Jakost magnetnega polja. Magnetizirajoča sila

Okoli žice ali tuljave vedno teče električni tok magnetno polje… Magnetno polje trajnega magneta nastane zaradi gibanja elektronov v njihovih orbitah v atomu.

Za magnetno polje je značilna njegova moč. Moč H magnetnega polja je podobna mehanski jakosti. Je vektorska količina, to pomeni, da ima velikost in smer.

Magnetno polje, to je prostor okoli magneta, si lahko predstavljamo kot napolnjenega z magnetnimi črtami, za katere velja, da izhajajo iz severnega pola magneta in vstopajo v južni pol (slika 1). Tangente na magnetno linijo označujejo smer jakosti magnetnega polja.

Magnetno polje je močnejše tam, kjer so magnetne linije gostejše (na polih magneta ali znotraj tuljave, po kateri teče tok).

Večja kot sta tok I in število ovojev ω tuljave, večje je magnetno polje v bližini žice (ali znotraj tuljave).

Moč magnetnega polja H na kateri koli točki v prostoru je tem večja, čim večji je produkt ∙ ω in čim krajša je dolžina magnetne črte:

H = (I ∙ ω) / l.

Iz enačbe izhaja, da je enota za merjenje jakosti magnetnega polja amper na meter (A/m).

Za vsako magnetno črto v danem enakomernem polju sta produkta H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω enaka (slika 1).

riž. 1.

Produkt H ∙ l v magnetnih vezjih je podoben napetosti v električnih vezjih in se imenuje magnetna napetost, vzdolž celotne dolžine magnetne indukcijske črte pa se imenuje sila magnetiziranja (ns) Fm: Fm = H ∙ l = I ∙ ω.

Silo magnetiziranja Fm merimo v amperih, vendar se v tehnični praksi namesto imena amper uporablja ime amper-turn, kar poudarja, da je Fm sorazmerna s tokom in številom ovojev.

Za cilindrično tuljavo brez jedra, katere dolžina je veliko večja od njenega premera (l≫d), se lahko magnetno polje znotraj tuljave šteje za enakomerno, tj. z enako jakostjo magnetnega polja H v celotnem notranjem prostoru tuljave (slika 1). Ker je magnetno polje zunaj takšne tuljave veliko šibkejše kot v njej, lahko zunanje magnetno polje zanemarimo in pri izračunu predpostavimo, da je n. c tuljava je enak zmnožku poljske jakosti znotraj tuljave in dolžine tuljave.

Polarnost magnetnega polja žice in tokovne tuljave je določena s pravilom gimbala. Če premikanje kardanskega mehanizma naprej sovpada s smerjo toka, bo smer vrtenja ročaja kardanskega obroča kazala smer magnetnih linij.

Primeri za

1. Skozi tuljavo z 2000 ovoji teče tok 3 A. Kaj je n. v. tuljave?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Magnetna moč tuljave je 6000 amperskih tokov.

2. Tuljava z 2500 ovoji naj ima n. str 10000 A. Kakšen tok mora teči skozenj?

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

3.Skozi tuljavo teče tok I = 2 A. Koliko ovojev mora imeti tuljava, da zagotovi n. vas 8000 A?

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

4. Znotraj tuljave dolžine 10 cm s 100 zavoji je potrebno zagotoviti jakost magnetnega polja H = 4000 A / m. Kolikšen tok naj prenaša tuljava?

Magnetna sila tuljave je Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Zato je 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Premer tuljave (solenoida) je D = 20 mm, njegova dolžina pa l = 10 cm Tuljava je navita iz bakrene žice s premerom d = 0,4 mm. Kakšna je jakost magnetnega polja v tuljavi, če je vklopljena pri 4,5 V?

Število zavojev brez upoštevanja debeline izolacije ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 zavojev.

Dolžina zanke π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.

Dolžina tuljave l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Aktivni upor tuljave r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 Ohm.

Tok I = U / r = 4,5 / 2,2 = 2,045 A ≈2 A.

Moč magnetnega polja znotraj tuljave H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.

6. Določite jakost magnetnega polja na razdalji 1, 2, 5 cm od ravne žice, po kateri teče tok I = 100 A.

Uporabimo formulo H ∙ l = I ∙ ω.

Za ravno žico ω = 1 in l = 2 ∙ π ∙ r,

od koder je H = I / (2 ∙ π ∙ r).

H1 = 100 / (2 ∙ 3,14 ∙ 0,01) = 1590 A / m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.