Единица магнитной индукции, теория и онлайн-калькуляторы - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Все элементы кругового тока образуют вектор, направленный вдоль оси X (рис.1). Чтобы найти суммарное поле, перейдем к интегралу:

Содержание

Единица магнитной индукции

Единица магнитной индукции ($overline$) в Международной системе единиц (СИ) называется тесла (Tesla), в честь сербского ученого Н. Тесла, который добился успеха в области радиотехники и электроники.

Единица магнитной индукции определяется из закона Ампера. Рассмотрим прямолинейный проводник длиной $l$, по которому течет ток $I$. Пусть этот проводник находится в однородном магнитном поле $overline$, а вектор индукции поля перпендикулярен проводнику. В этом случае модуль силы Ампера ($<>>_A$), действующие на проводник, равны:

Выражая магнитную индукцию из уравнения (1), получаем:

Из выражения (2) следует, что тесла (единица магнитной индукции) – это величина, соответствующая магнитной индукции однородного магнитного поля, действующего на каждый метр прямого проводника, перпендикулярного направлению линии $.$, с силой в один ньютон, для тока в один ампер в проводнике:

Единица магнитной индукции (тесла) взята из Международной системы единиц (СИ). В основных единицах системы СИ тесла как единица магнитной индукции выражается как:

Для обозначения десятичных кратных и дробных единиц к Tl можно использовать префиксы стандарта СИ. Например, $kTl$ (кило тесла), $1kTl=1000Tl$; nTl (нано тесла), $1nTl=<10>^<-9>Tl.$.

1 Тесла – это довольно большая магнитная индукция, особенно в постоянном магнитном поле. На сегодняшний день человеку удалось создать постоянное магнитное поле в 100,75 Тесла. Рукотворное пульсирующее магнитное поле достигло значения индукции 2,8 $ <10>^3Tl$. Магнитное поле Земли может значительно изменяться в зависимости от местоположения на планете, оно составляет порядка $10 μTl.

Один Тесла равен 1 В⋅с / м 2 . Это можно показать, начав со скорости света в вакууме, c = ( ε ₀ μ ₀ ) -1/2 , и вставляем значения и единицы СИ для c (2,998 × 10 8 м/с), диэлектрическая проницаемость вакуума ε ₀ ( 8,85 × 10 -12 A⋅s / (B⋅m) ), и вакуумная проницаемость μ ₀ ( 12,566 × 10 -7 Тм / A ). Таким образом, аннулирование чисел и единиц дает это соотношение.

В формировании силы Лоренца разница между электрическим и магнитным полями заключается в том, что сила, создаваемая магнитным полем на заряженной частице, обычно обусловлена движением заряженной частицы, тогда как сила, создаваемая электрическим полем на заряженной частице, не обусловлена движением заряженной частицы. Это можно понять, если посмотреть на единицы измерения для каждого из них. Единицей электрического поля в системе единиц МКС является ньютон на кулон, N / C, а магнитное поле (в теслах) можно записать как N / (Cm / s). Разделительным фактором между двумя типами полей являются метры в секунду (м/с), или скорость. Это соотношение сразу же подчеркивает тот факт, что то, считается ли статическое электромагнитное поле чисто магнитным или чисто электрическим, или какой-то комбинацией этих двух факторов, зависит от системы отсчета (т.е. от скорости движения человека относительно поля).

В ферромагнетиках движением, создающим магнитное поле, является спин электрона (и в меньшей степени орбитальный угловой момент электрона). В проводнике с током (электромагниты) движение обусловлено перемещением электронов вдоль проводника (прямолинейным или круговым).

Магнитный поток: F=B×S F – магнитный поток – поток вектора магнитной индукции через единицу площади S (1Vb=1Tl×1m2).

Что такое 1tel? Что это такое? Объясните)))(я имею ввиду силу магнитного притяжения)).

Он назван в честь ученого Николы Тесла. Этот прибор используется для измерения магнитной индукции. Например: 1 Тесла = 104 Гс. В системе USS (сантиметр-грамм-секунда) индукция магнитного поля измеряется в гауссах (Гс), в системе СИ – в теслах (Тл). Количественно эта проблема была решена Ампером, который измерил взаимодействие двух параллельных проводников с протекающими по ним токами. Один проводник создавал вокруг себя магнитное поле, другой реагировал на это поле, приближаясь или удаляясь с измеримой силой, зная это и величину тока, можно было определить модуль вектора магнитной индукции.

Например: В – вектор магнитной индукции (Тл), Н – вектор напряженности магнитного поля в данной точке. V/H = mu – абсолютная магнитная проницаемость (Tl*m/A).

Магнитный поток: F=B×SMМагнитный поток – поток вектора магнитной индукции через площадь S, единица измерения: Вебер (1Bb=1Tl×1m2).

В общем случае, Ф – магнитный поток, измеряемый в Тл, В – вектор магнитной индукции, также в Тл, например. Таким образом, это просто единица измерения, выраженная формулами. Единица плотности магнитного потока (магнитная индукция) была названа в честь N. Тесла. F – сила Лоренца. V – скорость, B – магнитный поток. F = gVB sin alpha, где g – заряд, а alpha – угол между векторами V и B. Это, кстати, определяется правилом левой руки. Существует множество формул. Чтобы разобраться во всей этой информации, загляните в коробку :3

Как измеряется индуктивность?

Магнитное поле и его свойства

Когда электрический ток течет в проводнике, он создает магнитное поле вокруг проводника. магнитное поле. Магнитное поле это тип материи. Она обладает энергией, которая проявляется в виде электромагнитных сил, действующих на отдельные движущиеся электрические заряды (электроны и ионы) и на их потоки, т.е. электрический ток. Под действием электромагнитных сил движущиеся заряженные частицы отклоняются от своего первоначального пути в направлении, перпендикулярном полю (рис. 1). Создается магнитное поле только вокруг движущихся электрических зарядов, но и взаимодействует с движущимися зарядами. Магнитные и электрические поля неразделимы и вместе образуют единое целое электромагнитное поле. Любое изменение в электрическое поле приводит к появлению магнитного поля и наоборот, каждое изменение магнитного поля сопровождается появлением электрического поля. Электромагнитное поле распространяется со скоростью света, т.е. км/с.

Графическое представление магнитного поля. Графически магнитное поле интерпретируется как магнитные силовые линии, которые можно провести таким образом, чтобы магнитная линия в каждой точке поля совпадала с направлением напряженности поля; магнитные силовые линии всегда непрерывны и замкнуты. Направление магнитного поля в каждой точке можно определить по магнитной стрелке. Северный полюс стрелки всегда располагается в направлении сил поля. Конец постоянного магнита, из которого выходят линии поля (рис. 2, a), обычно считается северным полюсом, а противоположный конец, в который входят линии поля, считается южным полюсом (линии поля, проходящие внутри магнита, не показаны). Распределение линий поля между полюсами плоского магнита можно определить, положив стальные опилки на лист бумаги, помещенный над полюсами (рис. 2, б). Магнитное поле в воздушном зазоре между двумя полюсами постоянного магнита с противоположными, параллельными полюсами, характеризуется равномерным распределением линий магнитного потока (рис. 3) (линии потока, проходящие внутри магнита, не показаны).

Рис.1 Влияние магнитного поля на движущийся электрический заряд: положительный ион (a) и электрон (b).

Рис. 2 Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом.

Рис. 3 Равномерное магнитное поле между полюсами постоянного магнита.

Рис. 4 Магнитный поток, входящий в катушку перпендикулярно (a) и наклонно (b) к направлению линий магнитного поля.

Для более четкого представления магнитного поля линии поля более разреженные или более плотные. Там, где магнитное поле сильнее, силовые линии расположены ближе друг к другу; там, где оно слабее, они расположены дальше друг от друга. Линии силы нигде не пересекаются. Во многих случаях удобно рассматривать линии магнитного поля как упругие, натянутые нити, которые стремятся к сжатию и в то же время отталкиваются друг от друга (имеют взаимное боковое распространение). Такое механическое представление силовых линий дает четкое объяснение возникновения электромагнитных сил при взаимодействии магнитного поля и проводника тока, а также двух магнитных полей.

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля. Напряженность магнитного поля, т.е. его способность производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией. Чем сильнее магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом или электромагнитом, тем больше его индукция. Магнитная индукция В можно выразить в терминах плотности магнитного потока, т.е. количества линий потока, проходящих через площадь в 1 м или 1 см перпендикулярно магнитному полю. Различают однородные и неоднородные магнитные поля. В однородном магнитном поле плотность магнитного потока в каждой точке поля имеет одинаковое значение и направление. Поле в воздушном зазоре между противоположными полюсами магнита или электромагнита (см. рис. 3) можно считать однородным, если от его концов имеется определенное расстояние. Магнитный поток Ф, проходящий через поверхность, определяется общим числом магнитных силовых линий, пронизывающих эту поверхность, например, катушку 1 (рис. 4, а), поэтому в однородном магнитном поле F = BSгде S – площадь поперечного сечения поверхности, через которую проходят магнитные силовые линии. Из этого следует, что в таком поле магнитная индукция равна потоку, деленному на площадь поперечного сечения S: ∆B = ∆frac F S . Если поверхность наклонена относительно направления магнитных силовых линий (рис. 4б), то поток через нее будет меньше, чем в случае перпендикулярной поверхности, т.е. F _{(_2)} меньше, чем F _{(_1)} . В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в единице Вебера (Vb), которая измеряется в В*с (вольт-секундах). Магнитная индукция в системе единиц СИ измеряется в Теслах (Тесла); 1 Тесла = 1 Вб/м ^2.

Магнитный поток проходит через солнечное пятно площадью ∗ 1,2 ∗ 10^<15> м ∗ 2 . Если средняя индукция магнитного поля солнечного пятна равна 0,3 Тесла, а линии индукции магнитного поля солнечного пятна перпендикулярны его поверхности, то магнитный поток составляет

Если смотреть сверху, то линии магнитной индукции направлены

Через катушку с индуктивностью Ω Gn протекает постоянный электрический ток. Если ток в этой цепи равен Ω A, то энергия магнитного поля катушки равна

Что создает магнитное поле?

Как измеряется индуктивность?

Когда ток в проволочной катушке уменьшился с Ω A до Ω A, энергия магнитного поля уменьшилась на Ω Дж. Определите, на сколько уменьшился магнитный поток через катушку.

Парамагнетики – слабомагнитные вещества; их магнитная проницаемость немного больше единицы. В неоднородном магнитном поле парамагнетики притягиваются к более сильному полю. В отсутствие магнитного поля парамагнетики не сохраняют свою намагниченность, поскольку собственные магнитные моменты их атомов, молекул или ионов направлены хаотично из-за теплового движения.

Применение магнитной индукции в электротехнике и электронике

В современном мире существует множество примеров применения полей магнитной индукции, прежде всего в силовой электротехнике: в генераторах тока, трансформаторах напряжения, в различных электромагнитных приводах различных приборов, инструментов и механизмов, в измерительной технике и науке, в различных физических экспериментальных установках, а также в устройствах электрозащиты и аварийного отключения электроэнергии.

Электродвигатели, генераторы и трансформаторы

В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу изобрел однополюсный двигатель, который стал прототипом современных двигателей постоянного тока. Это изобретение ценно еще и тем, что оно предшествовало открытию электромагнитной индукции.

Сегодня практически все электродвигатели используют силу Ампера, которая действует на цепь с током в магнитном поле, заставляя ее двигаться.

В 1831 году Фарадей создал экспериментальный аппарат для демонстрации явления магнитной индукции, важной частью которого было устройство, известное сегодня как тороидальный трансформатор. Принцип Фарадея до сих пор используется во всех современных трансформаторах напряжения и тока, независимо от их размера, конструкции или области применения.

Кроме того, Фарадей научно и экспериментально доказал возможность преобразования механического движения в электрический ток с помощью изобретенного им однополюсного генератора постоянного тока, который стал прототипом для всех генераторов постоянного тока.

Первый генератор переменного тока был создан французским изобретателем Ипполитом Пикси в 1832 году. Позже, по предложению Ампера, он был дополнен коммутационным устройством, что позволило получать пульсирующий постоянный ток.

Почти все генераторы электроэнергии, использующие принцип магнитной индукции, основаны на существовании электродвижущей силы в замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Магнитный ротор вращается относительно неподвижных катушек статора в генераторах переменного тока, или обмотки ротора вращаются относительно неподвижных магнитов статора (ярма) в генераторах постоянного тока.

Самый мощный в мире генератор, построенный в 2013 году для Тайшаньской атомной электростанции китайской компанией DongFang Electric, может вырабатывать 1750 МВт.

Помимо обычных генераторов и двигателей, преобразующих механическую энергию в электрическую и наоборот, существуют так называемые магнитогидродинамические генераторы и двигатели, работающие по другому принципу.

Реле и электромагниты

Реле и электромагнит – наиболее распространенный тип реле. Электромагнит Генри стал первым электроприводом и предшественником известного всем нам электрического звонка. Позже Генри взял за основу электромагнитное реле, которое стало первым автоматическим переключающим устройством с двоичным состоянием.

Слаботочное реле Генри также было необходимым условием для телеграфа, который использовал азбуку Морзе, технически простую в реализации: ключ с короткой цепью на передающей стороне использовался для передачи точки, а ключ с более длинной цепью на передающей стороне использовался для передачи тире. Реле на приемной стороне под действием протекающего тока, в свою очередь, замыкало контакты более мощного электромагнита, который опускал графитовый стержень на скользящую бумажную ленту, записывая таким образом передаваемый сигнал. Шифер поднимался автоматически с помощью механической пружины над лентой. Более ранние конструкции не имели ленты, сигналы принимались на слух и записывались вручную на бумаге.

При передаче телеграфных сигналов на большие расстояния реле использовались в качестве усилителей постоянного тока, коммутируя подключение внешних батарей промежуточной станции для дальнейшей передачи сигнала.

Динамические головки и микрофоны

В современной звукотехнике широко используются электромагнитные громкоговорители, звук в которых создается за счет взаимодействия подвижной катушки, закрепленной на мембране, по которой протекает ток звуковой частоты, с магнитным полем в зазоре неподвижного постоянного магнита. Это заставляет катушку и диафрагму двигаться и производить звуковые волны.

Динамические микрофоны используют ту же конструкцию, что и динамическая головка, но в микрофоне, напротив, подвижная катушка, вибрирующая под воздействием акустического сигнала, с мини-диффузором в зазоре неподвижного постоянного магнита генерирует электрический сигнал на звуковой частоте.

Датчики и измерительные приборы

Несмотря на обилие современных цифровых измерительных приборов, в измерительной технике по-прежнему используются приборы магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического, ферродинамического и индуктивного типов.

Все системы вышеперечисленных типов используют принцип взаимодействия магнитных полей либо постоянного магнита с полем катушки тока, либо ферромагнитного сердечника с полями катушки тока, либо магнитных полей катушки тока.

Благодаря относительной инерционности таких измерительных систем, они подходят для измерения средних величин.

F = qyB sin a

Напряженность магнитного поля

Величина, характеризующая магнитное поле и определяющая его напряженность, называется плотностью магнитного потока (B) и является векторной величиной.
Согласно закону Ампера, сила воздействия магнитного поля на проводник длиной l, в котором течет ток I, равна

F = IBl sin a

l – длина проводника в метрах;
I – значение тока в амперах;
значение угла между направлениями тока и индукции.

Эта векторная величина считается напряженностью магнитного поля, ее единицей измерения в системе СИ является А/м (ампер на метр), в системе СГС – эрстед, что идентично Гауссу.
Магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. Сила, действующая на заряды, движущиеся в магнитном поле, называется силой Лоренца и определяется как

F = qyB sin a

y – скорость заряда q;
a – величина угла между направлениями магнитной индукции и движения заряда.

В системе СИ магнитная индукция (B) измеряется в теслах (Тесла), производные: нанотесла, микротесла, килотесла, мегатесла и т.д. Единицей измерения в системе Гаусса (СГС) является гаусс.
1 Тесла = 10000 Гс

Вы можете использовать онлайн-калькулятор для правильного расчета напряженности магнитного поля и преобразования единиц измерения.

Читайте далее: