ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

В проводниках при наличии электрического тока, помимо электрического поля, возникает так называемое магнитное поле, воздействующее на движущиеся электрические заряды. В этом магнитном поле между проводниками происходит взаимодействие, возникают притягивающие (при одинаковом направлении электрического тока в проводниках) и отталкивающие (при противоположном направлении тока в проводниках) силы. Силовой характеристикой магнитного поля является векторная величина, называемая индукцией. Единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл). 1 Тл — это индукция магнитного поля, которое действует на заряд в один кулон (1 Кл), движущийся со скоростью 1 м/с перпендикулярно вектору индукции, с поперечной силой. Направление вектора индукции В находят по «правилу буравчика», а именно при движении электрического заряда в направлении завинчивания буравчика, когда его рукоятка направлена вдоль радиуса-вектора (по направлению магнитной силы), направление вектора индукции В совпадает с направлением вращения буравчика. Магнитное поле имеет свою напряженность Н, которая характеризуется вектором, совпадающим по направлению с вектором индукции В магнитного поля. Единицей напряженности служит ампер на метр (А/м). Магнитное поле изображается в виде силовых линий, представляющих собой концентрические окружности вокруг прямолинейно движущегося заряда. Касательные к силовой линии в каждой ее точке совпадают с направлением вектора индукции магнитного поля.

Магнитное поле, кроме того, характеризуется магнитным потоком, единицей которого является вебер (Вб). 1 Вб — это магнитный поток, проходящий через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 1 Тл (1 Вб = 1 Тл • м2). Если в магнитное поле поместить проводник с током, то на него начнет действовать сила, которая является суммарной силой воздействия на все электроны. Направление этой силы определяется «правилом левой руки»: при направлении вектора индукции В в ладонь при движении тока вдоль пальцев большой палец показывает направление силы, с которой магнитное поле действует на проводник. Если же в магнитное поле поместить прямоугольную рамку с током, то силы, действующие на участки рамки, создают вращающий момент. Это свойство рамки используется в электродвигателях, преобразующих электрическую энергию в механическую. В этих машинах рамки укладывают в пазах якоря, набранного из пластин листовой стали, а начала и концы рамок припаивают к изолированным друг от друга пластинам медного коллектора, расположенного по краю якоря. С помощью угольных щеток, упирающихся в коллекторные пластины, рамки соединяются с внешней электрической цепью.

Якорь вращается в магнитном' поле, создаваемом током, протекающим в обмотке возбуждения, намотанной на сердечник, закрепленной на корпусе электродвигателя (статоре). Если обмотка возбуждения соединена последовательно с якорем, то у такого, электродвигателя будет большой пусковой момент, но при изменении нагрузки меняется частота вращения якоря. Если же обмотка возбуждения включена с якорем параллельно, то частота вращения якоря не зависит от нагрузки, но может плавно изменяться при изменении силы тока с помощью реостата. Свойство вращения рамки в магнитном поле может быть использовано в электроизмерительных приборах. Так, в амперметре вращающий момент рамки при пропуске тока уравновешивается моментом противодействия спиральных пружин, и по углу закручивания пружин. При помещении катушки с током железных сердечников магнитная система моля даже возрастают. Магнитной цепью на совокупность электротехнических устройств, предназначенных для создания магнитных полей нужной конфигурации и интенсивности. Примером наиболее простой магнитной цепи служат обмотка трансформатора и магнитные усилители. Более сложная магнитная цепь применена в электроизмерительных приборах и электродвигателях. В XIX веке М. Фарадей обнаружил, что при пересечении проводником магнитного поля в проводнике возникает электрический ток.

Это явление было названо электромагнитной индукцией, а ЭДС этого тока получила название ЭДС индукции. Если же в контуре, образованном проводниками, течет электрический ток, то, изменяя силу тока реостатом, можно вызывать изменение индукции магнитного поля и тем самым изменение магнитного потока. В этом случае контур оказывается в изменяющемся магнитном потоке, в нем возникает ЭДС индукции, вызванная изменением силы тока, которая называется ЭДС самоиндукции. В соленоиде (катушке с сердечником) изменяется ток, магнитный поток которого, пронизывая соленоид, вызывает ЭДС самоиндукции.