Магнитная индукция и магнитный поток

Магнитная индукция

Согласно современным научным представлениям об электромагнитных явлениях, МП неразрывно связано с электрическим током: МП не может существовать без тока, и нельзя себе представить электрический ток без МП.

Если в пространстве, где существует МП, поместить магнитную стрелку, то она стремится занять вполне определенное положение, что свидетельствует о направленности свойств МП. Условились направлением МП в данной точке пространства считать направление, в котором устанавливается ось свободно подвешенной бесконечно малой магнитной стрелки, центр которой совмещен с этой точкой пространства. При этом из двух возможных направлений вдоль оси стрелки МП условно приписывают направление от южного конца стрелки к северному.

Наглядное представление о направленности МП можно получить, если в пространстве провести ряд линий, по отношению к которым оси всех магнитных стрелок являлись бы касательными. Такие линии получили название магнитных линий. Совокупность магнитных линий принято называть картиной МП. Для примера на рис. 9.12 приведены плоскостные картины МП постоянного магнита в форме параллелепипеда (рис. 9.12, а), МП тока в прямом проводе круглого сечения (рис. 9.12, б), МП соленоида (рис. 9.12, в) и МП обмоток возбуждения электрической машины постоянного тока (рис. 9.12, г).

Рис. 9.12. Картины МП постоянного магнита

Направление МП, созданного током, зависит от направления тока в проводах. Это направление принято определять по правилу правого винта. В электротехнике это правило применяют в двух вариантах в зависимости от того, идет ли речь о поле, созданном током в отрезке

Рис. 9.13. Расположение магнитных линий у прямолинейного проводника с током

провода или током, замыкающимся в витке, в частности протекающим по обмотке индуктивной катушки.

В первом случае, обращаясь к МП проводника с током (рис. 9.13), винт с правой нарезкой мысленно располагают так, чтобы его ось оказалась совмещенной с осью провода, по которому течет ток. Если вращать винт в направлении магнитных линий, то направление его поступательного перемещения будет соответствовать направлению тока в проводе.

Во втором случае, когда МП образовано индуктивной катушкой (рис. 9.12, а) или витком стоком (рис. 9.12, б), ось винта следует совместить с осью витка или катушки. Тогда при вращении винта в направлении движения тока в витке или по обмотке катушки поступательное перемещение винта укажет направление МП сквозь рассматриваемые виток или катушку.

МП помимо направления характеризуется еше и интенсивностью. Рассмотрим, для примера, воздействие МП на небольшой плоский контур с электрическим током. Такой контур будет стремиться занять в пространстве определенное положение, при котором нормаль к плоскости контура совпадает с направлением МП в одной из точек плоскости, ограниченной этим контуром.

При выведении контура из указанного положения на него начинает действовать момент, стремящийся вернуть контур в первоначальное положение. Величина момента пропорциональна току I контура, его площади S и синусу угла (1, составляемого нормалью к плоскости контура и направлением МП в одной из ее точек (рис. 9.14).

Рис. 9.14. Воздействие МП на плоский контур с током

Таким образом, обозначая коэффициент пропорциональности буквой В, для момента т, действующего на отклоненный контур, можно написать:

Если беспредельно уменьшать площадь контура, стягивая его в точку, придем к выражению для бесконечно малого момента dm, действующего на контур бесконечно малой площади ds:

где угол р приобретает определенный смысл угла между нормалью к плоскости бесконечно малого контура и направлением МП в точке пространства, где расположен бесконечно малый контур.

В этих условиях коэффициент В принимают за характеристику интенсивности МП в данной точке пространства и называют индукцией МП.

Магнитную индукцию рассматривают как векторную величину, совмещая направление вектора магнитной индукции с направлением МП в данной точке пространства.

МП, характеризующееся в некоторой области пространства неизменным значением вектора магнитной индукции, называют равномерным МП. Магнитная индукция в международной системе (СИ) измеряется в единицах тесла (Тл). Магнитная индукция равномерного МП равна 1Тл, если она воздействует на плоский электрический контур с площадью S= 1 м² и током / = 1 А, расположенный так, что магнитные линии лежат в плоскости контура (р = 0,5л, sin р = 1), с моментом т — Н м.

Область пространства, с каждой точкой которого связан определенный вектор, принято называть полем данного вектора. Для наглядного представления векторного поля широко используют понятия линий и трубок данного вектора. При этом под линией вектора понимают линию, проведенную в поле так, что в любой ее точке вектор направлен по касательной линии. Трубкой вектора называют трубчатую область пространства, ограниченную совокупностью прилегающих друг к другу линий данного вектора, проведенных через замкнутый контур. К упомянутому математическому представлению о векторном поле часто прибегают при описании различных физических полей. В частности, при описании МП обращаются к полю вектора магнитной индукции, определяя в нем линии и трубки вектора магнитной индукции.