1. Интенсивность магнитной индукции
Напряженность магнитной индукции — это физическая величина, используемая для описания свойств магнитного поля, выражаемая буквой B, при этом направление B в точке магнитного поля является направлением магнитного поля в этой точке, а величина B указывает на напряженность магнитного поля в этой точке.
В системе единиц СИ (Международная система единиц) единицей измерения напряженности магнитной индукции является [вольт · секунда/метр 2], а [вольт] · [секунда] называется Вебер, поэтому единица измерения напряженности магнитной индукции называется [Вебер/метр 2] или [Тесла], обозначаемая как [Тл], в системе единиц СГСМ единицей измерения напряженности магнитной индукции является [Гаусс]. Единицы обозначаются символами: В — [вольт], с — [секунда], м — [метр], Вб — [Вебер], Тл — [Тл], Гс — [Гаусс], мТл — [миллит].
1T=1Вб/м2=104Гс=103мТл (1)
2, магнитная силовая линия, магнитный поток и теорема о непрерывности магнитного потока
Магнитное поле графически изображается с помощью линий магнитного поля. Линии магнитного поля различных магнитных полей, создаваемых током, показаны на рисунке 1. Линии магнитного поля представляют собой замкнутые линии без головы и хвоста, окружающие ток, а направление тока и направление возврата линии магнитного поля подчиняются правилу правой руки.
Мы указываем, что направление касательной любой точки линии магнитного поля является направлением магнитного поля (т. е. B) в этой точке, и что число линий магнитного поля на единицу площади, перпендикулярной вектору B, равно величине вектора B в этой точке. Другими словами, где магнитное поле сильное, линии магнитного поля плотнее, а где магнитное поле слабое, линии магнитного поля тоньше.
Общее число линий магнитной силы, проходящих через поверхность, называется магнитным потоком, проходящим через поверхность, и обозначается как Φ. Расчет магнитного потока показан на рисунке 2. На поверхности берется элемент площади, и между направлением его нормали и направлением B точки образуется угол θ. Магнитный поток элемента, проходящего через площадь, равен:
dφ=B×cosθ×ds (2)
Таким образом, общий поток S через поверхность равен
φ=# B×cosθ×ds (3)
Когда B однороден, а S — плоскость, перпендикулярная B, магнитный поток через плоскость S равен:
φ = B×S (4)
Это соотношение часто используется в магнитных измерениях.
Теорема о непрерывном потоке: Когда S-плоскость представляет собой замкнутую поверхность, то поскольку линия магнитного поля является замкнутой линией, то линия магнитного поля, проходящая через замкнутую поверхность, должна проходить через другие части замкнутой поверхности, поэтому полный магнитный поток через любую замкнутую поверхность должен быть равен нулю. А именно:
φ=# Bcosθds=0 (5)
Единицей измерения магнитного потока в системе единиц СИ является [Вебер], в системе единиц СГСМ — [Максвелл], а сокращенный символ [Mai] представлен как Mx.
1Wb=108Мх (6)
3. Напряженность магнитного поля, проницаемость и закон ампера
Напряженность магнитного поля — физическая величина, введенная для облегчения анализа взаимосвязи между магнитным полем и током; она также является вектором, выражаемым через H, ее связь с напряженностью магнитной индукции имеет вид:
H = B/μ (7)
Где: μ — проницаемость магнитной среды, определяемая природой магнитной среды.
Согласен. В единицах СИ проницаемость вакуума равна:
μ0=4π×10-7 Генри/м (8)
Единица измерения H — [ампер/метр], в системе единиц CGSM проницаемость вакуума равна 1, а единица измерения H — [Остер], сокращенно от [Ао]. Единицы представлены символами: А — [ампер], Э — [О], а Н — [Генри].
1А/м=4π×10-3 Э (9)
Закон петли Ампера: В магнитном поле вектор H следует произвольно замкнутой кривой.
Линейный интеграл сигмы равен алгебраической сумме токов, заключенных в этой замкнутой кривой. А именно:
# H×cos ×dl=∑I (10)
Где: — угол между направлением касательной кривой и направлением магнитного поля точки.
Используя закон петли Ампера, мы можем легко вычислить магнитное поле, создаваемое током с определенной пространственной симметрией. Например, вычислим напряженность магнитного поля в точке P внутри равномерно плотно намотанного кругового соленоида, как показано на рисунке 4. Возьмем концентрические окружности радиуса r, проходящие через точку P, как замкнутую интегральную кривую. Из-за соотношения симметрии напряженность магнитного поля в каждой точке вокруг концентрической окружности одинакова, а направление напряженности магнитного поля совпадает с направлением касательной к концентрической окружности, то есть=0, поэтому:
# H×cos ×dl=H*2πr=NI (11)
Итак, напряженность магнитного поля в точке P: H=NI/ (2πr)
Где N — число витков обмотки. Из этого соотношения видно, что напряженность магнитного поля определяется только распределением тока, создающего магнитное поле, и не имеет никакого отношения к свойствам магнитной среды.