Magnetische Feldstärke. Magnetisierungskraft

Um einen Draht oder eine Spule fließt immer elektrischer Strom Magnetfeld… Das Magnetfeld eines Permanentmagneten entsteht durch die Bewegung der Elektronen auf ihren Bahnen im Atom.

Ein Magnetfeld wird durch seine Stärke charakterisiert. Die Stärke H des Magnetfeldes ähnelt der mechanischen Festigkeit. Es ist eine vektorielle Größe, das heißt, sie hat Größe und Richtung.

Das Magnetfeld, also der Raum um den Magneten, kann als mit magnetischen Linien gefüllt dargestellt werden, von denen man annimmt, dass sie vom Nordpol des Magneten ausgehen und in den Südpol eintreten (Abb. 1). Die Tangenten an die magnetische Linie geben die Richtung der magnetischen Feldstärke an.

Das Magnetfeld ist dort stärker, wo die magnetischen Linien dichter sind (an den Polen eines Magneten oder im Inneren einer stromdurchflossenen Spule).

Je größer der Strom I und die Windungszahl ω der Spule sind, desto größer ist das Magnetfeld in der Nähe des Drahtes (oder innerhalb der Spule).

Die Stärke des Magnetfeldes H an jedem Punkt im Raum ist umso größer, je größer das Produkt ∙ ω und je kürzer die Länge der magnetischen Linie ist:

H = (I ∙ ω) / l.

Aus der Gleichung folgt, dass die Einheit zur Messung der Stärke des Magnetfeldes das Ampere pro Meter (A/m) ist.

Für jede magnetische Linie in einem gegebenen gleichförmigen Feld sind die Produkte H1 ∙ l1 = H2 ∙ l2 = … = H ∙ l = I ∙ ω gleich (Abb. 1).

Reis. 1.

Das Produkt H ∙ l in Magnetkreisen ähnelt der Spannung in Stromkreisen und wird magnetische Spannung genannt. Entlang der gesamten Länge der magnetischen Induktionslinie wird es als Magnetisierungskraft (ns) Fm bezeichnet: Fm = H ∙ l = I ∙ ω.

Die Magnetisierungskraft Fm wird in Ampere gemessen, in der technischen Praxis wird jedoch anstelle der Bezeichnung Ampere die Bezeichnung Ampere-Windung verwendet, die betont, dass Fm proportional zum Strom und zur Anzahl der Windungen ist.

Bei einer zylindrischen Spule ohne Kern, deren Länge viel größer ist als ihr Durchmesser (l≫d), kann das Magnetfeld im Inneren der Spule als gleichmäßig angesehen werden, d. h. mit der gleichen magnetischen Feldstärke H im gesamten Innenraum der Spule (Abb. 1). Da das Magnetfeld außerhalb einer solchen Spule viel schwächer ist als im Inneren, kann das äußere Magnetfeld vernachlässigt werden und bei der Berechnung wird davon ausgegangen, dass n. c Spule ist gleich dem Produkt aus der Feldstärke innerhalb der Spule mal der Länge der Spule.

Die Polarität des Magnetfeldes von Draht und Stromspule wird durch die Kardanregel bestimmt. Wenn die Vorwärtsbewegung des Kardanrings mit der Stromrichtung übereinstimmt, zeigt die Drehrichtung des Kardangriffs die Richtung der Magnetlinien an.

Beispiele von

1. Ein Strom von 3 A fließt durch eine Spule mit 2000 Windungen. Was ist n. v. Spulen?

Fm = I ∙ ω = 3 ∙ 2000 = 6000 A. Die Magnetisierungsstärke der Spule beträgt 6000 Amperewindungen.

2. Eine Spule mit 2500 Windungen sollte n haben. S. 10000 A. Welcher Strom muss durch ihn fließen?

I = Fm / ω = (I ∙ ω) / ω = 10000/2500 = 4 A.

3.Durch die Spule fließt ein Strom I = 2 A. Wie viele Windungen muss die Spule haben, um n bereitzustellen? Dorf 8000 A?

ω = Fm / I = (I ∙ ω) / I = 8000/2 = 4000 Umdrehungen.

4. Im Inneren einer 10 cm langen Spule mit 100 Windungen muss die Stärke des Magnetfeldes H = 4000 A/m gewährleistet sein. Wie viel Strom sollte die Spule führen?

Die Magnetisierungskraft der Spule beträgt Fm = H ∙ l = I ∙ ω. Daher sind 4000 A/m ∙ 0,1 m = I ∙ 100; I = 400/100 = 4 A.

5. Der Durchmesser der Spule (Solenoid) beträgt D = 20 mm und ihre Länge beträgt l = 10 cm. Die Spule ist aus einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von d = 0,4 mm gewickelt. Wie groß ist die magnetische Feldstärke im Inneren der Spule, wenn diese mit 4,5 V eingeschaltet ist?

Die Anzahl der Windungen ohne Berücksichtigung der Dicke der Isolierung beträgt ω = l∶d = 100∶0,4 = 250 Windungen.

Schleifenlänge π ∙ d = 3,14 ∙ 0,02 m = 0,0628 m.

Spulenlänge l1 = 250 ∙ 0,0628 m = 15,7 m.

Der aktive Widerstand der Spule r = ρ ∙ l1 / S = 0,0175 ∙ (4 ∙ 15,7) / (3,14 ∙ 0,16) = 2,2 Ohm.

Strom I = U / r = 4,5 / 2,2 = 2,045 A ≈2 A.

Die Stärke des Magnetfeldes innerhalb der Spule H = (I ∙ ω) / l = (2 ∙ 250) / 0,1 = 5000 A/m.

6. Bestimmen Sie die Stärke des Magnetfeldes in einem Abstand von 1, 2, 5 cm von dem geraden Draht, durch den der Strom I = 100 A fließt.

Verwenden wir die Formel H ∙ l = I ∙ ω.

Für einen geraden Draht ω = 1 und l = 2 ∙ π ∙ r,

daher H = I / (2 ∙ π ∙ r).

H1 = 100 / (2 ∙ 3,14 ∙ 0,01) = 1590 A / m; H2 = 795 A/m; H3 = 318 A/m.