ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 211
Скачиваний: 4
Основные магнитные величины. Одной из основных характеристик магнитного поля является вектор магнитной индукции В, определяе мый силой F взаимодействия магнитного поля с движущимся элект рическим зарядом q:
|
F = q(vB), |
где q — электрический |
заряд; ѵ — скорость заряда; В — магнитная |
индукция однородного |
поля. |
В качестве характеристик магнитного поля используют также
магнитный поток Ф |
и вектор |
напряженности магнитного поля Н: |
|
Ф = \ Bds, |
|
|
|
s |
где В — магнитная |
индукция; |
s — поверхность. |
Вектор напряженности магнитного поля, так же как вектор маг нитной индукции, определяется силой, с которой магнитное поле воз действует на движущийся заряд, но вектор / / не зависит от свойств среды, в которой проявляется это действие магнитного поля. Напри мер, если магнитное поле создано контуром с током, то напряжен
ность поля |
определяется лишь геометрическими размерами контура |
|
и током в |
нем. |
|
Связь между В и / / определяется одшім из соотношений: |
||
в |
вакууме |
|
|
|
В = Цці7; |
в |
среде |
с относительной магнитной проницаемостью ц. |
В = ц0 ц7/,
где р 0 — магнитная проницаемость вакуума (магнитная постоян ная), р:0 = 4л-10"7 Г/м.
Иногда для характеристики магнитного поля удобно пользо ваться понятием «магнитный момент».
Магнитным моментом Мм контура с током называют вектор, модуль которого равен произведению площади контура и тока, а направление перпендикулярно площади контура.
Если магнитное поле создается намагниченным телом, то магнит
ный |
момент тела |
|
где |
Мш |
— магнитный момент, создаваемый движением электронов |
в атоме. |
||
Для характеристики степени намагничивания вводится понятие «намагниченность» / . Под намагниченностью понимают магнитный момент единицы объема тела
|
7 —м ™ |
где Мы |
— магнитный момент тела; ѵ — объем тела. |
9 |
259 |
Для характеристики магнитного поля в средах обычно используют три основных вектора: магнитную индукцию В; напряженность маг нитного поля H il намагниченность / . Эти векторы связаны между собой соотношением
в = ц0(н+7).
Меры магнитных величин. Градуировка и поверка приборов, предназначенных для измерения магнитных величин, проводится
спомощью соответствующих мер магнитных величин.
Вкачестве меры магнитного потока обычно используется магнит ный поток, создаваемый катушкой с двумя обмотками, с известным
коэффициентом взаимной индуктивности М, при наличии в одной из обмоток изменения тока Л/ (например, при выключении тока). Потокосцепление второй обмотки и является мерой магнитного по тока:
Ф = ММ.
Мера магнитного потока применяется в магнитных' измерениях, например, при определении постоянной баллистического гальвано
метра по магнитному потоку и при поверке и градуировке |
веберметра |
|||||
(см. § 35). |
|
|
|
|
|
|
Мерой |
магнитного |
поля |
является однородное магнитное поле с известной |
|||
магнитной |
индукцией |
В или |
напряженностью |
поля |
/ / . В качестве |
мер магнит |
ного поля |
могут быть |
использованы катушки |
поля |
специальной |
конструкции, |
|
но обмоткам которых протекает ток, постоянные магниты и электромагниты.
В случае применения намагничивающих катушек магнитная индукция или напряженность поля определяются по параметрам катушки и силе тока в ее обмотке. В зависимости от требуемой величины, однородности и точности воспро изведения поля используется та или иная конструкция катушек. Рассмотрим две наиболее распространенные конструкции: кольца Гельмгольца и соленоид.
Кольца Гельмгольца состоят из двух кольцевых катушек, расположенных на одной оси параллельно друг другу на расстоянии, равном их радиусу. Так как в идеальном случае кольца Гельмгольца представляют собой два круговых кон тура, то толщина катушек в реальных кольцах должна быть значительно меньше их радиуса. Особенностью колец Гельмгольца является высокая однородность магнитного поля в области пространства между катушками. Обычно кольца Гельмгольца применяются в качестве меры (или источника) слабого магнитного поля. Наибольшая напряженность поля, которую можно получить с помощью колец Гельмгольца, не превосходит 1 0 4 А/м. Основной характеристикой колец Гельмгольца, как и катушек других конструкций, является их постоянная, численно равная напряженности магнитного поля при силе тока в обмотке 1 А . Приближенная формула для расчета напряженности ноля ъ центре на оси колец Гельмгольца имеет вид:
# = 0,72 А/м,
где / — сила тока в амперах; w — число витков одной секцшьколец; R — радиус кольца в метрах.
Соленоид представляет собой прямолинейную, обычно цилиндрическую катушку с однослойной или с многослойной обмоткой, причем длина катушки значительно больше ее диаметра. Соленоид применяется для создания магнитных полей напряженностью, большей 10* А/м.
Величина напряженности поля в центре однослойного соленоида на его оси
подсчитывается по формуле
wl д
260
где w — число |
витков |
обмотки; |
/ — сила тока |
в амперах; I — длина соленоида |
||
в метрах; |
d — |
диаметр соленоида в метрах. |
|
|||
Если |
d |
I, то |
Я = |
^ , |
А/м. |
|
Постоянная соленоида, |
так |
же как и колец Гельмгольца, может быть опре |
||||
делена экспериментальным |
путем с помощью |
баллистического гальванометра |
||||
(или веберметра), образцовой катушки взаимной индукции и измерительной ка
тушки, постоянная которой (ws)m. |
предполагается известной. На рис. |
189 при |
||
ведена схема опыта. В центре соленоида |
располагают |
измерительную |
катушку |
|
И К так, чтобы оси соленоида и |
катушки |
совпадали. |
Переключатель |
// ставят |
в положение 1, но обмотке соленоида протекает ток / , величина которого опреде
ляется с помощью амперметра А. |
Переводят переключатель II в нейтральное |
положение и замечают отброс а 1 т |
баллистического гальванометра БГ. Д л я |
определения постоянной баллистического гальванометра по магнитному потоку
переключатель П устанавлива |
|
|
|||||||
ют |
в положение 2, |
|
предвари |
|
|
||||
тельно снизив силу тока до |
|
|
|||||||
некоторого значения / ' (/' <І А). |
|
|
|||||||
I I |
Поставив |
переключатель |
|
|
|||||
в нейтральное |
положение, |
|
|
||||||
замечают отброс ß m |
баллисти |
|
|
||||||
ческого |
гальванометра |
БГ. |
|
|
|||||
|
Искомая |
постоянная |
со |
|
|
||||
леноида |
Ск |
|
определяется из |
|
|
||||
соотношения |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Я |
х |
|
С,ъа |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф"1т |
|
|
|
|||
где |
Нх |
— напряженность |
ноля |
|
|
||||
в амперах |
на |
метр; |
/ — сила |
Рис. 189. Схема |
для определения постоян |
||||
тока в |
амперах; а 1 |
т |
— отброс |
ной |
соленоида |
||||
подвижной |
части |
баллистиче |
|
|
|||||
ского гальванометра в делениях
шкалы; и 0 — магнитная постоянная в генри на метр; (ws)Uh: — постоянная измери тельной катушки в квадратных метрах; Сф — постоянная баллистического галь
ванометра по магнитному |
потоку |
(МГ/$1т) |
в веберах |
на деление; M |
|
— коэффи |
|
циент взаимной индуктивности катушки в генри; |
/ ' |
— сила тока |
в амперах; |
||||
ßim — отброс подвижной |
части |
баллистического |
гальванометра |
в |
делениях |
||
шкалы. |
|
|
|
|
|
|
|
Д л я получения полей большей напряженности |
(до 300 ООО А/м |
и |
более) ис |
||||
пользуют постоянные магниты и электромагниты. Мера в виде постоянного маг нита дает возможность воспроизвести лишь одно значение напряженности поля, определяемое формой, размерами и материалом образцового магнита.
Использование указанных устройств в качестве мер магнитного поля требует предварительной их аттестации в метрологических организациях с выдачей офи циального свидетельства о величине постоянной катушки либо о величине маг нитной индукции или напряженности поля в зазоре магнита или электромагнита.
35.Измерение магнитной индукции, магнитного потока
инапряженности магнитного поля
Принципы построения приборов для измерения магнитных вели чин. В настоящее время известно много разнообразных приборов и способов для измерения магнитной индукции, магнитного потока и напряженности магнитного поля. Как правило, прибор для измере ния магнитных величин состоит из двух частей — измерительного преобразователя, назначением которого является преобразование
261
магнитной величины в электрическую (иногда механическую), и измерительного устройства для измерения этой электрической (или механической) величины.
Основой для создания измерительных преобразователей магнит ных величин служат те или иные физические явления. В качестве основных, наиболее широко используемых явлений могут быть наз ваны следующие:
1)явлошн^электромагнитной индукции;
2)силовое взаимодействие измеряемого магнитного поля с нолем постоянного магнита или контура с током;
3)гальваномагнитные явления;
4)явление изменения магнитных свойств материалов в магнитном
поле;
5)внутриатомные явления.
Вторая часть прибора для измерения магнитных величин может быть либо обычным прибором для измерения той или иной элек трической величины, либо прибором со специальными характери стиками.
Использование явления электромагнитной индукции. В прибо рах и способах, использующих явление электромагнитной индукции, измерительным преобразователем служит катушка, витки которой сцепляются с магнитным потоком. При изменении потока Ф в ка тушке с числом витков wK возникает э. д. с. е, определяемая извест ным соотношением
d\b аф
В случае если поле в пространстве, охватываемом катушкой, однородно, используя связь между Ф, В и Н, можно записать
аф |
dB |
dH |
e ^ - w « d t |
= - w s « T t ^ ~ |
w s ^ dt • |
Из формулы видно, что катушка является измерительным преоб разователем, с помощью которого магнитные величины — магнит ная индукция В, магнитный поток Ф, напряженность магнитного поля H — могут быть преобразованы в электрическую величину — э. д. с. е. В практике магнитных измерений подобные катушки назы вают измерительными катушками.
В зависимости от характера измеряемой величины к измеритель ным катушкам предъявляются различные требования.
Измерительные катушки могут иметь каркас (круглый, квадрат ный, прямоугольный) из изоляционного материала либо быть бескар касными. Обмотка должна быть нанесена равномерно. Катушка должна иметь такую форму и размеры и должна быть так располо жена, чтобы с ее витками сцеплялся лишь тот поток, который под лежит измерению. Плоскость ее должна быть расположена перпен дикулярно вектору магнитной индукции или напряженности маг нитного поля, в противном случае будет измерена лишь нормальная составляющая вектора.
262
