Da bismo razumjeli što je karakteristika magnetskog polja, treba definirati mnoge pojave. Istodobno, morate se unaprijed sjetiti kako i zašto se pojavljuje. Saznajte koja je snaga magnetskog polja. Također je važno da se takvo polje može pojaviti ne samo u magnetima. S tim u vezi, ne škodi spomenuti karakteristike Zemljinog magnetskog polja.
Pojava na terenu
Prvo, trebamo opisati izgled polja. Nakon toga možete opisati magnetsko polje i njegove karakteristike. Pojavljuje se tijekom kretanja nabijenih čestica. Može utjecati na pokretne električne naboje, osobito na vodljivim vodičima. Interakcija između magnetskog polja i pokretnih naboja, odnosno vodiča kroz koje teče struja, događa se zbog sila koje se nazivaju elektromagnetske.
Intenzitet ili karakteristika snage magnetskog polja uodređena prostorna točka određuju se pomoću magnetske indukcije. Potonje je označeno simbolom B.
Grafički prikaz polja
Magnetsko polje i njegove karakteristike mogu se grafički prikazati korištenjem indukcijskih linija. Ova definicija se zove linije, tangente na koje će se u bilo kojoj točki podudarati sa smjerom vektora y magnetske indukcije.
Ove linije su uključene u karakteristike magnetskog polja i koriste se za određivanje njegovog smjera i intenziteta. Što je jači intenzitet magnetskog polja, to će se povući više linija podataka.
Što su magnetske linije
Magnetski vodovi u ravnim vodičima sa strujom imaju oblik koncentrične kružnice čije se središte nalazi na osi ovog vodiča. Smjer magnetskih vodova u blizini vodiča sa strujom određen je pravilom gimleta, koje zvuči ovako: ako je gimlet smješten tako da će biti uvrnut u vodič u smjeru struje, tada je smjer rotacije ručka odgovara smjeru magnetskih linija.
Za zavojnicu sa strujom, smjer magnetskog polja također će biti određen pravilom gimleta. Također je potrebno rotirati ručku u smjeru struje u zavojima solenoida. Smjer linija magnetske indukcije odgovarat će smjeru translacijskog kretanja gimleta.
Definicija uniformnosti i nehomogenosti glavna je karakteristika magnetskog polja.
Kreira jedna struja, pod jednakim uvjetima, poljerazlikovat će se po svom intenzitetu u različitim medijima zbog različitih magnetskih svojstava u tim tvarima. Magnetska svojstva medija karakteriziraju apsolutnu magnetsku propusnost. Izmjereno u henrijama po metru (g/m).
Karakteristika magnetskog polja uključuje apsolutnu magnetsku permeabilnost vakuuma, nazvanu magnetska konstanta. Vrijednost koja određuje koliko će se puta apsolutna magnetska permeabilnost medija razlikovati od konstante naziva se relativna magnetska permeabilnost.
Magnetska propusnost tvari
Ovo je bezdimenzionalna količina. Tvari čija je vrijednost propusnosti manja od jedan nazivaju se dijamagnetne. U tim će tvarima polje biti slabije nego u vakuumu. Ova svojstva su prisutna u vodiku, vodi, kvarcu, srebru, itd.
Mediji s magnetskom propusnošću većom od jedan nazivaju se paramagnetički. U tim će tvarima polje biti jače nego u vakuumu. Ti mediji i tvari uključuju zrak, aluminij, kisik, platinu.
U slučaju paramagnetskih i dijamagnetskih tvari, vrijednost magnetske permeabilnosti neće ovisiti o naponu vanjskog magnetizirajućeg polja. To znači da je vrijednost konstantna za određenu tvar.
Feromagneti pripadaju posebnoj skupini. Za ove tvari, magnetska propusnost će doseći nekoliko tisuća ili više. Ove tvari, koje imaju svojstvo magnetiziranja i pojačavanja magnetskog polja, naširoko se koriste u elektrotehnici.
Jačina polja
Za određivanje karakteristika magnetskog polja, zajedno s vektorom magnetske indukcije, može se koristiti vrijednost koja se naziva jakost magnetskog polja. Ovaj izraz je vektorska veličina koja određuje intenzitet vanjskog magnetskog polja. Smjer magnetskog polja u mediju s istim svojstvima u svim smjerovima, vektor intenziteta će se podudarati s vektorom magnetske indukcije u točki polja.
Jaka magnetska svojstva feromagneta objašnjavaju se prisutnošću nasumično magnetiziranih malih dijelova u njima, koji se mogu predstaviti kao mali magneti.
Bez magnetskog polja, feromagnetska tvar možda neće imati izražena magnetska svojstva, budući da polja domene poprimaju različite orijentacije, a njihovo ukupno magnetsko polje je nula.
Prema glavnim karakteristikama magnetskog polja, ako se feromagnet stavi u vanjsko magnetsko polje, na primjer, u zavojnicu sa strujom, tada će se pod utjecajem vanjskog polja domene 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 magnetska polja približavaju smjeru vanjskog polja. Povećanjem jakosti vanjskog polja povećavat će se i broj rotiranih domena, a pri određenoj vrijednosti napona vanjskog polja gotovo svi dijelovi će se rotirati tako da se magnetska polja nalaze u smjeru vanjskog polja. Ovo stanje se naziva magnetsko zasićenje.
Odnos između magnetske indukcije i intenziteta
Odnos između magnetske indukcije feromagnetske tvari i jakosti vanjskog polja može se prikazati pomoću grafa koji se naziva krivulja magnetizacije. Na zavoju grafa krivulje, brzina povećanja magnetske indukcije opada. Nakon zavoja, gdje napetost doseže određenu razinu, dolazi do zasićenja, a krivulja se lagano diže, postupno poprimajući oblik ravne linije. U ovom dijelu indukcija još uvijek raste, ali prilično sporo i samo zbog povećanja jakosti vanjskog polja.
Grafička ovisnost podataka indikatora nije izravna, što znači da njihov omjer nije konstantan, a magnetska permeabilnost materijala nije konstantan pokazatelj, već ovisi o vanjskom polju.
Promjene magnetskih svojstava materijala
Kada se poveća struja do punog zasićenja u zavojnici s feromagnetskom jezgrom i zatim se smanji, krivulja magnetizacije neće se podudarati s krivuljom demagnetizacije. S nultim intenzitetom, magnetska indukcija neće imati istu vrijednost, ali će dobiti neki pokazatelj koji se naziva rezidualna magnetska indukcija. Situacija s zaostajanjem magnetske indukcije od sile magnetiziranja naziva se histereza.
Za potpunu demagnetizaciju feromagnetske jezgre u zavojnici potrebno je dati obrnutu struju, koja će stvoriti potrebnu napetost. Za razne feromagnetsketvari, potreban je segment različitih duljina. Što je veći, potrebno je više energije za demagnetizaciju. Vrijednost pri kojoj je materijal potpuno demagnetiziran naziva se prisilna sila.
S daljnjim povećanjem struje u zavojnici, indukcija će se ponovno povećati na indeks zasićenja, ali s drugim smjerom magnetskih linija. Pri demagnetiziranju u suprotnom smjeru dobit će se zaostala indukcija. Fenomen rezidualnog magnetizma koristi se za stvaranje trajnih magneta od tvari s visokim rezidualnim magnetizmom. Materijali sa mogućnošću remagnetizacije koriste se za izradu jezgri za električne strojeve i uređaje.
Pravilo lijeve ruke
Sila koja djeluje na vodič sa strujom ima smjer određen pravilom lijeve ruke: kada je dlan djevičanske ruke smješten na takav način da magnetske linije ulaze u njega, a četiri prsta su ispružena u smjeru struje u vodiču savijeni palac označava smjer sile. Ova sila je okomita na vektor indukcije i struju.
Provodnik sa strujom koji se kreće u magnetskom polju smatra se prototipom elektromotora koji mijenja električnu energiju u mehaničku.
Pravilo desne ruke
Tijekom kretanja vodiča u magnetskom polju, unutar njega se inducira elektromotorna sila, čija je vrijednost proporcionalna magnetskoj indukciji, duljini uključenog vodiča i brzini njegovog kretanja. Ova ovisnost naziva se elektromagnetska indukcija. Napri određivanju 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 vodiča, ispruženi prsti ukazuju na smjer induciranog EMF-a. Vodič koji se kreće u magnetskom toku pod utjecajem vanjske mehaničke sile najjednostavniji je primjer električnog generatora u kojem se mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Zakon elektromagnetske indukcije može se formulirati drugačije: u zatvorenom krugu inducira se EMF, sa bilo kojom promjenom magnetskog toka koji pokriva ovaj krug, EFE u krugu je brojčano jednak brzini promjene magnetskog toka koji pokriva ovaj krug.
Ovaj obrazac daje prosječni EMF indikator i ukazuje na ovisnost EMF-a ne o magnetskom toku, već o brzini njegove promjene.
Lenzov zakon
Također morate zapamtiti Lenzov zakon: struja inducirana promjenom magnetskog polja koja prolazi kroz krug, njezino magnetsko polje sprječava ovu promjenu. Ako su zavoji zavojnice probijeni magnetskim tokovima različitih veličina, tada je EMF inducirana na cijeloj zavojnici jednaka zbroju EMF-a u različitim zavojima. Zbroj magnetskih tokova različitih zavoja zavojnice naziva se veza toka. Mjerna jedinica ove količine, kao i magnetskog toka, je weber.
Kada se promijeni električna struja u krugu, mijenja se i magnetski tok koji njome stvara. Istodobno, prema zakonu elektromagnetske indukcije, unutravodiča, inducira se EMF. Pojavljuje se u vezi s promjenom struje u vodiču, stoga se ova pojava naziva samoindukcija, a EMF inducirana u vodiču naziva se EMF samoindukcije.
Povezivanje toka i magnetski tok ne ovise samo o jačini struje, već i o veličini i obliku danog vodiča, te o magnetskoj permeabilnosti okolne tvari.
Induktivnost vodiča
Koeficijent proporcionalnosti naziva se induktivitet vodiča. Odnosi se na sposobnost vodiča da stvori vezu toka kada struja prolazi kroz njega. Ovo je jedan od glavnih parametara električnih krugova. Za određene krugove induktivitet je konstanta. To će ovisiti o veličini konture, njegovoj konfiguraciji i magnetskoj propusnosti medija. U ovom slučaju, jačina struje u krugu i magnetski tok neće biti važni.
Gornje definicije i fenomeni daju objašnjenje što je magnetsko polje. Dane su i glavne karakteristike magnetskog polja uz pomoć kojih je moguće definirati ovaj fenomen.
