Abyste pochopili, co je charakteristika magnetického pole, je třeba definovat mnoho jevů. Zároveň si musíte předem pamatovat, jak a proč se objevuje. Zjistěte, jaká je výkonová charakteristika magnetického pole. Důležité také je, že takové pole se může vyskytovat nejen v magnetech. V tomto ohledu není na škodu zmínit se o charakteristikách zemského magnetického pole.
Pole Emergence
Nejprve bychom měli popsat vzhled pole. Poté můžete popsat magnetické pole a jeho vlastnosti. Objevuje se při pohybu nabitých částic. Může ovlivnit pohybující se elektrické náboje, zejména na vodivých vodičích. Interakce mezi magnetickým polem a pohybujícími se náboji nebo vodiči, kterými proud protéká, nastává v důsledku sil zvaných elektromagnetické.
Intenzita nebo výkonová charakteristika magnetického pole vpomocí magnetické indukce se určí určitý prostorový bod. Ten druhý je označen symbolem B.
Grafické znázornění pole
Magnetické pole a jeho charakteristiky lze graficky znázornit pomocí indukčních čar. Tato definice se nazývá čáry, tečny, ke kterým se v libovolném bodě budou shodovat se směrem vektoru y magnetické indukce.
Tyto čáry jsou součástí charakteristik magnetického pole a používají se k určení jeho směru a intenzity. Čím vyšší je intenzita magnetického pole, tím více datových čar bude nakresleno.
Co jsou magnetické čáry
Magnetické čáry v přímých vodičích s proudem mají tvar soustředného kruhu, jehož střed se nachází na ose tohoto vodiče. Směr magnetických čar v blízkosti vodičů s proudem je určen pravidlem gimletu, které zní takto: pokud je gimlet umístěn tak, že bude zašroubován do vodiče ve směru proudu, pak směr otáčení vodiče rukojeť odpovídá směru magnetických čar.
U cívky s proudem bude směr magnetického pole také určen pravidlem gimlet. Je také nutné otáčet rukojetí ve směru proudu v závitech solenoidu. Směr čar magnetické indukce bude odpovídat směru translačního pohybu gimletu.
Definice uniformity a nehomogenity je hlavní charakteristikou magnetického pole.
Vytvořeno jedním proudem, za stejných podmínek, polemse bude lišit svou intenzitou v různých prostředích v důsledku různých magnetických vlastností těchto látek. Magnetické vlastnosti média jsou charakterizovány absolutní magnetickou permeabilitou. Měřeno v henry na metr (g/m).
Charakteristika magnetického pole zahrnuje absolutní magnetickou permeabilitu vakua, nazývanou magnetická konstanta. Hodnota, která určuje, kolikrát se bude absolutní magnetická permeabilita média lišit od konstanty, se nazývá relativní magnetická permeabilita.
Magnetická propustnost látek
Toto je bezrozměrné množství. Látky s hodnotou permeability menší než jedna se nazývají diamagnetické. V těchto látkách bude pole slabší než ve vakuu. Tyto vlastnosti má vodík, voda, křemen, stříbro atd.
Média s magnetickou permeabilitou větší než jedna se nazývají paramagnetická. V těchto látkách bude pole silnější než ve vakuu. Mezi tato média a látky patří vzduch, hliník, kyslík, platina.
V případě paramagnetických a diamagnetických látek nebude hodnota magnetické permeability závislá na napětí vnějšího, magnetizujícího pole. To znamená, že hodnota je pro konkrétní látku konstantní.
Feromagnetika patří do zvláštní skupiny. U těchto látek bude magnetická permeabilita dosahovat několika tisíc i více. Tyto látky, které mají vlastnost být magnetizovány a zesilovat magnetické pole, jsou široce používány v elektrotechnice.
Síla pole
K určení charakteristik magnetického pole spolu s vektorem magnetické indukce lze použít hodnotu nazývanou síla magnetického pole. Tento člen je vektorová veličina, která určuje intenzitu vnějšího magnetického pole. Směr magnetického pole v médiu se stejnými vlastnostmi ve všech směrech, vektor intenzity se bude shodovat s vektorem magnetické indukce v bodě pole.
Silné magnetické vlastnosti feromagnetik jsou vysvětleny přítomností náhodně zmagnetizovaných malých částí v nich, které mohou být reprezentovány jako malé magnety.
Bez magnetického pole nemusí mít feromagnetická látka výrazné magnetické vlastnosti, protože doménová pole získávají různé orientace a jejich celkové magnetické pole je nulové.
Podle hlavních charakteristik magnetického pole, pokud je feromagnet umístěn ve vnějším magnetickém poli, například v cívce s proudem, pak se pod vlivem vnějšího pole domény otočí v směr vnějšího pole. Kromě toho se magnetické pole na cívce zvýší a magnetická indukce se zvýší. Pokud je vnější pole dostatečně slabé, překlopí se pouze část všech domén, jejichž magnetická pole se přiblíží směru vnějšího pole. S rostoucí silou vnějšího pole se bude zvyšovat počet natočených domén a při určité hodnotě napětí vnějšího pole se téměř všechny části natočí tak, že magnetická pole jsou umístěna ve směru vnějšího pole. Tento stav se nazývá magnetická saturace.
Vztah mezi magnetickou indukcí a intenzitou
Vztah mezi magnetickou indukcí feromagnetické látky a silou vnějšího pole lze znázornit pomocí grafu zvaného magnetizační křivka. V ohybu křivkového grafu se rychlost nárůstu magnetické indukce snižuje. Po zatáčce, kde napětí dosáhne určité úrovně, dochází k nasycení a křivka mírně stoupá a postupně získává tvar přímky. V této sekci indukce stále roste, ale spíše pomalu a pouze díky nárůstu síly vnějšího pole.
Grafická závislost dat indikátoru není přímá, což znamená, že jejich poměr není konstantní a magnetická permeabilita materiálu není konstantní indikátor, ale závisí na vnějším poli.
Změny magnetických vlastností materiálů
Při zvýšení proudu na plnou saturaci v cívce s feromagnetickým jádrem a jeho následném snížení se křivka magnetizace nebude shodovat s křivkou demagnetizace. Při nulové intenzitě nebude mít magnetická indukce stejnou hodnotu, ale získá nějaký ukazatel zvaný zbytková magnetická indukce. Situace se zpožděním magnetické indukce od magnetizační síly se nazývá hystereze.
K úplné demagnetizaci feromagnetického jádra v cívce je nutné poskytnout zpětný proud, který vytvoří potřebné napětí. Pro různé feromagnetickélátek, je potřeba různě dlouhý segment. Čím je větší, tím více energie je potřeba k demagnetizaci. Hodnota, při které je materiál zcela demagnetizován, se nazývá koercitivní síla.
S dalším nárůstem proudu v cívce se indukce opět zvýší na index saturace, ale s jiným směrem magnetických čar. Při demagnetizaci v opačném směru se získá zbytková indukce. Fenomén zbytkového magnetismu se využívá k vytvoření permanentních magnetů z látek s vysokým zbytkovým magnetismem. Materiály se schopností remagnetizace se používají k vytvoření jader pro elektrické stroje a zařízení.
Pravidlo levé ruky
Síla, která působí na vodič proudem, má směr určený pravidlem levé ruky: když je dlaň panenské ruky umístěna tak, že do ní vstupují magnetické čáry, a jsou nataženy čtyři prsty ve směru proudu ve vodiči ukazuje ohnutý palec směr síly. Tato síla je kolmá na indukční vektor a proud.
Proudový vodič pohybující se v magnetickém poli je považován za prototyp elektrického motoru, který mění elektrickou energii na mechanickou.
Pravidlo pravé ruky
Při pohybu vodiče v magnetickém poli se v něm indukuje elektromotorická síla, která má hodnotu úměrnou magnetické indukci, délce zapojeného vodiče a rychlosti jeho pohybu. Tato závislost se nazývá elektromagnetická indukce. Vurčení směru indukovaného EMF ve vodiči se používá pravidlo pravé ruky: když je pravá ruka umístěna stejným způsobem jako v příkladu zleva, magnetické čáry vstupují do dlaně a palec ukazuje směr pohyb vodiče, natažené prsty ukazují směr indukovaného EMF. Vodič pohybující se v magnetickém toku pod vlivem vnější mechanické síly je nejjednodušším příkladem elektrického generátoru, ve kterém se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii.
Zákon elektromagnetické indukce lze formulovat odlišně: v uzavřeném obvodu se indukuje EMF, při jakékoli změně magnetického toku pokrytého tímto obvodem se EFE v obvodu číselně rovná rychlosti změny magnetického toku, který pokrývá tento obvod.
Tento formulář poskytuje průměrný indikátor EMF a ukazuje závislost EMF nikoli na magnetickém toku, ale na rychlosti jeho změny.
Lenzův zákon
Musíte si také zapamatovat Lenzův zákon: proud indukovaný změnou magnetického pole procházející obvodem, jeho magnetické pole této změně brání. Pokud jsou závity cívky proraženy magnetickými toky různých velikostí, pak se EMF indukované na celé cívce rovná součtu EMF v různých závitech. Součet magnetických toků různých závitů cívky se nazývá vazba toku. Jednotkou měření této veličiny, stejně jako magnetického toku, je weber.
Když se elektrický proud v obvodu změní, změní se také magnetický tok, který vytváří. Přitom podle zákona elektromagnetické indukce uvnitřvodič, indukuje se EMF. Objevuje se v souvislosti se změnou proudu ve vodiči, proto se tento jev nazývá samoindukce a EMF indukovaná ve vodiči se nazývá samoindukční EMF.
Vazba toku a magnetický tok závisí nejen na síle proudu, ale také na velikosti a tvaru daného vodiče a na magnetické permeabilitě okolní látky.
Indukčnost vodiče
Koeficient úměrnosti se nazývá indukčnost vodiče. Vztahuje se na schopnost vodiče vytvořit propojení toku, když jím prochází elektřina. To je jeden z hlavních parametrů elektrických obvodů. Pro určité obvody je indukčnost konstantní. Bude záviset na velikosti obrysu, jeho konfiguraci a magnetické permeabilitě média. V tomto případě na síle proudu v obvodu a magnetickém toku nezáleží.
Výše uvedené definice a jevy poskytují vysvětlení toho, co je magnetické pole. Dále jsou uvedeny hlavní charakteristiky magnetického pole, pomocí kterých je možné tento jev definovat.
