושא זרם).

ככל שהזרם I ומספר הסיבובים ω של הסליל גדולים יותר, כך השדה המגנטי ליד החוט (או בתוך הסליל) גדול יותר.

עוצמת השדה המגנטי H בכל נקודה בחלל גדולה יותר ככל שהמכפלה ∙ ω גדולה יותר וככל שאורך הקו המגנטי קצר יותר:

H = (I ∙ ω) / l.

מהמשוואה עולה שהיחידה למדידת עוצמת השדה המגנטי היא האמפר למטר (A/m).

עבור כל קו מגנטי בשדה אחיד נתון, התוצרים H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω שווים (איור 1).

אורז. 1.

המוצר H ∙ l במעגלים מגנטיים דומה למתח במעגלים חשמליים ונקרא המתח המגנטי, ונלקח לכל אורך קו האינדוקציה המגנטי נקרא כוח המגנט (ns) Fm: Fm = H ∙ l = אני ∙ ω.

הכוח הממגנט Fm נמדד באמפר, אך בתרגול טכני, במקום השם אמפר, משתמשים בשם אמפר-סיבוב, המדגיש כי Fm פרופורציונלי לזרם ולמספר הסיבובים.

עבור סליל גלילי ללא ליבה, שאורכו גדול בהרבה מקוטרו (l≫d), השדה המגנטי בתוך הסליל יכול להיחשב אחיד, כלומר. עם אותו עוצמת שדה מגנטי H בכל החלל הפנימי של הסליל (איור 1). מכיוון שהשדה המגנטי מחוץ לסליל כזה חלש הרבה יותר מאשר בתוכו, ניתן להזניח את השדה המגנטי החיצוני ובחישוב מניחים ש-n. סליל c שווה למכפלת עוצמת השדה בתוך הסליל כפול אורך הסליל.

הקוטביות של השדה המגנטי של החוט וסליל הזרם נקבעת על ידי כלל הגימבל. אם התנועה קדימה של הגימבל עולה בקנה אחד עם כיוון הזרם, אזי כיוון הסיבוב של ידית הגימבל יציין את כיוון הקווים המגנטיים.

דוגמאות של

1. זרם של 3 A זורם דרך סליל של 2000 סיבובים. מה זה נ. נגד סלילים?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. חוזק הממגנט של הסליל הוא 6000 סיבובי אמפר.

2. סליל של 2500 סיבובים צריך להיות n. עמ' 10000 א' איזה זרם חייב לעבור דרכו?

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

3.דרך הסליל זורם זרם I = 2 A. כמה סיבובים צריכים להיות בסליל כדי לספק n. כפר 8000 א'?

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

4. בתוך סליל באורך 10 ס"מ עם 100 סיבובים, יש צורך להבטיח את חוזק השדה המגנטי H = 4000 A/m. כמה זרם צריך לשאת הסליל?

כוח הממגנט של הסליל הוא Fm = H ∙ l = I ∙ ω. לכן, 4000 A / m ∙ 0.1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. קוטר הסליל (סולנואיד) הוא D = 20 מ"מ, ואורכו l = 10 ס"מ. הסליל מלופף מחוט נחושת בקוטר d = 0.4 מ"מ. מהי עוצמת השדה המגנטי בתוך הסליל אם הוא מופעל ב-4.5V?

מספר הסיבובים ללא התחשבות בעובי הבידוד ω = l∶d = 100∶0.4 = 250 סיבובים.

אורך לולאה π ∙ d = 3.14 ∙ 0.02 מ' = 0.0628 מ'.

אורך סליל l1 = 250 ∙ 0.0628 מ' = 15.7 מ'.

ההתנגדות הפעילה של הסליל r = ρ ∙ l1 / S = 0.0175 ∙ (4 ∙ 15.7) / (3.14 ∙ 0.16) = 2.2 אוהם.

זרם I = U / r = 4.5 / 2.2 = 2.045 A ≈2 A.

עוצמת השדה המגנטי בתוך הסליל H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0.1 = 5000 A / m.

6. קבע את עוצמת השדה המגנטי במרחק של 1, 2, 5 ס"מ מהחוט הישר שדרכו זורם הזרם I = 100 A.

בוא נשתמש בנוסחה H ∙ l = I ∙ ω.

עבור חוט ישר ω = 1 ו-l = 2 ∙ π ∙ r,

מכאן H = I / (2 ∙ π ∙ r).

H1 = 100 / (2 ∙ 3.14 ∙ 0.01) = 1590 A / m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.