Całkowite obecne prawo dla pola magnetycznego: wzory i definicja

Znany wielu tematom "Elektrotechnika" zawiera w swoim programie szereg fundamentalnych praw, które określają zasady fizycznego oddziaływania pola magnetycznego. Rozszerzają swoje działanie na różne elementy urządzeń elektrycznych, a także na ich struktury i środowiska. Fizyka zachodzących w nich procesów dotyczy tak podstawowych pojęć jak przepływy elektryczności i pól. Prawo prądu całkowitego określa związek między ruchem ładunków elektrycznych a wytworzonym przez niego polem magnetycznym (a dokładniej jego natężeniem). Współczesna nauka twierdzi, że jej zastosowanie rozciąga się na prawie wszystkie środowiska.

Istota prawa

Rozważane prawo, mające zastosowanie w obwodach magnetycznych, określa następującą relację ilościową między jego składnikami. Cyrkulacja wektora pola magnetycznego w zamkniętej pętli jest proporcjonalna do sumy przepływających przez nią prądów. Aby zrozumieć fizyczne znaczenie prawa prądu całkowitego, będziesz musiał zapoznać się z graficzną reprezentacją opisanych przez nie procesów.

Z rysunku widać, że wokół dwóch przewodów, przez które przepływają prądy I1 i I2, tworzy się pole ograniczone konturem L. Przedstawia się ją jako wyobrażoną w myślach postać zamkniętą, której płaszczyznę przenikają przewodniki z poruszającymi się ładunkami. W prostych słowach prawo to można wyrazić w następujący sposób. W obecności kilku strumieni energii elektrycznej przez wyimaginowaną powierzchnię pokrytą konturem L, w jej obrębie powstaje pole magnetyczne o określonym rozkładzie natężenia.

Dla dodatniego kierunku ruchu wektora, zgodnie z prawem dla konturu obwodu magnetycznego, wybierany jest ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara. Jest również wizualizowany.

Taka definicja pola wirowego tworzonego przez prądy zakłada, że ​​kierunek każdego z prądów może być dowolny.

Na przykład! Wprowadzoną strukturę pola i opisującą ją aparaturę należy odróżnić od cyrkulacji wektora elektrostatycznego „E”, który przy omijaniu konturu jest zawsze zerowy. W konsekwencji takie pole odnosi się do potencjalnych struktur. Cyrkulacja wektora "B" pola magnetycznego nigdy nie jest zerowa. Dlatego nazywa się to „wirem”.

Podstawowe koncepcje

Zgodnie z rozważanym prawem do obliczania pól magnetycznych stosuje się następujące uproszczone podejście. Całkowity prąd jest reprezentowany jako suma kilku składowych przepływających przez powierzchnię pokrytą zamkniętą pętlą L. Obliczenia teoretyczne można przedstawić w następujący sposób:

1. Całkowity strumień elektryczny przenikający przez kontury Σ I jest sumą wektorów I1 i I2.
2. W rozważanym przykładzie formuła służy do jej wyznaczenia:
   ΣI = I1-I2 (minus przed drugim członem oznacza, że ​​kierunki prądów są przeciwne).
3. Te z kolei wyznaczane są zgodnie z dobrze znanym prawem (regułą) w elektrotechnice gimbal.

Siła pola magnetycznego wzdłuż konturu jest obliczana na podstawie obliczeń uzyskanych przy użyciu specjalnych technik. Aby go znaleźć, będziesz musiał scałkować ten parametr przez L, korzystając z równania Maxwella, przedstawionego w jednej z postaci.Można go również zastosować w postaci różniczkowej, ale to nieco skomplikuje obliczenia.

Uproszczone podejście integralne

Jeśli użyjemy reprezentacji różniczkowej, bardzo trudno będzie wyrazić prawo prądu całkowitego w uproszczonej formie (w tym przypadku należy wprowadzić do niego dodatkowe składowe). Dodajemy do tego, że magnetyczne pole wirowe wytworzone przez prądy poruszające się w obrębie konturu, określa się w tym przypadku biorąc pod uwagę prąd przesunięcia, który zależy od szybkości zmian elektrycznych wprowadzenie.

Dlatego w praktyce najbardziej popularne w SOE jest przedstawienie wzorów na prądy całkowite w postaci sumowania mikroskopijnie małych odcinków obwodu z utworzonymi w nich polami wirowymi. Podejście to obejmuje zastosowanie równania Maxwella w postaci całkowej. W jego wykonaniu kontur podzielony jest na małe odcinki, w pierwszym przybliżeniu uważane za prostoliniowe (zgodnie z prawem zakłada się, że pole magnetyczne jest jednorodne). Wielkość tę, oznaczoną jako Um dla jednego dyskretnego odcinka o długości ΔL pola magnetycznego działającego w próżni, wyznacza się w następujący sposób:

Um = HL * ΔL

Całkowite naprężenie wzdłuż całego konturu L, przedstawione w skrócie w postaci integralnej, określa następujący wzór:

UL = Σ HL * ΔL.

Całkowite obecne prawo dla próżni

W swojej ostatecznej postaci, sporządzonej zgodnie ze wszystkimi zasadami integracji, tak wygląda całościowe obecne prawo. Obieg wektora „B” w zamkniętej pętli można przedstawić jako iloczyn stałej magnetycznej m dla sumy prądów:

Całka z B przez dL = całka z B przez dL = m Σ W

gdzie n jest całkowitą liczbą przewodników z prądami wielokierunkowymi, pokrytych urojonym obwodem L o dowolnym kształcie.

Każdy prąd jest liczony w tym wzorze tyle razy, ile jest całkowicie pokryty przez ten obwód.

Na ostateczną postać otrzymanych obliczeń dla całkowitego prawa prądowego duży wpływ ma środowisko, w którym działa indukowana siła (pole) elektromagnetyczne.

Wpływ środowiska

Rozważane stosunki dla prawa prądów i pól działających nie w próżni, ale w ośrodku magnetycznym, przybierają nieco inną formę. W tym przypadku, oprócz głównych składowych prądu, wprowadzono pojęcie mikroskopijnych prądów powstających na przykład w magnesie lub w dowolnym podobnym materiale.

Wymagany stosunek wynika w całości z twierdzenia o wektorze obiegu indukcji magnetycznej B. W uproszczeniu wyraża się to w następującej formie. Całkowita wartość wektora B podczas całkowania wzdłuż wybranego konturu jest równa sumie pokrytych przez niego makroprądów pomnożonej przez współczynnik stałej magnetycznej.

W rezultacie wzór na „B” w substancji jest określony przez wyrażenie:

Całka z B przez dL = całka z B przez dL = m(i+i1)

gdzie: dL jest elementem dyskretnym obwodu skierowanym po jego obejściu, Bl jest składową w kierunku stycznej w dowolnym punkcie, bI i I1 są prądem przewodzenia i prądem mikroskopijnym (cząsteczkowym).

Jeżeli pole działa w ośrodku składającym się z dowolnych materiałów, należy wziąć pod uwagę mikroskopijne prądy charakterystyczne dla tych struktur.

Obliczenia te są również prawdziwe dla pola wytworzonego w solenoidzie lub w jakimkolwiek innym ośrodku o skończonej przenikalności magnetycznej.

Na przykład

W najbardziej kompletnym i wszechstronnym systemie pomiarowym CGS, natężenie pola magnetycznego jest przedstawiane w oerstedach (E). W innym obowiązującym systemie (SI) jest on wyrażony w amperach na metr (A/metr). Dziś oersted jest stopniowo zastępowany wygodniejszą jednostką - amper na metr. Przy tłumaczeniu wyników pomiarów lub obliczeń z SI na CGS stosuje się następujący stosunek:

1 E = 1000 / (4π) A / m ≈ 79,5775 Amper / metr.

W końcowej części przeglądu zauważamy, że bez względu na to, jakie sformułowanie prawa prądów całkowitych zostanie użyte, jego istota pozostaje niezmieniona. Jego własnymi słowami można to przedstawić następująco: wyraża związek między prądami przepływającymi przez dany obwód a polami magnetycznymi wytworzonymi w substancji.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na temat artykułu:

Powiązane materiały:

• Co to jest pole elektryczne
• Zależność rezystancji przewodnika od temperatury
• Największe odkrycia Nikoli Tesli