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. 38). 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 поступательное движение буравчика / (рис. 39, а) совместить с направлением тока 2 в проводнике 3, то вращение его рукоятки укажет направление силовых линий 4 маг­нитного поля вокруг проводника. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас за плоскость листа книги (рис. 39, б), то магнитное поле, возникающее вокруг этого про­водника, направлено по часовой стрелке. Если ток по проводнику проходит по направлению от плоскости листа книги к нам, 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, где г — расстояние от рассматриваемой точки до оси проводника.

Максимальная напряженность Я,,_|ах имеет место на внешней поверхности проводника / (рис. 40). Внутри проводника также

возникает магнитное поле, но напряженность его линейно умень­шается по направлению от внешней поверхности к оси (кривая 2). 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. 41, а), мапштные 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. 41,6) и их силовые линии 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, обтекаемой током, имеет такую же форму, как и поле прямолинейного постоянного магнита (см. рис. 35, 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 или замкнутый маг-нитопровод (рис. 42). Полярность конца катушки электромагнита можно определить, 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.

Полярность электромагнита можно определить и с помощью пра­вой руки. Для этого руку надо положить ладонью на катушку (рис. 43) и совместить четыре пальца с направлением в ней тока, при этом отогнутый большой палец покажет направление магнитного поля