Magnetisk feltstyrke. Magnetiserende kraft
Der er altid en elektrisk strøm omkring en ledning eller spole magnetfelt… En permanent magnets magnetiske felt er forårsaget af elektronernes bevægelse i deres baner i atomet.
Et magnetfelt er karakteriseret ved dets styrke. Styrken H af magnetfeltet svarer til den mekaniske styrke. Det er en vektorstørrelse, det vil sige, den har størrelse og retning.
Magnetfeltet, det vil sige rummet omkring magneten, kan repræsenteres som fyldt med magnetiske linjer, som anses for at gå ud fra magnetens nordpol og gå ind i sydpolen (fig. 1). Tangenterne til den magnetiske linje angiver retningen af magnetfeltstyrken.
Magnetfeltet er stærkere, hvor de magnetiske linjer er tættere (ved polerne på en magnet eller inde i en strømførende spole).
Jo større strøm I og antallet af omdrejninger ω af spolen, jo større er magnetfeltet nær ledningen (eller inde i spolen).
Styrken af magnetfeltet H på ethvert punkt i rummet er større, jo større produktet ∙ ω er, og jo kortere længden af magnetlinjen er:
H = (I ∙ ω) / l.
Det følger af ligningen, at enheden til måling af magnetfeltets styrke er ampere pr. meter (A/m).
For hver magnetlinje i et givet ensartet felt er produkterne H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω ens (fig. 1).
Ris. 1.
Produktet H ∙ l i magnetiske kredsløb svarer til spændingen i elektriske kredsløb og kaldes den magnetiske spænding, og taget langs hele længden af den magnetiske induktionslinje kaldes magnetiseringskraften (ns) Fm: Fm = H ∙ l = jeg ∙ ω.
Magnetiseringskraften Fm måles i ampere, men i teknisk praksis bruges i stedet for navnet ampere navnet ampere-turn, hvilket understreger, at Fm er proportional med strømmen og antallet af vindinger.
For en cylindrisk spole uden en kerne, hvis længde er meget større end dens diameter (l≫d), kan magnetfeltet inde i spolen betragtes som ensartet, dvs. med samme magnetfeltstyrke H i hele spolens indre rum (fig. 1). Da magnetfeltet uden for en sådan spole er meget svagere end inde i den, kan det ydre magnetfelt negligeres og i beregningen antages det, at n. c-spolen er lig med produktet af feltstyrken inde i spolen gange spolens længde.
Polariteten af ledningens og strømspolens magnetiske felt bestemmes af kardanreglen. Hvis kardanens fremadgående bevægelse falder sammen med strømmens retning, vil rotationsretningen af kardanhåndtaget indikere retningen af de magnetiske linjer.
Eksempler på
1. En strøm på 3 A løber gennem en spole på 2000 omdrejninger. Hvad er n. v. spoler?
Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Spolens magnetiseringsstyrke er 6000 ampere-omdrejninger.
2. En spole på 2500 vindinger skal have n. s. 10000 A. Hvilken strøm skal gå igennem den?
I = Fm / ω = (I ∙ ω) / ω = 10000/2500 = 4 A.
3.Gennem spolen løber en strøm I = 2 A. Hvor mange vindinger skal der være i spolen for at give n. landsby 8000 A?
ω = Fm / I = (I ∙ ω) / I = 8000/2 = 4000 omdrejninger.
4. Inde i en spole 10 cm lang med 100 vindinger er det nødvendigt at sikre styrken af magnetfeltet H = 4000 A/m. Hvor meget strøm skal spolen bære?
Den magnetiserende kraft af spolen er Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Derfor er 4000 A / m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.
5. Diameteren af spolen (solenoid) er D = 20 mm, og dens længde er l = 10 cm. Spolen er viklet af en kobbertråd med en diameter på d = 0,4 mm. Hvad er magnetfeltstyrken inde i spolen, hvis den er tændt ved 4,5V?
Antallet af vindinger uden hensyntagen til tykkelsen af isoleringen ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 vindinger.
Løglængde π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.
Spollængde l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.
Den aktive modstand af spolen r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 Ohm.
Strøm I = U / r = 4,5 / 2,2 = 2,045 A ≈2 A.
Styrken af magnetfeltet inde i spolen H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A / m.
6. Bestem styrken af magnetfeltet i en afstand på 1, 2, 5 cm fra den lige ledning, gennem hvilken strømmen I = 100 A løber.
Lad os bruge formlen H ∙ l = I ∙ ω.
For en lige ledning ω = 1 og l = 2 ∙ π ∙ r,
hvorfra H = I / (2 ∙ π ∙ r).
H1 = 100 / (2 ∙ 3,14 ∙ 0,01) = 1590 A/m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.