Da bismo razumeli šta je karakteristika magnetnog polja, treba definisati mnoge pojave. U isto vrijeme, morate unaprijed zapamtiti kako i zašto se pojavljuje. Saznajte koja je karakteristika snage magnetnog polja. Takođe je važno da se takvo polje može pojaviti ne samo u magnetima. S tim u vezi, ne škodi pomenuti karakteristike magnetskog polja Zemlje.
Pojava na terenu
Prvo, treba da opišemo izgled polja. Nakon toga možete opisati magnetsko polje i njegove karakteristike. Pojavljuje se tokom kretanja nabijenih čestica. Može uticati na pokretne električne naboje, posebno na provodne provodnike. Interakcija između magnetnog polja i pokretnih naboja, ili provodnika kroz koje teče struja, nastaje zbog sila koje se nazivaju elektromagnetne.
Intenzitet ili karakteristika snage magnetnog polja uodređena prostorna tačka određuju se pomoću magnetne indukcije. Ovo posljednje je označeno simbolom B.
Grafički prikaz polja
Magnetno polje i njegove karakteristike mogu se grafički prikazati korištenjem indukcijskih linija. Ova definicija se zove linije, tangente na koje će se u bilo kojoj tački poklapati sa smjerom vektora y magnetne indukcije.
Ove linije su uključene u karakteristike magnetnog polja i koriste se za određivanje njegovog smjera i intenziteta. Što je jači intenzitet magnetnog polja, to će više linija podataka biti povučeno.
Šta su magnetne linije
Magnetne linije u ravnim provodnicima sa strujom imaju oblik koncentričnog kruga čiji se centar nalazi na osi ovog provodnika. Smjer magnetskih linija u blizini vodiča sa strujom određen je pravilom gimleta, koje zvuči ovako: ako se gimlet nalazi tako da će se uvrnuti u provodnik u smjeru struje, tada je smjer rotacije ručka odgovara smjeru magnetnih linija.
Za kalem sa strujom, smjer magnetnog polja će također biti određen pravilom gimleta. Također je potrebno rotirati ručku u smjeru struje u zavojima solenoida. Smjer linija magnetske indukcije odgovarat će smjeru translacijskog pomicanja gimleta.
Definicija uniformnosti i nehomogenosti je glavna karakteristika magnetnog polja.
Kreira jedna struja, pod jednakim uslovima, poljeće se razlikovati po svom intenzitetu u različitim medijima zbog različitih magnetskih svojstava u ovim supstancama. Magnetna svojstva medija karakteriziraju apsolutnu magnetnu permeabilnost. Izmjereno u henrijama po metru (g/m).
Karakteristika magnetnog polja uključuje apsolutnu magnetnu permeabilnost vakuuma, nazvanu magnetna konstanta. Vrijednost koja određuje koliko će se puta apsolutna magnetna permeabilnost medija razlikovati od konstante naziva se relativna magnetna permeabilnost.
Magnetska permeabilnost supstanci
Ovo je bezdimenzionalna količina. Supstance čija je vrijednost permeabilnosti manja od jedan nazivaju se dijamagnetne. U ovim supstancama polje će biti slabije nego u vakuumu. Ova svojstva su prisutna u vodoniku, vodi, kvarcu, srebru, itd.
Mediji sa magnetnom permeabilnošću većom od jedan nazivaju se paramagnetnim. U ovim supstancama polje će biti jače nego u vakuumu. Ovi mediji i supstance uključuju vazduh, aluminijum, kiseonik, platinu.
U slučaju paramagnetnih i dijamagnetnih supstanci, vrijednost magnetne permeabilnosti neće ovisiti o naponu vanjskog magnetizirajućeg polja. To znači da je vrijednost konstantna za određenu supstancu.
Feromagneti pripadaju posebnoj grupi. Za ove supstance, magnetna permeabilnost će dostići nekoliko hiljada ili više. Ove supstance, koje imaju svojstvo magnetizacije i pojačavanja magnetnog polja, široko se koriste u elektrotehnici.
Jačina polja
Za određivanje karakteristika magnetnog polja, zajedno sa vektorom magnetne indukcije, može se koristiti vrijednost koja se zove jačina magnetnog polja. Ovaj pojam je vektorska veličina koja određuje intenzitet vanjskog magnetskog polja. Smjer magnetskog polja u mediju sa istim svojstvima u svim smjerovima, vektor intenziteta će se poklopiti sa vektorom magnetske indukcije u tački polja.
Jaka magnetna svojstva feromagneta se objašnjavaju prisustvom nasumično magnetiziranih malih dijelova u njima, koji se mogu predstaviti kao mali magneti.
Bez magnetnog polja, feromagnetna supstanca možda neće imati izražena magnetna svojstva, pošto polja domena dobijaju različite orijentacije, a njihovo ukupno magnetsko polje je nula.
Prema glavnim karakteristikama magnetnog polja, ako se feromagnet stavi u vanjsko magnetsko polje, na primjer, u zavojnicu sa strujom, tada će se pod utjecajem vanjskog polja domeni pretvoriti u smjer vanjskog polja. Štoviše, magnetsko polje na zavojnici će se povećati, a magnetska indukcija će se povećati. Ako je vanjsko polje dovoljno slabo, tada će se preokrenuti samo dio svih domena čija se magnetna polja približavaju smjeru vanjskog polja. Kako se jačina vanjskog polja povećava, povećavat će se i broj rotiranih domena, a pri određenoj vrijednosti napona vanjskog polja gotovo svi dijelovi će se rotirati tako da se magnetna polja nalaze u smjeru vanjskog polja. Ovo stanje se naziva magnetsko zasićenje.
Odnos između magnetne indukcije i intenziteta
Odnos između magnetne indukcije feromagnetne supstance i jačine vanjskog polja može se opisati korištenjem grafikona koji se naziva krivulja magnetizacije. Na krivini krivulje, brzina povećanja magnetne indukcije opada. Nakon zavoja, gdje napetost dostigne određeni nivo, dolazi do zasićenja, a kriva se lagano podiže, postepeno poprimajući oblik prave linije. U ovom dijelu indukcija još uvijek raste, ali prilično sporo i samo zbog povećanja jačine vanjskog polja.
Grafička zavisnost podataka indikatora nije direktna, što znači da njihov odnos nije konstantan, a magnetna permeabilnost materijala nije konstantan indikator, već zavisi od spoljašnjeg polja.
Promjene magnetnih svojstava materijala
Kada se poveća struja do punog zasićenja u zavojnici sa feromagnetnim jezgrom, a zatim se smanji, kriva magnetizacije se neće poklapati sa krivom demagnetizacije. Sa nultim intenzitetom, magnetna indukcija neće imati istu vrijednost, ali će dobiti neki indikator koji se zove rezidualna magnetna indukcija. Situacija sa zaostajanjem magnetne indukcije od sile magnetiziranja naziva se histereza.
Za potpunu demagnetizaciju feromagnetskog jezgra u zavojnici potrebno je dati obrnutu struju, koja će stvoriti potrebnu napetost. Za razne feromagnetnetvari, potreban je segment različitih dužina. Što je veći, potrebno je više energije za demagnetizaciju. Vrijednost pri kojoj je materijal potpuno demagnetiziran naziva se prisilna sila.
Sa daljim povećanjem struje u zavojnici, indukcija će ponovo porasti do indeksa zasićenja, ali sa drugačijim smerom magnetnih linija. Prilikom demagnetiziranja u suprotnom smjeru, dobit će se zaostala indukcija. Fenomen rezidualnog magnetizma koristi se za stvaranje trajnih magneta od supstanci sa visokim rezidualnim magnetizmom. Materijali sa mogućnošću remagnetizacije koriste se za izradu jezgara za električne mašine i uređaje.
Pravilo lijeve ruke
Sila koja djeluje na provodnik sa strujom ima smjer određen pravilom lijeve ruke: kada je dlan djevičanske ruke smješten na takav način da magnetne linije ulaze u njega, a četiri prsta su ispružena u smjeru struje u provodniku, savijeni palac pokazuje smjer sile. Ova sila je okomita na vektor indukcije i struju.
Provodnik sa strujom koji se kreće u magnetskom polju smatra se prototipom električnog motora koji pretvara električnu energiju u mehaničku.
Pravilo desne ruke
Prilikom kretanja provodnika u magnetskom polju, unutar njega se indukuje elektromotorna sila, koja ima vrijednost proporcionalnu magnetskoj indukciji, dužini uključenog provodnika i brzini njegovog kretanja. Ova zavisnost se naziva elektromagnetna indukcija. Atza određivanje smjera induciranog EMF-a u vodiču koristi se pravilo desne ruke: kada se desna ruka nalazi na isti način kao u primjeru s lijeve strane, magnetske linije ulaze u dlan, a palac pokazuje smjer kretanja provodnika, ispruženi prsti ukazuju na smjer induciranog EMF-a. Provodnik koji se kreće u magnetskom toku pod uticajem vanjske mehaničke sile je najjednostavniji primjer električnog generatora u kojem se mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Zakon elektromagnetne indukcije može se formulirati drugačije: u zatvorenom kolu indukuje se EMF, sa bilo kojom promjenom magnetskog fluksa koji pokriva ovo kolo, EFE u kolu je numerički jednak brzini promjene magnetnog fluksa koji pokriva ovo kolo.
Ovaj obrazac daje prosječan EMF indikator i ukazuje na ovisnost EMF-a ne od magnetskog fluksa, već od brzine njegove promjene.
Lenzov zakon
Također morate zapamtiti Lenzov zakon: struja izazvana promjenom magnetnog polja koja prolazi kroz kolo, njeno magnetsko polje sprječava ovu promjenu. Ako su zavoji zavojnice probijeni magnetskim tokovima različitih veličina, tada je EMF inducirana na cijelom svitku jednaka zbroju EMF-a u različitim zavojima. Zbir magnetnih tokova različitih zavoja zavojnice naziva se fluks veza. Jedinica mjerenja ove količine, kao i magnetnog fluksa, je weber.
Kada se električna struja u kolu promijeni, mijenja se i magnetski fluks koji ona stvara. U isto vrijeme, prema zakonu elektromagnetne indukcije, unutraprovodnika, indukuje se EMF. Pojavljuje se u vezi sa promjenom struje u provodniku, stoga se ova pojava naziva samoindukcija, a EMF inducirana u provodniku naziva se EMF samoindukcije.
Veza fluksa i magnetni fluks ne zavise samo od jačine struje, već i od veličine i oblika datog provodnika, kao i od magnetne permeabilnosti okolne supstance.
Induktivnost provodnika
Koeficijent proporcionalnosti naziva se induktivnost provodnika. Odnosi se na sposobnost provodnika da stvori vezu fluksa kada struja prolazi kroz njega. Ovo je jedan od glavnih parametara električnih kola. Za određena kola, induktivnost je konstanta. To će ovisiti o veličini konture, njegovoj konfiguraciji i magnetskoj permeabilnosti medija. U ovom slučaju, jačina struje u kolu i magnetni fluks neće biti bitni.
Gore definicije i fenomeni daju objašnjenje šta je magnetno polje. Date su i glavne karakteristike magnetnog polja uz pomoć kojih je moguće definisati ovaj fenomen.
