Магнитные цепи. Магнитное поле и его параметры

Из курса физики известно, что магнитное поле может создаваться катушками с электрическим током или постоянными магнитами.

Направление магнитных линий и направление создающего их тока связаны между собой известным правилом правоходового винта (буравчика) (рис.8).

Рис. 8. Магнитное поле прямолинейного проводника и катушки. Правило Буравчика

Основной величиной, характеризующей интенсивность и направление магнитного поля является – вектор магнитной индукции , которая измеряется в Теслах [Тл].

Вектор направлен по касательной к магнитной линии, направление вектора совпадает с осью магнитной стрелки, помещенной в рассматриваемую точку магнитного поля.

Величина определяется по механической силе, действующей на элемент проводника с током, помещенный в магнитное поле. где F – сила в ньютонах, I – ток в амперах, l – длина в метрах. Если во всех точках поля имеет одинаковую величину и направление, то такое поле называется равномерным. зависит не только от величины I, но и от магнитных свойств окружающей среды.

Второй важной величиной, характеризующей магнитное поле является – магнитный поток Ф = B S, который измеряется в Веберах [Вб]. Если магнитное поле равномерное и вектор индукции перпендикулярен к площадке S

При исследовании магнитных полей и расчете магнитных устройств пользуются расчетной величиной – напряженность магнитного поля [А/м]. Напряженность магнитного поля не зависит от магнитных свойств среды. Напряженность магнитного поля Нравна - магнитодвижущей силе, приходящаяся на единицу длины магнитной цепи. Магнитодвижущей или намагничивающей силой F называется произведение электрического тока в катушке на число ее витков F =I∙w (эта сила измеряется в амперах, так как число витков – величина безразмерная)

Н = I∙w/l .

Таким образом, величина Н измеряется в [А/м]; ею определяется намагниченность, приобретаемая материалом внутри катушки. В вакууме магнитная индукция B пропорциональна напряженности магнитного поля Н: В = μ_о Н,

где m_o магнитная постоянная, имеющая универсальное значение, m_o =4 p· 10^-7 В ∙ сек/А ∙ м = 4 p· 10^-7 Гн/м (Генри/метр). Во многих материалах величина B приблизительно пропорциональна Н. Однако в ферромагнитных материалах соотношение между B и Н несколько сложнее

В = μ_a Н,

где μ_a = μ_o μ_r - абсолютная магнитная проницаемость среды. У ферромагнитных материалов эта величина, а именно μ_r– относительнаямагнитная проницаемость это величина, характеризующая магнитные свойства материала. Ферромагнитные металлы Fe, Ni, Co и их сплавы обладают очень высокими максимальными проницаемостями – от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя). В таких материалах при сравнительно малых напряженностях поля H возникают большие индукции B, но связь между этими величинами, вообще говоря, нелинейна из-за явлений насыщения и гистерезиса, о которых говорится ниже. Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитами.

Ферромагнитные материалы обладают различной способностью проводить магнитный поток Ф. Очевидно, лучше те магнитные материалы, в которых создается наибольший магнитный поток при наименьших затратах энергии в намагничивающей обмотке.

Парамагнитные вещества характеризуются тем, что намагничиваются во внешнем магнитном поле; если же это поле выключить, парамагнетики возвращаются в ненамагниченное состояние. Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля. Разделение веществ на диа-, пара- и ферромагнетики носит в значительной степени условный характер, т.к. первые два вида веществ отличаются по магнитным свойствам от вакуума менее чем на 0,05%. На практике все вещества обычно разделяют на ферромагнитные (ферромагнетики) и неферромагнитные, для которых относительная магнитная проницаемость m может быть принятой равной 1,0. Ферромагнетики имеют магнитную проницаемость, превышающую проницаемость вакуума в несколько тысяч раз.