השדה המגנטי והפרמטרים שלו, מעגלים מגנטיים

במונח "שדה מגנטי" נהוג להבין מרחב אנרגיה מסוים שבו באים לידי ביטוי כוחות האינטראקציה המגנטית. הם נוגעים ל:

• חומרים נפרדים: פרימגנטים (מתכות - בעיקר ברזל יצוק, ברזל וסגסוגותיהם) וסוג הפריטים שלהם, ללא קשר למצב;

• העברת מטענים של חשמל.

הם נקראים גופים פיזיקליים שיש להם מומנט מגנטי משותף של אלקטרונים או חלקיקים אחרים של מגנטים קבועים... האינטראקציה ביניהם מוצגת בתמונה. קווי שדה מגנטי.

הם נוצרים לאחר הבאת מגנט קבוע לחלק האחורי של יריעת קרטון עם שכבה אחידה של סיבי ברזל. התמונה מציגה סימון ברור של הקוטב הצפוני (N) והדרום (S) עם כיוון קווי השדה ביחס לכיוונם: היציאה מהקוטב הצפוני והכניסה לקוטב הדרומי.

כיצד נוצר שדה מגנטי

מקורות השדה המגנטי הם:

• מגנטים קבועים;

• חיובים ניידים;

• שדה חשמלי משתנה בזמן.

כל ילד בגן מכיר את פעולת המגנטים הקבועים.הרי הוא כבר היה צריך לפסל תמונות-מגנטים, שנלקחו מחבילות של כל טוב, על המקרר.

למטענים חשמליים בתנועה יש בדרך כלל אנרגיית שדה מגנטי גבוהה יותר מאשר מגנטים קבועים... הוא מסומן גם בקווי כוח. בואו ננתח את הכללים לציור שלהם עבור חוט ישר עם זרם I.

קו השדה המגנטי מצויר במישור המאונך לתנועת הזרם, כך שבכל אחת מנקודותיו מופנה הכוח הפועל על הקוטב הצפוני של המחט המגנטית באופן משיק לקו זה. זה יוצר מעגלים קונצנטריים סביב המטען הנע.

כיוון הכוחות הללו נקבע על ידי כלל הבורג הידוע או הבורג הימני.

כלל גימלט

יש צורך למקם את הגימבל קואקסיאלי עם הווקטור הנוכחי ולסובב את הידית כך שהתנועה קדימה של הגימבל תואמת לכיוונו. אז הכיוון של קווי השדה המגנטי יצוין על ידי סיבוב הידית.

במוליך טבעת, תנועת הסיבוב של הידית עולה בקנה אחד עם כיוון הזרם, ותנועת התרגום מצביעה על כיוון האינדוקציה.

קווי שדה מגנטי יוצאים תמיד מהקוטב הצפוני ונכנסים לקוטב הדרומי. הם ממשיכים בתוך המגנט ולעולם לא נפתחים.

ראה כאן לפרטים נוספים: כיצד פועל כלל הגימבל בהנדסת חשמל

כללי אינטראקציה של שדות מגנטיים

שדות מגנטיים ממקורות שונים מסתכמים ויוצרים את השדה המתקבל.

במקרה זה, מגנטים עם קטבים מנוגדים (N - S) נמשכים זה לזה, ועם אותם שמות (N - N, S - S) - הם דוחים זה את זה.כוחות האינטראקציה בין הקטבים תלויים במרחק ביניהם. ככל שהקטבים מתקרבים יותר, כך נוצר יותר כוח.

מאפיינים בסיסיים של השדה המגנטי

הם כוללים:

• וקטור אינדוקציה מגנטי (V);

• שטף מגנטי (F);

• הצמדת שטף (Ψ).

העוצמה או הכוח של פגיעת השדה נאמדים על ידי וקטור הערך של האינדוקציה המגנטית... הוא נקבע על ידי ערך הכוח «F» שנוצר על ידי הזרם «I» העובר דרך חוט באורך «l ». V= F / (I ∙ l)

יחידת המדידה של אינדוקציה מגנטית במערכת SI היא טסלה (לזכרו של הפיזיקאי שחקר תופעות אלו ותיאר אותן בשיטות מתמטיות). בספרות הטכנית הרוסית, הוא מוגדר כ-"T", ובתיעוד בינלאומי, הסמל "T" מאומץ.

1 T הוא אינדוקציה של שטף מגנטי אחיד שכזה שפועל בכוח של 1 ניוטון לכל מטר אורך על חוט ישר בניצב לכיוון השדה כאשר זרם של 1 אמפר עובר דרך החוט הזה.

1T = 1 ∙ N / (A ∙ מ')

כיוון וקטור V נקבע על ידי כלל יד שמאל.

אם תניח את כף יד שמאל בשדה מגנטי כך שקווי הכוח מהקוטב הצפוני נכנסים לכף היד בזוית ישרה ומניחים ארבע אצבעות לכיוון הזרם בחוט, אז האגודל הבולט יציין את כיוון הכוח הפועל על החוט הזה.

במקרה שהמוליך בעל הזרם החשמלי אינו ממוקם בזווית ישרה לקווי השדה המגנטי, הכוח הפועל עליו יהיה פרופורציונלי לערך הזרם הזורם ולמרכיב ההקרנה של אורך המוליך עם זרם במישור הממוקם בכיוון מאונך.

הכוח הפועל על זרם חשמלי אינו תלוי בחומרים מהם עשוי המוליך ובשטח החתך שלו. גם אם החוט הזה לא קיים כלל והמטענים הנעים יתחילו לנוע בסביבה שונה בין הקטבים המגנטיים, כוח זה לא ישתנה בשום צורה.

אם בתוך השדה המגנטי בכל הנקודות לוקטור V יש אותו כיוון וגודל, אז שדה כזה נחשב אחיד.

כל סביבה עם תכונות מגנטיות, משפיע על הערך של וקטור האינדוקציה V.

שטף מגנטי (F)

אם ניקח בחשבון את מעבר האינדוקציה המגנטית דרך אזור S מסוים, אזי האינדוקציה המוגבלת לגבולותיה תיקרא שטף מגנטי.

כאשר האזור נוטה בזווית כלשהי α לכיוון האינדוקציה המגנטית, השטף המגנטי יורד עם הקוסינוס של זווית הנטייה של האזור. הערך המרבי שלו נוצר כאשר השטח מאונך לאינדוקציה החודרת שלו. Ф = В S

יחידת המדידה של השטף המגנטי היא 1 וובר, הנקבעת על ידי מעבר של אינדוקציה של 1 טסלה דרך שטח של 1 מטר מרובע.

חיבור סטרימינג

מונח זה משמש להשגת הכמות הכוללת של השטף המגנטי שנוצר על ידי מספר מסוים של מוליכים זרם הממוקמים בין הקטבים של מגנט.

במקרה שבו אותו זרם I עובר דרך פיתול הסליל עם מספר הסיבובים n, אז השטף המגנטי הכולל (המחובר) של כל הסיבובים נקרא הצמדת השטף Ψ.

Ψ = n Ф… יחידת מדידת הזרימה היא 1 וובר.

כיצד נוצר שדה מגנטי מחשמל מתחלף

השדה האלקטרומגנטי המקיים אינטראקציה עם מטענים חשמליים וגופים בעלי מומנטים מגנטיים הוא שילוב של שני שדות:

• חַשׁמַלִי;

• מַגנֶטִי.

הם קשורים זה בזה, הם שילוב אחד של השני, וכאשר אחד משתנה עם הזמן, סטיות מסוימות מתרחשות בשני. לדוגמה, בעת יצירת שדה חשמלי סינוסואיד לסירוגין במחולל תלת פאזי, אותו שדה מגנטי נוצר בו זמנית עם המאפיינים של הרמוניות מתחלפות דומות.

תכונות מגנטיות של חומרים

בקשר לאינטראקציה עם שדה מגנטי חיצוני, חומרים מחולקים ל:

• אנטי-פרומגנטים בעלי מומנטים מגנטיים מאוזנים, שבגללם נוצרת מידה קטנה מאוד של מגנטיזציה של הגוף;

• diamagnets בעלי תכונה למגנט את השדה הפנימי כנגד פעולת החיצוני. כאשר אין שדה חיצוני, אז התכונות המגנטיות שלהם לא באות לידי ביטוי;

• פרמגנטים בעלי תכונות מגנטות של השדה הפנימי לכיוון הפעולה החיצונית, שיש להם מידה קטנה מַגנֶטִיוּת;

• תכונות פרומגנטיות ללא שדה חיצוני מופעל בטמפרטורות מתחת לנקודת Curie;

• פרימגנטים עם מומנטים מגנטיים לא מאוזנים בגודל ובכיוון.

כל התכונות הללו של חומרים מצאו יישומים שונים בטכנולוגיות מודרניות.

מעגלים מגנטיים

מונח זה נקרא קבוצה של חומרים מגנטיים שונים שדרכם עובר שטף מגנטי, הם מקבילים למעגלים חשמליים ומתוארים על ידי החוקים המתמטיים המתאימים (זרם כולל, אוהם, קירכהוף וכו'). תראה - חוקי יסוד של הנדסת חשמל.

מבוסס חישובי מעגל מגנטי כל השנאים, המשרנים, המכונות החשמליות והתקנים רבים אחרים פועלים.

לדוגמה, באלקטרומגנט עובד, השטף המגנטי עובר דרך מעגל מגנטי העשוי מפלדות פרומגנטיות ואוויר עם תכונות לא פרומגנטיות בולטות. השילוב של אלמנטים אלה מרכיב את המעגל המגנטי.

לרוב המכשירים החשמליים יש מעגלים מגנטיים בעיצובם. קרא עוד על זה במאמר זה - מעגלים מגנטיים של מכשירים חשמליים

קרא גם בנושא זה: דוגמאות לחישובי מעגל מגנטי