Aby sme pochopili, čo je charakteristika magnetického poľa, je potrebné definovať mnohé javy. Zároveň si musíte vopred zapamätať, ako a prečo sa objavuje. Zistite, aká je výkonová charakteristika magnetického poľa. Dôležité je aj to, že takéto pole sa môže vyskytovať nielen v magnetoch. V tejto súvislosti nezaškodí spomenúť charakteristiky zemského magnetického poľa.
Výskyt v poli
Najprv by sme mali opísať vzhľad poľa. Potom môžete opísať magnetické pole a jeho vlastnosti. Objavuje sa pri pohybe nabitých častíc. Môže ovplyvniť pohybujúce sa elektrické náboje, najmä na vodivých vodičoch. Interakcia medzi magnetickým poľom a pohyblivými nábojmi alebo vodičmi, ktorými prúdi prúd, nastáva v dôsledku síl nazývaných elektromagnetické.
Intenzita alebo výkonová charakteristika magnetického poľa vpomocou magnetickej indukcie sa určí určitý priestorový bod. Ten je označený symbolom B.
Grafické znázornenie poľa
Magnetické pole a jeho charakteristiky možno graficky znázorniť pomocou indukčných čiar. Táto definícia sa nazýva čiary, dotyčnice, ku ktorým sa v ktoromkoľvek bode zhodujú so smerom vektora y magnetickej indukcie.
Tieto čiary sú zahrnuté v charakteristikách magnetického poľa a používajú sa na určenie jeho smeru a intenzity. Čím vyššia je intenzita magnetického poľa, tým viac dátových čiar bude nakreslených.
Čo sú magnetické čiary
Magnetické čiary v priamych vodičoch s prúdom majú tvar sústredného kruhu, ktorého stred sa nachádza na osi tohto vodiča. Smer magnetických čiar v blízkosti vodičov s prúdom určuje pravidlo gimletu, ktoré znie takto: ak je gimlet umiestnený tak, že bude zaskrutkovaný do vodiča v smere prúdu, potom smer otáčania vodiča rukoväť zodpovedá smeru magnetických čiar.
V prípade cievky s prúdom bude smer magnetického poľa tiež určený gimletovým pravidlom. Je tiež potrebné otáčať rukoväťou v smere prúdu v otáčkach solenoidu. Smer čiar magnetickej indukcie bude zodpovedať smeru translačného pohybu gimletu.
Definícia rovnomernosti a nehomogenity je hlavnou charakteristikou magnetického poľa.
Vytvorené jedným aktuálnym poľom za rovnakých podmienoksa bude líšiť svojou intenzitou v rôznych médiách v dôsledku rôznych magnetických vlastností v týchto látkach. Magnetické vlastnosti média sú charakterizované absolútnou magnetickou permeabilitou. Merané v henry na meter (g/m).
Charakteristika magnetického poľa zahŕňa absolútnu magnetickú permeabilitu vákua, nazývanú magnetická konštanta. Hodnota, ktorá určuje, koľkokrát sa bude absolútna magnetická permeabilita média líšiť od konštanty, sa nazýva relatívna magnetická permeabilita.
Magnetická priepustnosť látok
Toto je bezrozmerné množstvo. Látky s hodnotou permeability menšou ako jedna sa nazývajú diamagnetické. V týchto látkach bude pole slabšie ako vo vákuu. Tieto vlastnosti má vodík, voda, kremeň, striebro atď.
Médiá s magnetickou permeabilitou väčšou ako jedna sa nazývajú paramagnetické. V týchto látkach bude pole silnejšie ako vo vákuu. Tieto médiá a látky zahŕňajú vzduch, hliník, kyslík, platinu.
V prípade paramagnetických a diamagnetických látok nebude hodnota magnetickej permeability závisieť od napätia vonkajšieho, magnetizačného poľa. To znamená, že hodnota je pre konkrétnu látku konštantná.
Feromagnety patria do špeciálnej skupiny. Pre tieto látky bude magnetická permeabilita dosahovať niekoľko tisíc a viac. Tieto látky, ktoré majú tú vlastnosť, že sú magnetizované a zosilňujú magnetické pole, sú široko používané v elektrotechnike.
Sila poľa
Na určenie charakteristík magnetického poľa spolu s vektorom magnetickej indukcie možno použiť hodnotu nazývanú sila magnetického poľa. Tento pojem je vektorová veličina, ktorá určuje intenzitu vonkajšieho magnetického poľa. Smer magnetického poľa v médiu s rovnakými vlastnosťami vo všetkých smeroch, vektor intenzity sa bude zhodovať s vektorom magnetickej indukcie v bode poľa.
Silné magnetické vlastnosti feromagnetík sú vysvetlené prítomnosťou náhodne zmagnetizovaných malých častí v nich, ktoré môžu byť reprezentované ako malé magnety.
Bez magnetického poľa nemusí mať feromagnetická látka výrazné magnetické vlastnosti, pretože doménové polia nadobúdajú rôzne orientácie a ich celkové magnetické pole je nulové.
Podľa hlavných charakteristík magnetického poľa, ak je feromagnet umiestnený vo vonkajšom magnetickom poli, napríklad v cievke s prúdom, potom sa pod vplyvom vonkajšieho poľa domény otočia vo smer vonkajšieho poľa. Okrem toho sa magnetické pole na cievke zvýši a magnetická indukcia sa zvýši. Ak je vonkajšie pole dostatočne slabé, preklopí sa len časť všetkých domén, ktorých magnetické polia sa približujú k smeru vonkajšieho poľa. S narastajúcou silou vonkajšieho poľa sa bude zvyšovať počet otočených domén a pri určitej hodnote napätia vonkajšieho poľa sa takmer všetky časti natočia tak, že magnetické polia sú umiestnené v smere vonkajšieho poľa. Tento stav sa nazýva magnetická saturácia.
Vzťah medzi magnetickou indukciou a intenzitou
Vzťah medzi magnetickou indukciou feromagnetickej látky a silou vonkajšieho poľa možno znázorniť pomocou grafu nazývaného magnetizačná krivka. Na ohybe krivkového grafu sa rýchlosť nárastu magnetickej indukcie znižuje. Po zákrute, kde napätie dosiahne určitú úroveň, nastáva saturácia a krivka mierne stúpa a postupne nadobúda tvar priamky. V tejto sekcii indukcia stále rastie, ale dosť pomaly a len kvôli zvýšeniu sily vonkajšieho poľa.
Grafická závislosť údajov indikátora nie je priama, čo znamená, že ich pomer nie je konštantný a magnetická permeabilita materiálu nie je konštantný indikátor, ale závisí od vonkajšieho poľa.
Zmeny magnetických vlastností materiálov
Pri zvýšení prúdu na plnú saturáciu v cievke s feromagnetickým jadrom a jeho následnom znížení sa krivka magnetizácie nezhoduje s krivkou demagnetizácie. Pri nulovej intenzite nebude mať magnetická indukcia rovnakú hodnotu, ale nadobudne nejaký ukazovateľ nazývaný zvyšková magnetická indukcia. Situácia s oneskorením magnetickej indukcie od magnetizačnej sily sa nazýva hysterézia.
Na úplnú demagnetizáciu feromagnetického jadra v cievke je potrebné poskytnúť spätný prúd, ktorý vytvorí potrebné napätie. Pre rôzne feromagnetickélátok je potrebný segment rôznej dĺžky. Čím je väčší, tým viac energie je potrebné na demagnetizáciu. Hodnota, pri ktorej je materiál úplne demagnetizovaný, sa nazýva donucovacia sila.
S ďalším zvýšením prúdu v cievke sa indukcia opäť zvýši na index saturácie, ale s iným smerom magnetických čiar. Pri demagnetizácii v opačnom smere sa získa zvyšková indukcia. Fenomén zvyškového magnetizmu sa využíva na vytváranie permanentných magnetov z látok s vysokým zvyškovým magnetizmom. Materiály so schopnosťou remagnetizácie sa používajú na vytváranie jadier pre elektrické stroje a zariadenia.
Pravidlo ľavej ruky
Sila, ktorá pôsobí na vodič prúdom, má smer určený pravidlom ľavej ruky: keď je dlaň panenskej ruky umiestnená tak, že do nej vstupujú magnetické čiary, a sú vystreté štyri prsty v smere prúdu vo vodiči udáva ohnutý palec smer sily. Táto sila je kolmá na indukčný vektor a prúd.
vodič s prúdom pohybujúci sa v magnetickom poli sa považuje za prototyp elektrického motora, ktorý mení elektrickú energiu na mechanickú.
Pravidlo pravej ruky
Počas pohybu vodiča v magnetickom poli sa v jeho vnútri indukuje elektromotorická sila, ktorá má hodnotu úmernú magnetickej indukcii, dĺžke zapojeného vodiča a rýchlosti jeho pohybu. Táto závislosť sa nazýva elektromagnetická indukcia. opri určovaní smeru indukovaného EMF vo vodiči sa používa pravidlo pravej ruky: keď je pravá ruka umiestnená rovnakým spôsobom ako v príklade zľava, magnetické čiary vstupujú do dlane a palec ukazuje smer pohyb vodiča, vystreté prsty naznačujú smer indukovaného EMF. Vodič pohybujúci sa v magnetickom toku pod vplyvom vonkajšej mechanickej sily je najjednoduchším príkladom elektrického generátora, v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.
Zákon elektromagnetickej indukcie možno formulovať inak: v uzavretom obvode sa indukuje EMF, pričom pri akejkoľvek zmene magnetického toku pokrytej týmto obvodom sa EFE v obvode numericky rovná rýchlosti zmeny magnetického toku, ktorý pokrýva tento obvod.
Tento formulár poskytuje priemerný indikátor EMF a označuje závislosť EMF nie od magnetického toku, ale od rýchlosti jeho zmeny.
Lenzov zákon
Treba si zapamätať aj Lenzov zákon: prúd indukovaný zmenou magnetického poľa prechádzajúceho obvodom, jeho magnetické pole tejto zmene bráni. Ak sú závity cievky prepichnuté magnetickými tokmi rôznych veľkostí, potom sa EMF indukovaný na celej cievke rovná súčtu EMF v rôznych závitoch. Súčet magnetických tokov rôznych závitov cievky sa nazýva prepojenie toku. Jednotkou merania tejto veličiny, ako aj magnetického toku, je weber.
Keď sa elektrický prúd v obvode zmení, zmení sa aj ním vytvorený magnetický tok. Zároveň, podľa zákona elektromagnetickej indukcie, vo vnútrivodič, indukuje sa EMF. Objavuje sa v súvislosti so zmenou prúdu vo vodiči, preto sa tento jav nazýva samoindukcia a EMF indukovaná vo vodiči sa nazýva samoindukcia EMF.
Väzba toku a magnetický tok závisia nielen od sily prúdu, ale aj od veľkosti a tvaru daného vodiča a od magnetickej permeability okolitej látky.
Indukčnosť vodiča
Koeficient úmernosti sa nazýva indukčnosť vodiča. Vzťahuje sa na schopnosť vodiča vytvoriť prepojenie toku, keď ním prechádza elektrina. Toto je jeden z hlavných parametrov elektrických obvodov. Pre určité obvody je indukčnosť konštantná. Bude to závisieť od veľkosti obrysu, jeho konfigurácie a magnetickej permeability média. V tomto prípade na sile prúdu v obvode a magnetický tok nezáleží.
Vyššie uvedené definície a javy poskytujú vysvetlenie toho, čo je magnetické pole. Uvedené sú aj hlavné charakteristiky magnetického poľa, pomocou ktorých je možné tento jav definovať.
