Магнитный поток и потокосцепление

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 10Следующая ⇒

Магнитным потоком (или потоком вектора магнитной индукции через данную поверхность Sм) называют произведение магнитной индукции В на площадь поверхности Sм поля:

Ф = ВSм.

(6.2)

Единица магнитного потока: [Ф] = [B]× [S] = Tл× м2 = Вб (вебер).

Согласно закону Гаусса для магнитного поля полный магнитный поток через замкнутую поверхность равен нулю, т. е.

В ряде случаев, например, при протекании тока в катушке, магнитный поток несколько раз сцепляется с витками катушки. В первом приближении можно считать, что все линии магнитной индукции сцепляются со всеми витками w катушки. Тогда потокосцепление катушки связывается с потоком Ф простым соотношением: Y = wФ.

Напряжённость магнитного поля

Напряжённость магнитного поля - векторная величина, равная геометрической разности магнитной индукции , делённой на магнитную постоянную, и намагниченности вещества, т. е.

Физический смысл вектора определяется законом Био-Савара: элемент тока создаёт в точке, находящейся на расстоянии от элемента тока (рис. 6.2), магнитное поле с напряжённостью

Единица напряжённости магнитного поля

(ампер на метр).

Зависимость от принято записывать в виде

(6.3)

где m0 = 4p× 10-7 Гн/м - магнитная постоянная, магнитная проницаемость пустоты; ma = m0m [Гн/м] - абсолютная магнитная проницаемость среды (вещества); m = ma / m0 - безразмерная относительная магнитная проницаемость вещества, показывающая, во сколько раз магнитная проницаемость среды (вещества) больше (меньше) магнитной проницаемости пустоты.

В зависимости от значения m различают: диамагнетики с магнитной проницаемостью m < 1 (например, серебро, медь висмут; они незначительно ослабляют магнитное поле), парамагнетики с m > 1 (например, платина, алюминий, воздух; магнитное поле в них лишь незначительно возрастает) и ферромагнетики с магнитной проницаемостью m > > 1 (m » 500…5000).

Намагниченность ферромагнетиков

К ферромагнитным материалам (сокращённо ферромагнетикам) относят сплавы на основе железа, никеля, кобальта и других редкоземельных элементов, их соединения; сплавы и соединения марганца, хрома, а также пластические и другие композиции с включением порошков ферромагнитных металлов (ферриты).

Свойства ферромагнитных материалов определяются значением абсолютной магнитной проницаемости ma = / , где ma = m0m, а m - относительная магнитная проницаемость материала. Наиболее распространённые ферромагнетики – это сплавы на основе железа с добавками Ni, Co, или на основе кобальта (Co) с крупнозернистой структурой (с зернами-доменами размером 10-3 нм и объёмом 10-9...10-10 нм3) и с относительной магнитной проницаемостью m = ma/m0 = 500...5000 и более.

При отсутствии магнитного поля самопроизвольная намагниченность доменов ориентирована хаотически и результирующее магнитное поле, образованное намагниченностью этих доменов, слабое (В » 0). Под действием внешнего магнитного поля наблюдается принудительная ориентация намагниченности доменов по направлению внешнего магнитного поля и усиление результирующего магнитного потока.

Можно предположить, что при каком-то большом внешнем поле ( ) получим одинаковую ориентацию намагниченности всех доменов (или большинства из них), и дальнейшего усиления внешнего магнитного потока Ф и индукции В = Ф/S не будет. Это явление называют насыщением ферромагнитного материала.

Кривые намагничивания

Зависимость магнитной индукции В от напряжённости Н магнитного поля, т. е. В = f(Н), нелинейная (рис. 6.3) и не имеет аналитического выражения.

Для оценки свойств ферромагнетиков строят кривые намагничивания
В = f(Н), приводимые в справочниках. С их помощью можно для каждого значения напряжённости поля Н определить значение магнитной проницаемости ma, которая при возрастании напряжённости поля сначала увеличивается, затем уменьшается.

Петля гистерезиса

При протекании переменного тока в катушке с ферромагнитным сердечником происходит (в течение каждого периода тока) перемагничивание сердечника, которое на графике выглядит в виде петли - петли гистерезиса (рис. 6.4, а). Если первоначально ненамагниченный ферромагнетик намагнитить до насыщения (кривая 1), а затем уменьшить и потом снова увеличивать напряженность магнитного поля Н (ток в катушке), то изменение индукции В не будет следовать начальной кривой: каждому значению напряжённости соответствуют два значения магнитной индукции в зависимости от того, увеличивается или уменьшается напряженность поля.

Величину магнитной индукции ±Br, сохраняющуюся при Н = 0, называют остаточной индукцией; напряжённость магнитного поля ±Hc, при которой индукция обращается в нуль, называют коэрцитивной силой.

На рис. 6.4 обозначено: ±Hmax и ±Bmax - максимальные напряжённость и индукция магнитного поля в ферромагнетике; 2 - основная кривая намагничивания ферромагнетика, проведенная через вершины семейства гистерезисных кривых (рис. 6.4, б), каждая из которых соответствует определённому значению Hmax. Приводимые в справочниках зависимости В(Н) – это основные кривые намагничивания. Они незначительно отличаются от кривых первоначального намагничивания.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒