المجال المغناطيسي للسلك المستقيم والملف اللولبي. التيارات الذرية
يوم جيد. في المقال الأخير ، تحدثت عن المجال المغناطيسي وركزت قليلاً على معالمه. تتابع هذه المقالة موضوع المجال المغناطيسي وهي مكرسة لمعلمة مثل الحث المغناطيسي. لتبسيط الموضوع ، سأتحدث عن المجال المغناطيسي في الفراغ ، حيث أن المواد المختلفة لها خصائص مغناطيسية مختلفة ، ونتيجة لذلك ، يجب مراعاة خصائصها.
قانون Biot-Savart-Laplace
نتيجة لدراسة المجالات المغناطيسية الناتجة عن التيار الكهربائي ، توصل الباحثون إلى الاستنتاجات التالية:
- يتناسب الحث المغناطيسي الناتج عن التيار الكهربائي مع قوة التيار ؛
- يعتمد الحث المغناطيسي على شكل وحجم الموصل الذي يتدفق من خلاله التيار الكهربائي ؛
- يعتمد الحث المغناطيسي في أي نقطة من المجال المغناطيسي على موقع هذه النقطة بالنسبة للموصل الحامل للتيار.
اتجه العالمان الفرنسيان Biot and Savard ، اللذان توصلوا إلى مثل هذه الاستنتاجات ، إلى عالم الرياضيات العظيم P. Laplace لتعميم واشتقاق القانون الأساسي للحث المغناطيسي. لقد افترض أن الحث في أي نقطة من المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل حامل للتيار يمكن تمثيله كمجموع الحوافز المغناطيسية للمجالات المغناطيسية الأولية التي تم إنشاؤها بواسطة قسم أولي لموصل حامل للتيار. أصبحت هذه الفرضية قانون الحث المغناطيسي يسمى قانون Biot-Savart-Laplace. للنظر في هذا القانون ، نصور موصلًا بالتيار والحث المغناطيسي الذي يخلقه
الحث المغناطيسي dB ، تم إنشاؤه بواسطة قسم أولي من الموصل dl.
ثم الحث المغناطيسي ديسيبلالمجال المغناطيسي الأولي ، والذي يتم إنشاؤه بواسطة قسم من الموصل دلمع التيار أنافي نقطة تعسفية ربالتعبير التالي
حيث أنا التيار المتدفق عبر الموصل ،
r هو متجه نصف القطر المرسوم من عنصر الموصل إلى نقطة المجال المغناطيسي ،
dl هو الحد الأدنى لعنصر الموصل الذي ينتج ديسيبل الحث ،
ك - معامل التناسب ، اعتمادًا على النظام المرجعي ، في SI k = μ 0 / (4π)
لان هو منتج متجه ، فإن التعبير النهائي عن الحث المغناطيسي الأولي سيبدو هكذا
وبالتالي ، يتيح لك هذا التعبير العثور على الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي ، والذي يتم إنشاؤه بواسطة موصل بتيار ذي شكل وحجم تعسفي من خلال دمج الجانب الأيمن من التعبير
حيث يعني الرمز l أن التكامل يحدث على طول الموصل بالكامل.
الحث المغناطيسي لموصل مستقيم
كما تعلم ، فإن أبسط مجال مغناطيسي يخلق موصلًا مستقيمًا يتدفق من خلاله تيار كهربائي. كما قلت في مقال سابق ، خطوط القوة لمجال مغناطيسي معين هي دوائر متحدة المركز تقع حول الموصل.
لتحديد الحث المغناطيسي فيسلك مستقيم عند نقطة ردعونا نقدم بعض الرموز. منذ هذه النقطة رعلى مسافة بمن السلك ، ثم المسافة من أي نقطة في السلك إلى النقطة ريتم تعريفه على أنه r = b / sinα. ثم أقصر طول موصل دليمكن حسابها من التعبير التالي
نتيجة لذلك ، سيكون لقانون Biot-Savart-Laplace لسلك مستقيم بطول لانهائي الشكل
أين أنا التيار المتدفق عبر السلك ،
ب هي المسافة من مركز السلك إلى النقطة التي يُحسب فيها الحث المغناطيسي.
الآن نقوم ببساطة بدمج التعبير الناتج دلفاتتراوح من 0 إلى π.
وهكذا ، سيبدو التعبير النهائي عن الحث المغناطيسي لسلك مستقيم بطول لانهائي
أنا هو التيار المتدفق عبر السلك ،
ب هي المسافة من مركز الموصل إلى النقطة التي يقاس فيها الحث.
حلقة الحث المغناطيسي
تحريض السلك المستقيم قليل القيمة ويقل مع المسافة من الموصل ، لذلك لا يتم استخدامه عمليًا في الأجهزة العملية. يتم إنشاء المجالات المغناطيسية الأكثر استخدامًا عن طريق جرح سلك على نوع من الإطار. لذلك ، تسمى هذه المجالات المجالات المغناطيسية للتيار الدائري. يحتوي أبسط مجال مغناطيسي من هذا القبيل على تيار كهربائي يتدفق عبر موصل له شكل دائرة نصف قطرها R.
في هذه الحالة ، هناك حالتان لهما أهمية عملية: المجال المغناطيسي في مركز الدائرة والمجال المغناطيسي عند النقطة P التي تقع على محور الدائرة. لننظر في الحالة الأولى.
في هذه الحالة ، يُنشئ كل عنصر حالي dl حثًا مغناطيسيًا أوليًا dB في مركز الدائرة ، وهو عمودي على مستوى الدائرة ، ثم سيبدو قانون Biot-Savart-Laplace
يبقى فقط لدمج التعبير الناتج على المحيط بأكمله
حيث μ 0 هو الثابت المغناطيسي ، μ 0 = 4π 10 -7 H / m ،
أنا - القوة الحالية في الموصل ،
R هو نصف قطر الدائرة التي يُلف فيها الموصل.
تأمل الحالة الثانية ، عندما تكون النقطة التي يُحسب عندها الحث المغناطيسي تقع على خط مستقيم X، وهو عمودي على المستوى الذي يحده التيار الدائري.
في هذه الحالة ، الاستقراء عند نقطة رسيكون مجموع التحريضات الأولية ديسيبل X، وهو بدوره إسقاط على المحور Xالحث الأولي ديسيبل
بتطبيق قانون Biot-Savart-Laplace ، نحسب حجم الحث المغناطيسي
نتكامل الآن مع هذا التعبير على المحيط بأكمله
حيث μ 0 هو الثابت المغناطيسي ، μ 0 = 4π 10 -7 H / m ،
أنا - القوة الحالية في الموصل ،
R هو نصف قطر الدائرة التي يُلف فيها الموصل ،
x هي المسافة من النقطة التي يُحسب عندها الحث المغناطيسي إلى مركز الدائرة.
كما يتضح من صيغة x \ u003d 0 ، ينتقل التعبير الناتج إلى صيغة الحث المغناطيسي في مركز التيار الدائري.
دوران ناقل الحث المغناطيسي
لحساب الحث المغناطيسي للمجالات المغناطيسية البسيطة ، يكفي قانون Biot-Savart-Laplace. ومع ذلك ، مع المجالات المغناطيسية الأكثر تعقيدًا ، على سبيل المثال ، المجال المغناطيسي للملف اللولبي أو الحلقي ، سيزداد عدد العمليات الحسابية وإرهاق الصيغ بشكل كبير. لتبسيط العمليات الحسابية ، يتم تقديم مفهوم دوران ناقل الحث المغناطيسي.
تخيل بعض الكنتور ل، وهو عمودي على التيار أنا. في أي مرحلة ردائرة معينة ، الحث المغناطيسي فيموجهة بشكل عرضي إلى هذا الكفاف. ثم نتاج النواقل دلو فييتم وصفه بالتعبير التالي
منذ الزاوية دφصغيرة بما يكفي ، ثم النواقل دل ب يُعرَّف بأنه طول القوس
وهكذا ، بمعرفة الحث المغناطيسي للموصل المستقيم عند نقطة معينة ، يمكننا اشتقاق تعبير لدوران ناقل الحث المغناطيسي
يبقى الآن دمج التعبير الناتج على طول المحيط بالكامل
في حالتنا ، يدور ناقل الحث المغناطيسي حول تيار واحد ، ولكن في حالة التيارات المتعددة ، يتحول التعبير عن دوران الحث المغناطيسي إلى قانون التيار الكلي ، والذي يقرأ:
يتناسب دوران ناقل الحث المغناطيسي في حلقة مغلقة مع المجموع الجبري للتيارات التي تغطيها هذه الحلقة.
المجال المغناطيسي للملف اللولبي والحلق
باستخدام قانون إجمالي التيار ودوران ناقل الحث المغناطيسي ، من السهل جدًا تحديد الحث المغناطيسي لمثل هذه المجالات المغناطيسية المعقدة مثل الملف اللولبي والملف الحلقي.
الملف اللولبي هو ملف أسطواني يتكون من عدة لفات من جرح موصل يتحول إلى إطار أسطواني. يتكون المجال المغناطيسي للملف اللولبي في الواقع من العديد من المجالات المغناطيسية الدائرية الحالية مع محور مشترك عمودي على مستوى كل تيار دائري.
نستخدم دوران ناقل الحث المغناطيسي ونتخيل الدوران على طول محيط مستطيل 1-2-3-4 . ثم تداول ناقل الحث المغناطيسي لهذه الدائرة سيكون له الشكل
منذ في المؤامرات 2-3 و 4-1 متجه الحث المغناطيسي عمودي على الكفاف ، ثم الدوران صفر. الموقع على 3-4 ، والذي تمت إزالته بشكل كبير من الملف اللولبي ، ثم يمكن تجاهله أيضًا. بعد ذلك ، مع الأخذ في الاعتبار قانون إجمالي التيار ، فإن الحث المغناطيسي في ملف لولبي بطول كبير بما يكفي سيكون له الشكل
حيث n هو عدد لفات موصل الملف اللولبي لكل وحدة طول ،
أنا هو التيار المتدفق عبر الملف اللولبي.
يتم تشكيل حلقي عن طريق لف موصل حول إطار حلقة. هذا التصميم يعادل نظامًا للعديد من التيارات الدائرية المتطابقة ، والتي تقع مراكزها على دائرة.
كمثال ، ضع في اعتبارك حلقي نصف قطر ر، على الجرح نيتحول من الأسلاك. حول كل منعطف في السلك ، خذ محيط نصف القطر ص، يتطابق مركز هذا الكفاف مع مركز الحلقي. منذ ناقل الحث المغناطيسي بيتم توجيهه بشكل عرضي إلى المحيط عند كل نقطة من الكفاف ، ثم يكون دوران ناقل الحث المغناطيسي بالشكل
حيث r هو نصف قطر كفاف الحث المغناطيسي.
الدائرة التي تمر داخل الملف الحلقي تغطي N لفات من السلك بالتيار I ، ثم سيبدو قانون التيار الكلي للحلقة الحلقية مثل
حيث n هو عدد لفات الموصل لكل وحدة طول ،
r هو نصف قطر كفاف الحث المغناطيسي ،
R هو نصف قطر الحلقة.
وبالتالي ، باستخدام قانون التيار الكلي ودوران ناقل الحث المغناطيسي ، من الممكن حساب مجال مغناطيسي معقد بشكل تعسفي. ومع ذلك ، فإن إجمالي القانون الحالي يعطي نتائج صحيحة فقط في الفراغ. في حالة حساب الحث المغناطيسي في مادة ما ، من الضروري مراعاة ما يسمى بالتيارات الجزيئية. سيتم مناقشة هذا في المقالة التالية.
النظرية جيدة ، لكن بدون تطبيق عملي فهي مجرد كلمات.
دعونا نحسب تحريض المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل مستقيم مع التيار عند نقطة اعتباطية م. دعنا نقسم الموصل عقليًا إلى أقسام صغيرة أولية بطول. وفقا لقاعدة gimlet في هذه النقطة مالمتجهات من جميع العناصر الحالية لها نفس الاتجاه - ما وراء مستوى الشكل. لذلك ، يمكن استبدال إضافة المتجهات بإضافة وحداتها النمطية ، و
. (3)
للتكامل ، تحتاج إلى متغيرات ، والتعبير عنها من خلال أحدها. دعونا نختار الزاوية كمتغير التكامل. شمس- هناك دائرة نصف قطرها قوس صتتمحور عند نقطة تساوي (انظر الشكل). التعبير من مثلث قائم الزاوية ABC:. استبدال هذا التعبير في (3) نحصل عليها 
. من مثلث AOMتحديد أين هي أقصر مسافة من نقطة الحقل إلى الانسيابية. ثم
.
نجد دمج التعبير الأخير على جميع العناصر الحالية ، وهو ما يعادل التكامل من إلى.
وبالتالي ، فإن تحريض المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة تيار مستقيم بطول محدد سيكون مساويًا لـ
.
في المستقبل ، سأقدم مفهوم متجه المجال المغناطيسي ، والذي يرتبط باستقراء المجال المغناطيسي من خلال العلاقة ، حيث توجد النفاذية المغناطيسية للوسط. للفراغ ، للهواء. ثم ستساوي قوة المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل بطول محدود
.
بالنسبة للموصل المستقيم ذي الطول اللانهائي ، ستكون الزوايا تساوي ، والتعبير الموجود بين قوسين يأخذ القيمة. لذلك ، فإن تحريض وقوة المجال المغناطيسي الناتج عن موصل مستقيم مع تيار بطول لانهائي متساويان ، على التوالي
دائري المجال المغناطيسي الحالي
 |
كتطبيق ثانٍ لقانون Biot - Savart - Laplace ، نحسب الاستقراء وشدة المجال المغناطيسي على محور التيار الدائري. دعونا نشير إلى نصف قطر دائرة الموصل مع التيار المار بها ، والمسافة من مركز التيار الدائري إلى النقطة المدروسة للحقل من خلال ح. يتكون مخروط المتجهات من جميع العناصر الحالية ، ومن السهل معرفة أن المتجه الناتج عند نقطة ما سيتم توجيهه أفقيًا على طول المحور. لإيجاد معامل المتجه ، يكفي إضافة إسقاطات المتجهات على المحور. كل إسقاط له الشكل
,
حيث يؤخذ في الاعتبار أن الزاوية بين المتجهات وتساوي ، وبالتالي فإن الجيب يساوي واحدًا. ندمج هذا التعبير في الكل
.
متكامل - هو محيط الموصل مع التيار ، إذن
.
بالنظر إلى ذلك ، نكتب
وتطبيق نظرية فيثاغورس نحصل على
,
ولشدة المجال المغناطيسي
.
الحث المغناطيسي وقوة المجال المغناطيسي في مركز التيار الدائري ، (،) ، على التوالي ، هي
تفاعل الموصلات المتوازية مع التيار.
وحدة التيار.
دعونا نجد القوة لكل وحدة طول التي بها سلكان متوازيان طويلان بلا حدود مع التيارات ويتفاعلان في الفراغ إذا كانت المسافة بين الأسلاك مساوية لها. كل عنصر من عناصر التيار موجود في المجال المغناطيسي للتيار ، أي في المجال. الزاوية بين كل عنصر حالي ومتجه المجال هي 90 درجة.
ثم ، وفقًا لقانون أمبير ، تعمل قوة على قسم الموصل بالتيار
,
ولكل وحدة طول الموصل ، هذه القوة ستكون مساوية ل
 |
بالنسبة للقوة المؤثرة لكل وحدة طول للموصل مع التيار ، يتم الحصول على نفس التعبير. وأخيرا. تحديد اتجاه المتجه باستخدام قاعدة المسمار الأيمن ، واتجاه قوة أمبير باستخدام قاعدة اليد اليسرى ، سوف نتأكد من أن التيارات يتم توجيهها وجذبها وصدها بشكل معاكس.
إذا كانت نفس التيارات تتدفق عبر الموصلات الموجودة على مسافة ، فإن القوى تساوي أو تعمل على كل متر من طول الموصلات ، بالنظر إلى ذلك 
نحصل عليه ، وستكون كثافة الخطوط متناسبة مع مقياس المتجه ، أو في طريقة أخرى.
هذا يعني أن المجال المغناطيسي ليس له مصادر (شحنات مغناطيسية). لا يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة الشحنات المغناطيسية (التي لا توجد في الطبيعة) ، ولكن بواسطة التيارات الكهربائية. هذا القانون أساسي: فهو صالح ليس فقط للحقول المغناطيسية الثابتة ، ولكن أيضًا للمجالات المغناطيسية المتغيرة.
ضع في اعتبارك موصلًا مستقيمًا (الشكل 3.2) ، وهو جزء من دائرة كهربائية مغلقة. وفقًا لقانون Biot-Savart-Laplace ، ناقل الحث المغناطيسي 
حقل تم إنشاؤه في نقطة ما لكنعنصر 
موصل التيار أنا,
له المعنى 
، أين 
- الزاوية بين النواقل 
و 
. لجميع المؤامرات 
نواقل هذا الموصل 
و 
تكمن في مستوى الرسم ، لذلك عند النقطة لكنجميع النواقل 
تم إنشاؤها بواسطة كل قسم 
، بشكل عمودي على مستوى الرسم (بالنسبة لنا). المتجه 
يتم تحديده من خلال مبدأ تراكب المجالات:
,
معامله هو:
.
أشر إلى المسافة من النقطة لكنإلى موصل 
. ضع في اعتبارك قسمًا من الموصل 
. من وجهة نظر لكنارسم قوسًا مندنصف القطر 
,
صغير ، لذلك 
و 
. يمكن أن نرى من الرسم أن 
;
، لكن 
(قرص مضغوط=
) لذلك لدينا:
.
إلى عن على 
نحن نحصل:
أين 
و 
- قيم الزاوية للنقاط القصوى للموصل MN.
إذا كان الموصل طويلًا بشكل غير محدود ، إذن 
,
. ثم
يتناسب الحث عند كل نقطة من المجال المغناطيسي لموصل يحمل تيارًا مستقيمًا طويلًا بشكل غير محدود يتناسب عكسيًا مع أقصر مسافة من هذه النقطة إلى الموصل.
3.4. دائري المجال المغناطيسي الحالي
ضع في اعتبارك حلقة دائرية نصف قطرها رمن خلالها يتدفق التيار أنا
(الشكل 3.3) .
وفقًا لقانون Biot-Savart-Laplace ، الاستقراء 
حقل تم إنشاؤه في نقطة ما اعنصر 
الملف مع التيار يساوي:
,
و 
، لهذا 
، و 
. مع ذلك ، نحصل على:
.
جميع النواقل 
موجهة عموديًا على مستوى الرسم نحونا ، لذلك الاستقراء
توتر 
.
يترك س- المنطقة التي يغطيها الملف الدائري ، 
. ثم الحث المغناطيسي عند نقطة عشوائية على محور ملف دائري مع التيار:
,
أين 
هي المسافة من النقطة إلى سطح الملف. ومن المعروف أن 
هي اللحظة المغناطيسية للملف. يتزامن اتجاهها مع المتجه 
في أي نقطة على محور الملف ، لذلك 
، و 
.
التعبير عن 
مشابه في مظهره للتعبير عن الإزاحة الكهربائية عند نقاط المجال الكائنة على محور ثنائي القطب الكهربائي بعيدًا عنه بدرجة كافية:
.
لذلك ، غالبًا ما يُنظر إلى المجال المغناطيسي للتيار الدائري على أنه المجال المغناطيسي لبعض "ثنائي القطب المغناطيسي" الشرطي ، ويعتبر القطب الموجب (الشمالي) جانبًا من مستوى الملف الذي تخرج منه الخطوط المغناطيسية للقوة ، و السالب (الجنوب) - الذي يدخلون إليه.
بالنسبة للحلقة الحالية ذات الشكل التعسفي:
,
أين 
- متجه الوحدة الخارجية العمودي للعنصر 
الأسطح س,
كفاف محدود. في حالة كونتور مسطح السطح س
- مسطحة وجميع النواقل 
مباراة.
3.5 المجال المغناطيسي الملف اللولبي
الملف اللولبي هو ملف أسطواني به عدد كبير من لفات الأسلاك. تشكل ملفات الملف اللولبي اللولب. إذا كانت المنعطفات متباعدة بشكل وثيق ، فيمكن اعتبار الملف اللولبي نظامًا للتيارات الدائرية المتصلة بالسلسلة. هذه المنعطفات (التيارات) لها نفس نصف القطر والمحور المشترك (الشكل 3.4).
ضع في اعتبارك قسم الملف اللولبي على طول محوره. الدوائر التي تحتوي على نقطة تشير إلى التيارات القادمة من خلف مستوى الرسم إلينا ، ودائرة بها صليب - التيارات التي تتجاوز مستوى الرسم ، منا. إلهو طول الملف اللولبي ، ن
–
عدد الدورات لكل وحدة طول الملف اللولبي ؛ -
ر- دوران نصف قطرها. ضع في اعتبارك نقطة لكنملقى على المحور 
الملف اللولبي. من الواضح أن الحث المغناطيسي 
عند هذه النقطة يتم توجيهها على طول المحور 
ويساوي المجموع الجبري لتحريض المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها في هذه المرحلة من خلال جميع المنعطفات.
ارسم من نقطة لكننصف قطر - متجه 
إلى أي موضوع. يتشكل متجه نصف القطر هذا مع المحور 
ركن α
. يتدفق التيار المتدفق عبر هذا الملف عند النقطة لكنالمجال المغناطيسي مع الحث 
.
ضع في اعتبارك مساحة صغيرة 
الملف اللولبي ، لديها 
يتحول. يتم إنشاء هذه المنعطفات عند النقطة لكنالمجال المغناطيسي الذي تحريضه
.
من الواضح أن المسافة على طول المحور من النقطة لكنإلى الموقع 
يساوي 
؛ ومن بعد 
.بوضوح، 
، ومن بعد
الحث المغناطيسي للمجالات التي أنشأتها جميع المنعطفات عند نقطة ما لكنمساوي ل
شدة المجال المغناطيسي عند نقطة ما لكن
.
من الشكل 3. 4 نجد: 
;
.
وبالتالي ، فإن الحث المغناطيسي يعتمد على موضع النقطة لكنعلى محور الملف اللولبي. هي تكون
الحد الأقصى في منتصف الملف اللولبي:
.
اذا كان إل>>
ر، ثم يمكن اعتبار الملف اللولبي طويلًا إلى ما لا نهاية ، في هذه الحالة 
,
,
,
؛ ومن بعد
;
.
في أحد طرفي ملف لولبي طويل 
,
أو 
;
,
,
.
إذا تم إحضار إبرة مغناطيسية إلى موصل مستقيم مع تيار ، فإنها تميل إلى أن تصبح عمودية على المستوى الذي يمر عبر محور الموصل ومركز دوران السهم (الشكل 67). يشير هذا إلى أن القوات الخاصة تعمل على الإبرة ، والتي تسمى مغناطيسية. بمعنى آخر ، إذا مر تيار كهربائي عبر الموصل ، عندها ينشأ مجال مغناطيسي حول الموصل. يمكن اعتبار المجال المغناطيسي حالة خاصة من الفضاء المحيط بالموصلات ذات التيار.
إذا قمت بتمرير موصل سميك عبر البطاقة وقمت بتمرير تيار كهربائي خلاله ، فسيتم وضع برادة فولاذية مرشوشة على الورق المقوى حول الموصل في دوائر متحدة المركز ، وهي في هذه الحالة ما يسمى بالخطوط المغناطيسية (الشكل 68). يمكننا تحريك الكرتون لأعلى أو لأسفل الموصل ، لكن موقع برادة الصلب لن يتغير. لذلك ، ينشأ مجال مغناطيسي حول الموصل بطوله بالكامل.
إذا وضعت أسهمًا مغناطيسية صغيرة على الورق المقوى ، فعندئذٍ بتغيير اتجاه التيار في الموصل ، يمكنك أن ترى أن الأسهم المغناطيسية ستتحول (الشكل 69). هذا يدل على أن اتجاه الخطوط المغناطيسية يتغير مع اتجاه التيار في الموصل.
يحتوي المجال المغناطيسي حول موصل مع تيار على الميزات التالية: الخطوط المغناطيسية للموصل المستقيم تكون في شكل دوائر متحدة المركز ؛ كلما اقتربنا من الموصل ، كلما زادت كثافة الخطوط المغناطيسية ، زاد الحث المغناطيسي ؛ يعتمد الحث المغناطيسي (شدة المجال) على مقدار التيار في الموصل ؛ يعتمد اتجاه الخطوط المغناطيسية على اتجاه التيار في الموصل.
لإظهار اتجاه التيار في الموصل الموضح في القسم ، تم اعتماد رمز سنستخدمه في المستقبل. إذا وضعنا عقليًا سهمًا في الموصل في اتجاه التيار (الشكل 70) ، فحينئذٍ في الموصل ، التيار الذي يتم توجيهه بعيدًا عنا ، سنرى ذيل ريش السهم (الصليب) ؛ إذا كان التيار موجهًا نحونا ، فسنرى رأس السهم (النقطة).
يمكن تحديد اتجاه الخطوط المغناطيسية حول موصل مع تيار بواسطة "قاعدة المثقاب". إذا تحرك المثقاب (المفتاح) ذو الخيط الأيمن للأمام في اتجاه التيار ، فإن اتجاه دوران المقبض سيتزامن مع اتجاه الخطوط المغناطيسية حول الموصل (الشكل 71).
أرز. 71. تحديد اتجاه الخطوط المغناطيسية حول الموصل مع التيار حسب "قاعدة المثقاب"
توجد إبرة مغناطيسية يتم إدخالها في مجال الموصل الحامل للتيار على طول الخطوط المغناطيسية. لذلك ، لتحديد موقعه ، يمكنك أيضًا استخدام "قاعدة Gimlet" (الشكل 72).
أرز. 72. تحديد اتجاه انحراف إبرة مغناطيسية يتم إحضارها إلى موصل مع تيار ، وفقًا لـ "قاعدة المثقاب"
يعد المجال المغناطيسي من أهم مظاهر التيار الكهربائي ولا يمكن الحصول عليه بشكل مستقل ومنفصل عن التيار.
في المغناطيس الدائم ، يحدث المجال المغناطيسي أيضًا بسبب حركة الإلكترونات التي تشكل ذرات وجزيئات المغناطيس.
يتم تحديد شدة المجال المغناطيسي في كل نقطة من نقاطه من خلال حجم الحث المغناطيسي ، والذي يُشار إليه عادةً بالحرف B. الحث المغناطيسي هو كمية متجهية ، أي أنه لا يتميز فقط بقيمة معينة ، ولكن أيضًا باتجاه معين عند كل نقطة من المجال المغناطيسي. يتزامن اتجاه ناقل الحث المغناطيسي مع ظل الخط المغناطيسي عند نقطة معينة في المجال (الشكل 73).
نتيجة لتعميم البيانات التجريبية ، وجد العالمان الفرنسيان Biot and Savard أن الحث المغناطيسي B (شدة المجال المغناطيسي) على مسافة r من موصل يحمل تيارًا مستقيمًا طويلًا بلا حدود يتم تحديده من خلال التعبير
حيث r هو نصف قطر الدائرة المرسومة عبر النقطة المعتبرة للحقل ؛ يقع مركز الدائرة على محور الموصل (2πr - محيط) ؛
أنا هو مقدار التيار المتدفق عبر الموصل.
تسمى قيمة μ a ، التي تميز الخواص المغناطيسية للوسط ، النفاذية المغناطيسية المطلقة للوسط.
بالنسبة للفراغ ، فإن النفاذية المغناطيسية المطلقة لها قيمة دنيا ومن المعتاد تعيينها μ 0 وتسميتها النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ.
1 ساعة = 1 أوم⋅ ثانية.
النسبة μ a / μ 0 ، التي تُظهر عدد المرات التي تكون فيها النفاذية المغناطيسية المطلقة لوسط معين أكبر من النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ ، تسمى النفاذية المغناطيسية النسبية ويُشار إليها بالحرف μ.
في النظام الدولي للوحدات (SI) ، يتم قبول وحدات قياس الحث المغناطيسي B - تسلا أو ويبر لكل متر مربع (t ، wb / m 2).
في الممارسة الهندسية ، يُقاس الحث المغناطيسي عادةً بوحدة gauss (جاوس): 1 t = 10 4 gauss.
إذا كانت نواقل الحث المغناطيسي في جميع نقاط المجال المغناطيسي متساوية في الحجم ومتوازية مع بعضها البعض ، فإن هذا المجال يسمى متجانس.
يُطلق على ناتج الحث المغناطيسي B وحجم المنطقة S ، المتعامدة على اتجاه المجال (ناقل الحث المغناطيسي) ، تدفق متجه الحث المغناطيسي ، أو ببساطة التدفق المغناطيسي ، ويُشار إليه بالحرف Φ ( الشكل 74):
في النظام الدولي ، وحدة قياس التدفق المغناطيسي هي Weber (wb).
في الحسابات الهندسية ، يتم قياس التدفق المغناطيسي بوحدة maxwells (µs):
1 واط \ u003d 10 8 μs.
عند حساب المجالات المغناطيسية ، تُستخدم أيضًا كمية تسمى شدة المجال المغناطيسي (يُشار إليها بـ H). يرتبط الحث المغناطيسي B وشدة المجال المغناطيسي H بالعلاقة
وحدة قياس شدة المجال المغناطيسي H هي الأمبير لكل متر (a / m).
تعتمد قوة المجال المغناطيسي في وسط متجانس ، وكذلك الحث المغناطيسي ، على حجم التيار وعدد وشكل الموصلات التي يمر بها التيار. ولكن على عكس الحث المغناطيسي ، فإن شدة المجال المغناطيسي لا تأخذ في الاعتبار تأثير الخواص المغناطيسية للوسط.
هل يعتمد حجم تحريض المجال المغناطيسي على الوسط الذي يتكون فيه؟ للإجابة على هذا السؤال ، دعونا نجري التجربة التالية. دعونا أولاً نحدد القوة (انظر الشكل 117) ، التي يعمل بها المجال المغناطيسي على موصل مع تيار في الهواء (من حيث المبدأ ، يجب أن يتم ذلك في فراغ) ، ثم قوة المجال المغناطيسي على هذا الموصل ، على سبيل المثال ، في الماء الذي يحتوي على مسحوق أكسيد الحديد (يظهر الوعاء بخط منقط في الشكل). في وسط أكسيد الحديد ، يعمل المجال المغناطيسي على موصل يحمل تيارًا بقوة أكبر. في هذه الحالة ، يكون حجم تحريض المجال المغناطيسي أكبر. وهناك مواد مثل الفضة والنحاس تقل فيها عن الفراغ. يعتمد حجم تحريض المجال المغناطيسي على البيئة التي يتكون فيها.
تسمى القيمة التي توضح عدد المرات التي يكون فيها تحريض المجال المغناطيسي في وسط معين أكبر أو أقل من تحريض المجال المغناطيسي في الفراغ النفاذية المغناطيسية للوسط.إذا كان تحريض المجال المغناطيسي للوسط هو B ، وكان الفراغ B 0 ، فإن النفاذية المغناطيسية للوسط
النفاذية المغناطيسية للوسيط μ هي كمية بلا أبعاد. إنه يختلف بالنسبة للمواد المختلفة. لذلك ، بالنسبة للصلب الطري - 2180, هواء - 1,00000036, نحاس - 0,999991 . هذا لأن المواد المختلفة ممغنطة بشكل مختلف في المجال المغناطيسي.
دعونا نكتشف ما يعتمد عليه تحريض المجال المغناطيسي للموصل المباشر مع التيار. بالقرب من القسم المستقيم A من ملف السلك (الشكل 122) ، نضع المؤشر C لتحريض المجال المغناطيسي. لنشغل التيار. يقوم المجال المغناطيسي للقسم A ، الذي يعمل على إطار المؤشر ، بتدويره ، مما يؤدي إلى انحراف السهم عن موضع الصفر. من خلال تغيير القوة الحالية في الإطار باستخدام مقاومة متغيرة ، نلاحظ أنه كم مرة يزداد فيها التيار في الموصل ، يزداد انحراف سهم المؤشر بنفس المقدار: V ~ أنا.
مع ترك القوة الحالية دون تغيير ، سنزيد المسافة بين الموصل والإطار. وفقًا لمؤشر المؤشر ، نلاحظ أن تحريض المجال المغناطيسي يتناسب عكسياً مع المسافة من الموصل إلى نقطة المجال قيد الدراسة: V ~ I / R.. يعتمد حجم تحريض المجال المغناطيسي على الخصائص المغناطيسية للوسط - على نفاذه المغناطيسية. كلما زادت النفاذية المغناطيسية ، زاد تحريض المجال المغناطيسي: ب ~ μ.
من الناحية النظرية وبتجارب أكثر دقة ، وجد الفيزيائيون الفرنسيون Biot و Savard و Laplace أن قيمة تحريض المجال المغناطيسي لسلك مستقيم من مقطع عرضي صغير في وسط متجانس مع نفاذية مغناطيسية μ على مسافة R منه تساوي
هنا μ 0 هو الثابت المغناطيسي. ابحث عن قيمته العددية واسمه في نظام SI. منذ تحريض المجال المغناطيسي في نفس الوقت يساوي 
ثم ، معادلة هاتين الصيغتين ، نحصل على
ومن هنا فإن الثابت المغناطيسي من تعريف الأمبير ، نعلم أن مقاطع من الموصلات المتوازية بطول ل = 1 م، أن تكون على مسافة R = 1 ممن بعضها البعض ، تتفاعل مع القوة F \ u003d 2 * 10 -7 ن ،عندما يتدفق التيار من خلالها أنا = 1 أ.بناءً على ذلك ، نحسب μ 0 (بافتراض μ = 1):
والآن لنكتشف ما يعتمد عليه استحثاث المجال المغناطيسي داخل الملف مع التيار. دعونا نقوم بتجميع الدائرة الكهربائية (الشكل 123). من خلال وضع إطار مؤشر تحريض المجال المغناطيسي داخل الملف ، نغلق الدائرة. بزيادة القوة الحالية بمقدار 2 و 3 و 4 مرات ، نلاحظ ، على التوالي ، زيادة تحريض المجال المغناطيسي داخل الملف بنفس المقدار: V ~ أنا.
بعد تحديد تحريض المجال المغناطيسي داخل الملف ، سنزيد عدد الدورات لكل وحدة من طوله. للقيام بذلك ، نقوم بتوصيل ملفين متطابقين في سلسلة وإدخال أحدهما في الآخر. باستخدام المتغير المتغير ، قمنا بتعيين القوة الحالية السابقة. مع نفس طول الملف l ، تضاعف عدد الدورات n فيه ، ونتيجة لذلك ، تضاعف عدد الدورات لكل وحدة طول الملف.