ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА

Экспериментальная установка представлена на рис. 15. Она состоит из электромагнита ЭМ, выполненного в виде тороида с малым зазором. Обмотка электромагнита содержит = 3100 витков толстой медной проволоки. Сердечник стальной. В зазор электромагнита помещен проводник длиной , укрепленный так, что он может вращаться вокруг оси . Ту же ось вращения имеет и чашка , предназначенная для грузов. На противоположном конце рычага расположен противовес для приведения системы в равновесие перед выполнением эксперимента.

Найдем силу тока , который нужно пропустить через обмотку ЭМ для того, чтобы получить в зазоре магнитное поле с индукцией .

При протекании тока в обмотке сердечника в нём возникает магнитное поле, картина которого показана на рис. 16. Так как силовые линии этого поля непрерывны, то значения магнитного потока внутри сердечника и в зазоре одинаковы. Вследствие малости зазора по отношению к диаметру сердечника ЭМ линии идут в зазоре практически параллельно, т.е. плотность линий остается такой же, как и в сердечнике, поэтому величина в сердечнике и зазоре одинакова .

В качестве контура возьмем осевую линию тороида и применим к нему закон полного тока. Тогда

, (21)

здесь - напряжённость поля внутри сердечника, - напряжённость поля
в зазоре, - длина осевой линии сердечника, - ширина зазора.

Значение можно определить, воспользовавшись соотношением (16) в котором для воздуха. Тогда

. (22)

Из формулы (21) следует

Или с учетом выражения (22):

. (23)

Для ферромагнетиков является сложной функцией напряжённости
внешнего поля. Поэтому зависимость тоже сложна и обычно определяется экспериментально для каждого типа магнитного материала. Для того вещества, из которого изготовлен сердечник нашего ЭМ, кривая зависимости приведена на рис. 17.

Пользуясь этой кривой по известному значению можно найти соответствующее ему значение напряжённости , и по формуле (23) рассчитать силу тока в обмотке электромагнита, который обеспечивает в зазоре индукцию .

По закону Ампера (10) на проводник с током в магнитном поле действует сила, равная

, (24)

здесь - сила тока в проводнике, - длина проводника, - угол между направлением тока и вектором .

Направление тока в проводнике подбирается так, чтобы поле выталкивало проводник вверх. Сила тока в проводнике берётся равной 1 A. Используя равенство моментов сил относительно оси индукции магнитного поля в зазоре ЭМ:

или , (25)