Um zu verstehen, was eine Eigenschaft eines Magnetfelds ist, sollten viele Phänomene definiert werden. Gleichzeitig müssen Sie sich im Voraus merken, wie und warum es angezeigt wird. Finden Sie heraus, was die Leistungscharakteristik eines Magnetfelds ist. Wichtig ist auch, dass ein solches Feld nicht nur in Magneten auftreten kann. In diesem Zusammenhang schadet es nicht, die Eigenschaften des Erdmagnetfelds zu erwähnen.
Feldaufgang
Zuerst sollten wir das Aussehen des Feldes beschreiben. Danach können Sie das Magnetfeld und seine Eigenschaften beschreiben. Es erscheint während der Bewegung geladener Teilchen. Kann sich bewegende elektrische Ladungen beeinflussen, insbesondere auf leitfähige Leiter. Die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und sich bewegenden Ladungen oder Leitern, durch die Strom fließt, erfolgt aufgrund von Kräften, die als elektromagnetisch bezeichnet werden.
Intensitäts- oder Leistungscharakteristik des Magnetfeldes ineinem bestimmten Raumpunkt werden mittels magnetischer Induktion bestimmt. Letzteres wird mit dem Symbol B bezeichnet.
Grafische Darstellung des Feldes
Das Magnetfeld und seine Eigenschaften lassen sich mit Induktionslinien grafisch darstellen. Diese Definition nennt man Linien, deren Tangenten an jedem Punkt mit der Richtung des Vektors y der magnetischen Induktion zusammenfallen.
Diese Linien sind in den Eigenschaften des Magnetfeldes enth alten und werden verwendet, um seine Richtung und Intensität zu bestimmen. Je höher die Intensität des Magnetfelds, desto mehr Datenleitungen werden gezogen.
Was sind magnetische Linien
Magnetische Linien in geraden Leitern mit Strom haben die Form eines konzentrischen Kreises, dessen Mittelpunkt auf der Achse dieses Leiters liegt. Die Richtung der Magnetlinien in der Nähe von Leitern mit Strom wird durch die Gimlet-Regel bestimmt, die so klingt: Wenn der Gimlet so angeordnet ist, dass er in Stromrichtung in den Leiter geschraubt wird, dann die Drehrichtung des Griff entspricht der Richtung der Magnetlinien.
Bei einer Spule mit Strom wird die Richtung des Magnetfeldes auch durch die Gimlet-Regel bestimmt. Es ist auch erforderlich, den Griff in Richtung des Stroms in den Windungen des Solenoids zu drehen. Die Richtung der magnetischen Induktionslinien entspricht der Richtung der Translationsbewegung des Bohrers.
Die Definition von Gleichförmigkeit und Inhomogenität ist das Hauptmerkmal des Magnetfeldes.
Erzeugt von einem Strom, unter gleichen Bedingungen, das Feldaufgrund unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften dieser Substanzen in unterschiedlichen Medien in ihrer Intensität unterschiedlich sein. Die magnetischen Eigenschaften des Mediums sind durch absolute magnetische Permeabilität gekennzeichnet. Gemessen in Henry pro Meter (g/m).
Die Eigenschaft des Magnetfeldes beinh altet die absolute magnetische Permeabilität des Vakuums, die magnetische Konstante genannt wird. Der Wert, der bestimmt, wie oft die absolute magnetische Permeabilität des Mediums von der Konstanten abweicht, wird als relative magnetische Permeabilität bezeichnet.
Magnetische Permeabilität von Stoffen
Dies ist eine dimensionslose Größe. Substanzen mit einem Permeabilitätswert von weniger als eins werden als diamagnetisch bezeichnet. In diesen Substanzen ist das Feld schwächer als im Vakuum. Diese Eigenschaften sind in Wasserstoff, Wasser, Quarz, Silber usw. vorhanden.
Medien mit einer magnetischen Permeabilität größer als eins werden als paramagnetisch bezeichnet. In diesen Substanzen ist das Feld stärker als im Vakuum. Zu diesen Medien und Stoffen gehören Luft, Aluminium, Sauerstoff, Platin.
Bei paramagnetischen und diamagnetischen Substanzen hängt der Wert der magnetischen Permeabilität nicht von der Spannung des äußeren, magnetisierenden Feldes ab. Das bedeutet, dass der Wert für eine bestimmte Substanz konstant ist.
Ferromagnete gehören zu einer besonderen Gruppe. Für diese Substanzen wird die magnetische Permeabilität mehrere tausend oder mehr erreichen. Diese Substanzen, die die Eigenschaft haben, magnetisiert zu werden und das Magnetfeld zu verstärken, finden in der Elektrotechnik breite Anwendung.
Feldstärke
Um die Eigenschaften des Magnetfelds zu bestimmen, kann zusammen mit dem magnetischen Induktionsvektor ein Wert verwendet werden, der als magnetische Feldstärke bezeichnet wird. Dieser Term ist eine Vektorgröße, die die Intensität des externen Magnetfelds bestimmt. Die Richtung des Magnetfeldes in einem Medium mit gleichen Eigenschaften in allen Richtungen, der Intensitätsvektor fällt mit dem magnetischen Induktionsvektor am Feldpunkt zusammen.
Die starken magnetischen Eigenschaften von Ferromagneten werden durch das Vorhandensein zufällig magnetisierter kleiner Teile in ihnen erklärt, die als kleine Magnete dargestellt werden können.
Ohne Magnetfeld hat eine ferromagnetische Substanz möglicherweise keine ausgeprägten magnetischen Eigenschaften, da die Domänenfelder unterschiedliche Orientierungen annehmen und ihr gesamtes Magnetfeld Null ist.
Wenn ein Ferromagnet gemäß den Haupteigenschaften des Magnetfelds in ein äußeres Magnetfeld gebracht wird, beispielsweise in eine Spule mit Strom, dann drehen sich die Domänen unter dem Einfluss des äußeren Felds in Richtung des äußeren Feldes. Außerdem nimmt das Magnetfeld an der Spule zu und die magnetische Induktion nimmt zu. Ist das äußere Feld ausreichend schwach, dann kippt nur ein Teil aller Domänen um, deren Magnetfelder sich der Richtung des äußeren Feldes annähern. Mit zunehmender Stärke des äußeren Feldes nimmt die Anzahl der gedrehten Domänen zu, und bei einem bestimmten Wert der äußeren Feldspannung werden fast alle Teile gedreht, so dass die Magnetfelder in Richtung des äußeren Feldes liegen. Dieser Zustand wird als magnetische Sättigung bezeichnet.
Beziehung zwischen magnetischer Induktion und Intensität
Die Beziehung zwischen der magnetischen Induktion einer ferromagnetischen Substanz und der Stärke eines externen Feldes kann mithilfe eines Diagramms dargestellt werden, das als Magnetisierungskurve bezeichnet wird. An der Krümmung des Kurvendiagramms nimmt die Anstiegsrate der magnetischen Induktion ab. Nach einer Kurve, wo die Spannung ein bestimmtes Niveau erreicht, tritt eine Sättigung auf und die Kurve steigt leicht an und nimmt allmählich die Form einer geraden Linie an. In diesem Abschnitt wächst die Induktion noch, aber eher langsam und nur aufgrund einer Zunahme der Stärke des externen Feldes.
Die grafische Abhängigkeit der Daten des Indikators ist nicht direkt, was bedeutet, dass ihr Verhältnis nicht konstant ist und die magnetische Permeabilität des Materials kein konstanter Indikator ist, sondern vom externen Feld abhängt.
Änderungen der magnetischen Eigenschaften von Materialien
Wenn man in einer Spule mit ferromagnetischem Kern den Strom bis zur vollen Sättigung erhöht und dann wieder verringert, fällt die Magnetisierungskurve nicht mit der Entmagnetisierungskurve zusammen. Bei einer Intensität von Null hat die magnetische Induktion nicht den gleichen Wert, sondern erhält einen Indikator, der als magnetische Restinduktion bezeichnet wird. Die Situation mit dem Nacheilen der magnetischen Induktion von der Magnetisierungskraft wird als Hysterese bezeichnet.
Um den ferromagnetischen Kern in der Spule vollständig zu entmagnetisieren, muss ein Rückstrom zugeführt werden, der die erforderliche Spannung erzeugt. Für verschiedene ferromagnetischeSubstanzen wird ein Segment unterschiedlicher Länge benötigt. Je größer es ist, desto mehr Energie wird zur Entmagnetisierung benötigt. Den Wert, bei dem das Material vollständig entmagnetisiert wird, nennt man Koerzitivfeldstärke.
Bei einer weiteren Erhöhung des Stroms in der Spule steigt die Induktion wieder bis zum Sättigungsindex an, jedoch mit einer anderen Richtung der magnetischen Linien. Beim Entmagnetisieren in die entgegengesetzte Richtung wird eine Restinduktion erh alten. Das Phänomen des Restmagnetismus wird genutzt, um aus Stoffen mit hohem Restmagnetismus Permanentmagnete herzustellen. Materialien mit der Fähigkeit zur Remagnetisierung werden zur Herstellung von Kernen für elektrische Maschinen und Geräte verwendet.
Linke-Hand-Regel
Die Kraft, die auf einen Leiter mit Strom wirkt, hat eine Richtung, die durch die Regel der linken Hand bestimmt wird: Wenn die Handfläche der jungfräulichen Hand so angeordnet ist, dass die magnetischen Linien in sie eindringen und vier Finger gestreckt sind in Richtung des Stroms im Leiter zeigt der gebogene Daumen die Richtung der Kraft. Diese Kraft steht senkrecht zum Induktionsvektor und Strom.
Ein stromdurchflossener Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, gilt als Prototyp eines Elektromotors, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.
Regel der rechten Hand
Während der Bewegung des Leiters in einem Magnetfeld wird in ihm eine elektromotorische Kraft induziert, deren Wert proportional zur magnetischen Induktion, der Länge des beteiligten Leiters und der Geschwindigkeit seiner Bewegung ist. Diese Abhängigkeit wird elektromagnetische Induktion genannt. BeimUm die Richtung der induzierten EMF im Leiter zu bestimmen, wird die Rechte-Hand-Regel verwendet: Wenn die rechte Hand genauso positioniert ist wie im Beispiel von links, treten die magnetischen Linien in die Handfläche ein und der Daumen zeigt die Richtung an Bewegung des Leiters zeigen die ausgestreckten Finger die Richtung der induzierten EMF an. Ein Leiter, der sich unter dem Einfluss einer äußeren mechanischen Kraft in einem magnetischen Fluss bewegt, ist das einfachste Beispiel eines elektrischen Generators, in dem mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion kann anders formuliert werden: In einem geschlossenen Stromkreis wird eine EMF induziert, bei jeder Änderung des magnetischen Flusses, der von diesem Stromkreis abgedeckt wird, ist die EFE im Stromkreis numerisch gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses, der diesen Kreis abdeckt.
Dieses Formular liefert einen durchschnittlichen EMF-Indikator und gibt die Abhängigkeit der EMF nicht vom magnetischen Fluss, sondern von der Änderungsrate an.
Lenzsches Gesetz
Sie müssen sich auch an das Gesetz von Lenz erinnern: Der Strom, der durch eine Änderung des Magnetfelds induziert wird, fließt durch den Stromkreis, sein Magnetfeld verhindert diese Änderung. Wenn die Windungen der Spule von Magnetflüssen unterschiedlicher Größe durchdrungen werden, ist die auf der gesamten Spule induzierte EMF gleich der Summe der EMF in verschiedenen Windungen. Die Summe der magnetischen Flüsse verschiedener Windungen der Spule wird als Flussverkettung bezeichnet. Die Maßeinheit dieser Größe, wie auch des magnetischen Flusses, ist Weber.
Wenn sich der elektrische Strom im Stromkreis ändert, ändert sich auch der dadurch erzeugte magnetische Fluss. Gleichzeitig nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion im InnerenLeiter wird eine EMF induziert. Es tritt in Verbindung mit einer Stromänderung im Leiter auf, daher wird dieses Phänomen als Selbstinduktion bezeichnet, und die im Leiter induzierte EMF wird als Selbstinduktions-EMK bezeichnet.
Flussverknüpfung und magnetischer Fluss hängen nicht nur von der Stärke des Stroms ab, sondern auch von der Größe und Form eines bestimmten Leiters und der magnetischen Permeabilität der umgebenden Substanz.
Leiterinduktivität
Der Proportionalitätskoeffizient wird als Induktivität des Leiters bezeichnet. Es bezieht sich auf die Fähigkeit eines Leiters, eine Flussverbindung herzustellen, wenn Strom durch ihn fließt. Dies ist einer der Hauptparameter elektrischer Sch altungen. Für bestimmte Sch altungen ist die Induktivität eine Konstante. Sie hängt von der Größe der Kontur, ihrer Konfiguration und der magnetischen Permeabilität des Mediums ab. In diesem Fall spielt die Stromstärke im Stromkreis und der magnetische Fluss keine Rolle.
Die obigen Definitionen und Phänomene erklären, was ein Magnetfeld ist. Es werden auch die Haupteigenschaften des Magnetfelds angegeben, mit deren Hilfe es möglich ist, dieses Phänomen zu definieren.
