Магнитное поле проводника с током и способы его усиления

Магнитное поле проводника с током. При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает магнитное поле (рис. 41). Магнитные силовые линии этого поля располагаются по кон­центрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током.

Направление магнитного поля вокруг проводника с током всегда находится в строгом соответствии с направлением тока, проходящего по проводнику. Направление магнитных силовых линий можно опре­делить по правилу буравчика. Его формулируют следующим образом. Если мысленно ввинчивать буравчик 1 (рис. 42, а) в провод 8 по направ­лению тока 2, то направление вращения его рукоятки будет совпадать с направлением силовых линий 4 поля. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас, за плоскость листа книги (рис. 42, б), то магнитное поле, возникающее вокруг этого проводника, направлено по часовой стрелке. Если ток по проводнику проходит по направлению от плоскости листа книги к вам (см. рис. 42, б), то маг­нитное поле вокруг проводника направлено против часовой стрелки. Чем больше ток проходящий по проводнику, тем сильнее возникаю­щее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.

По мере удаления от проводника магнитные силовые линии рас­полагаются реже. Следовательно, индукция магнитного поля и его напряженность уменьшаются. Напряженность магнитного поля в пространстве, окружающем проводник,

Н = I/(2πr),

где r — расстояние рассматриваемой точки от оси провода.

Максимальная напряженность Н_мах имеет место на внешней по­верхности проводника 1 (рис. 43). Внутри проводника также возни­кает магнитное поле, но напряженность его линейно уменьшается по направлению от внешней поверхности к оси. Магнитная индукция поля вокруг и внутри проводника изменяется таким же образом, как и напряженность.

Способы усиления магнитных полей. Для получения сильных маг­нитных полей при небольших токах обычно увеличивают число про­водников с током и выполняют их в виде ряда витков; такое устрой­ство называют обмоткой или катушкой.

При проводнике, согнутом в виде витка (рис. 44), магнитные по­ля, образованные всеми участками этого проводника, будут внутри витка иметь одинаковое направление. Поэтому интенсивность магнит­ного поля внутри витка будет больше, чем вокруг прямолинейного проводника. При объединении витков в катушку магнитные поля, со­зданные отдельными витками, складываются (рис. 45) и их силовые линим соединяются в общий магнит­ный поток. При этом концентра­ция силовых линий внутри катуш­ки возрастает, т. е. магнитное по­ле внутри нее усиливается. Чем больше ток, проходящий через катушку, и чем больше в ней вит­ков, тем сильнее создаваемое катушкой магнитное поле. Магнит­ное поле снаружи катушки также складывается из магнитных полей отдельных витков, однако магнит­ные силовые линии располагают­ся не так густо, вследствие чего интенсивность магнитного поля там не столь велика, как внутри катушки. Магнитное поле катушки, обтекаемей током, имеет та­кую же форму, как и поле пря­молинейного постоянного магнита (см. рис. 38, а): силовые магнит­ные линии выходят из одного кон­ца катушки и входят в другой ее конец. Поэтому катушка, обтекаемая током, представляет собой искусственный электрический маг­нит. Обычно для усиления магнит­ного поля внутрь катушки встав­ляют стальной сердечник; такое устройство называется электромагнитом.

Электромагниты нашли чрез­вычайно широкое применение в технике. Они создают магнитное поле, необходимое для работы электрических машин, а также электродинамические усилия, тре­буемые для работы различных электроизмерительных приборов и электрических аппаратов.

Электромагниты могут иметь разомкнутый. (ри. 46, а) или зам­кнутый (рис. 46, б) магнитопровод. Полярность конца катушки элек­тромагнита можно определить так же, как и полярность постоянного магнита при помощи магнитной стрелки. К северному полюсу она поворачивается южным концом. Для определения направления магнитного поля, создаваемого витком или катушкой, можно использовать также правило бурав­чика. Если совместить направление вращения рукоятки с направлением тока в витке или катушке, то поступательное движение бу­равчика укажет направление магнитного поля.