Магнитное поле
Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.
Природа магнетизма
Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.
Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой — на ЮГ.
Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.
Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.
Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец — южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм «Южный парк», он же Сауз (South) парк).
Магнитные линии и магнитный поток
Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.
Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.
Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии — они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.
Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов
Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание
Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.
- Магнитные линии не поддаются гравитации.
- Никогда не пересекаются между собой.
- Всегда образуют замкнутые петли.
- Имеют определенное направление с севера на юг.
- Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
- Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.
Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.
Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке «а» или на рисунке «б»?
Видим, что на рисунке «а» мало силовых магнитных линий, а на рисунке «б» их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке «б» больше, чем на рисунке «а».
В физике формула магнитного потока записывается как
Ф — магнитный поток, Вебер
В — плотность магнитного потока, Тесла
а — угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах
S — площадь, через которую проходит магнитный поток, м 2
Что же такое 1 Вебер? Один вебер — это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м 2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.
Напряженность магнитного поля
Формула напряженности
Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: «напряженность между ними все росла и росла». То есть по сути напряженность — это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой
H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр
B — плотность магнитного потока, Тесла
μ0 — магнитная постоянная = 4π × 10 -7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10 -6 Генри/метр.
Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.
μ — это относительная магнитная проницаемость.
У разных веществ она разная
Напряженность магнитного поля проводника с током
Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.
Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой
H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр
I — сила тока, текущая через проводник, Ампер
r — расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр
Магнитное поле проводника с током
Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.
Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.
Ввинчиваем по часовой стрелке — саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.
Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам — кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.
Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?
Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.
Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.
Соленоид
А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.
Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.
Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.
Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.
Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала — феррита.
Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС — электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог — МДС — магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.
I — это сила тока в катушке, Амперы
N — количество витков катушки, штуки)
Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.
Похожие статьи по теме «магнитное поле»
Источник
Магнитный двигатель. Реальность против Иллюзии
Предыстория.
Итак, что мы имеем на сегодняшний день.
По запросу в поисковике, на тему «рабочий магнитный двигатель», выдается чуть меньше одного миллиона страниц. О чем это говорит? Скорее всего, это говорит о том, что только в России сотни тысяч человек смогли создать прототип, проверить его, испытать… Или?
Тут сам по себе навалился вопрос. Почему все знают, как сделать магнитный двигатель, а мы до сих пор заливаем бензин в наши авто, до сих пор вкладываем огромные деньги в развитие и поддержание атомных и гидроэлектростанций. Почему, все покупают дизельный электрогенератор на дачу, если есть магнитная альтернатива? Почему?
Я задавался этим вопросом долго, и каждый раз получал один и тот же ответ. Магнитный двигатель не выгоден нефтедобывающим корпорациям, производителям двигателей внутреннего сгорания, управляющим компаниям на электростанциях и т.д. Логично и понятно.
Магнитный двигатель, по мнению миллиона человек в России — есть, он очень прост, а главное, кроме как смазки для подшипников ничего не требует.Но, бдительные нефтяники «отстреливают всех, кто их изготавливает»)))
В интернете, да по знакомым, я нашел как минимум с пол сотни чертежей. Все они однотипные по принципу работу.
Сама расстановка магнитов, угол, размер и т.д. зависит от воображения создателя чертежа.
Все гениальное – просто!
Купил неодимовые магниты. Специально выбирал помощнее, чтоб уж запустить, так запустить. Теория магнитного поля более менее понятно. То есть, есть «Север», есть «Юг». «Север» притягивает «Юг», «Юг» отталкивает «Юг»
Я решил собрать опытный образец по принципу «Юг» отталкивает «Юг».
Итак, по материалу для сборки у меня получилось так:
1. Неодимовые магниты 20 шт. (Усилие на отрыв до 3,0 кг.)
3. Медная проволока (для экранирования «Севера», точнее снижения мощности. Полное экранирование не возможно.
4. Клей (и на всякий случай двух сторонний скотч)
5. Крепеж для магнитов
► Начал все с чертежа. Предварительно оценив силу магнита, решил, что при такой мощности хватит 8 штук на диск.
► Распечатал чертеж, вырезал, наклеил на диск, перенес с помощью канцелярского ножа рисунок непосредственно на диск.
► Изготовил медные скобы (для попытки минимизировать притяжение с противоположного полюса)
Каркас собран.
Но, к подшипнику крепить я его уже не стал. Конечно от досады и разочарования я навесил диск на карандаш и попробовал покрутить магнитом с целью привести в действие двигатель, НО, это уже было как бы для успокоения мозга.
Доклеив последний магнит, мне вдруг подсознание сказало: «Ну-ну… думаешь самый умный?»
За какую то доле секунду я понял, что двигатель не будет работать, даже не попробовав. Не только у меня, а вообще у всех, кто пытается его собрать по принципу толкать (или тянуть) с помощью магнитного поля.
Я это осознал так же ясно, как и то, что человек не может ходить по поверхности воды (хотя из далека кажется, что почему бы и нет))).
Бывают такие моменты в жизни – озарения. Когда вдруг становится понятно. Это, то самое «понятно», когда уже проверять не нужно.
Соответственно я выдрал магниты (потому что прикольные), конструкцию в мусорное ведро и пошел спать.
Утром, уже следующего дня, я сделал зарисовку взаимодействия двух магнитов, что бы ответить на вопрос, почему, мы до сих пор не можем перейти на магнитную тягу.)
Описание взаимодействия
1. На рисунке показано взаимодействие магнитных полей. При взаимодействии «Юга» с «Югом», магниты отталкиваются, но при этом, «Юг» притягивает «Север».
Простой эксперимент. Если взять два магнита, по магниту в каждую руку и направить их друг к другу одним зарядом, то создается отталкивающий эффект. Но при этом, каким бы сильным отталкивающий эффект не казался, магниты одновременно притягивают друг друга разными полюсами. В подтверждение этого говорит тот факт, что если отпустить один из магнитов, то он не улетит под действием отталкивающей силы, а мгновенно перевернется противоположным полюсом и прилипнет к магниту, который остался не подвижен в другой руке.
2. Как бы мы магниты не расставляли, взаимодействие между ними всегда происходит по обоим полюсам. «Юг» толкает, а «Север» в этот момент притягивает. Оба полюса по своей природе равнозначны, а само поле является одним целым. Поэтому, если так можно выразится КПД равен нулю.
А что если предположить, что при наличии однополярного магнита можно запустить двигатель.
Возможен ли однополярный магнит? С одной стороны многие утверждают, что это тоже самое, что палка с одним концом.
С другой стороны, по подсказке приятеля, нашел несколько статей на эту тему. Точнее есть вот такая новость:
——
Исследователи из Имперского Колледжа Лондон получили структуру, которая работает как однополюсный магнит, совершив подвиг, который не удавался ученым в течение многих десятилетий. Исследователи говорят, что их новое исследование, опубликованное в Nature Physics, делает их ближе к изоляции ‘магнитного монополя.’
——
Где его можно купить я не нашел. Но сделал «теоретический» рисунок. То есть как бы взаимодействовали два однополярных магнита в двигателе.
3. На картинке видно, что если мы построим двигатель на однополярных магнитах, по тому же принципу, то он так же не сможет крутится.
Получается это потому, что, для того чтобы магниты оттолкнулись друг от друга и продолжали это делать, каждый раз при сближении, во время вращения, магнит должен преодолеть сопротивление / торможение равнозначное по силе толчка.
Конечно я не утверждаю, что все написанное — истина, но на мой взгляд, магнитный двигатель по описанному принципу не возможен.
Комментарий от ЦАИ Око Планеты:
Центр аномальных исследований ОКО ПЛАНЕТЫ — приглашает читателей принять участие в его работе.
В задачи группы входит:
1) Сбор информации;
2) Анализ информации;
3) Написание тематических статей;
Для активного участия в группе присылайте свои заявки в ПС Landgraf или Sarkey а также на почту anomalya@oko-planet.su
Интересные фото, видео материалы а также ссылки, присылайте кураторам группы.
Источник: s-13.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник