1.1. Магнитные величины

Основой большинства магнитных элементов служит магнитный сердечник. Под воздействием внешнего магнитного поля происходит изменение некоторых свойств этого сердечника. Физические процессы, происходящие в сердечнике, используются для создания магнитных элементов различного функционального назначения. Внешнее магнитное поле создается либо током проводника, либо источником постоянного магнитного поля, в частности, постоянным магнитом. Для продуктивного усвоения излагаемого материала напомним некоторые основные магнитные величины, их взаимозависимость и единицы измерения в международной системе единиц.

Намагничивающая (НС) или магнитодвижущая (МДС) силаF.

Создается током, проходящим по проводнику. Обычно это не одиночный проводник, а катушка с числом витков w, поэтому намагничивающую силу определяют как:

F = I×w.

Единица измерения – ампер, А. Часто НС называют ампер-витками.

Магнитный поток Ф.

Под действием намагничивающей силы вокруг проводника с током возникает магнитный поток Ф. Если магнитный поток создается в магнитном сердечнике с обмоткой, имеющей  w витков, то он образует с этой обмоткой потокосцепление:

.

Единица измерения – Вебер, Вб. Размерность В·с.

Размерность легко определить на основании закона электромагнитной индукции:

 .

Магнитная индукция В.

Характеризует плотность магнитного потока, приходящегося на единицу площади поперечного сечения S сердечника:

.

Единица измерения – Тесла, Тл. Размерность – Веберы на метр квадратный Вб/м2 или В·с/м2.

Напряженность магнитного поля Н.

Магнитное поле проводника с током характеризуется также напряженностью Н в каждой точке пронизываемого магнитным потоком пространства. Определяется на основании закона полного тока:

.

Сумма ампер-витков, пронизывающих некий замкнутый контур, равна интегралу по замкнутому контуру от H по dl, где l – длина контура.



Здесь величины H и I векторные. Нетрудно видеть, что для одиночного проводника с током I в однородной среде на расстоянии r от проводника:

.

Напряженность в кольцевом сердечнике с обмоткой с числом витков  и длиной средней силовой линии l будет:

.

Наименование единица напряженности не имеет. Размерность – ампер на метр, А/м.

Индуктивность.

Различные проводники или контуры, при прохождении по ним одинакового по величине тока, образуют различное потокосцепление. Свойство контуров с током образовывать потокосцепление характеризуется индуктивностью:

.

Это не что иное, как коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и создавшим его током:

.

Измеряется в Генри, Гн. Размерность B∙c/A или Ом∙с.

Магнитная проницаемость.

В различных веществах при одной и той же напряженности Н создается различная по величине индукция:

.

Это свойство вещества характеризуется абсолютной магнитной проницаемостью mа. Чаще всего связь между Н и В устанавливают через относительную магнитную проницаемость m, которая показывает во сколько раз магнитная проницаемость вещества больше или меньше магнитной проницаемости вакуума m0:

 или .

Следовательно, индукция в любой среде:

.

Для вакуума:

.

Размерность Вб/м2 м/А или Гн/м.

Это фундаментальная величина носит название магнитная постоянная.

Отметим, что напряженность внешнего магнитного поля не зависит от свойств среды, где создается магнитный поток. Магнитная же индукция определяется как напряженностью, так и свойствами среды.