Основная характеристика магнитного поля: Основные параметры магнитного поля

Основные параметры магнитного поля

Параметры магнитного поля

 

 

 

Пространство, где проявляется действие магнитных сил. Графически магнитное поле изображается магнитными силовыми линиями направленными от северного полюса к южному.

Магнитное поле в проводниках с электрическим током

Если по проводнику протекает ток, то вокруг проводника создаётся магнитное поле направление которого определяется по правилу Буравчика.

Соленоид – проводник, свёрнутый в спираль.

Если по соленоиду протекает постоянный ток, то он ведёт себя как обыкновенный магнит, на его торцах образуется северный и южный полюс.

Намагничивающая сила соленоида прямо пропорционально ампер – витков.

Ф = К × I × W

Ф – намагничивание

В радиотехнике применяются соленоиды с сердечниками для увеличения интенсивности магнитного поля.

Ф = К × I × W × µ

µ – магнитная проницаемость

Параметры магнитного поля

Магнитная индукция ( В )

Магнитная индукция, характеризует интенсивность магнитного поля, численно определяемая величиной приложенной силы, с которой она действует на проводник длинной в 1 метр и при этом по проводнику протекает ток в 1А.

Размерность 1Тл (тесла)

Магнитный поток Ф

Количество силовых линий приходится на данную площадь

Ф = B × S     1Вб (Вебер)

Напряжённость магнитного поля (Н)

Н =

Σ × I l

Н – 1

A M

Н – это отношение полного тока пронизывающего данную поверхность к длине магнитной силовой линии.

Магнитная проницаемость (µ) – она показывает , во сколько раз магнитное поле в данном веществе больше или меньше проницаемости в вакууме.

µ (раз)

• µ > 1 – парамагнитные материалы
• µ – диамагнитные материалы
• µ >> 1 – ферромагнитные материалы

Намагничивание ферромагнитного материала

В ферромагнитном сердечнике находится малые по объёму домены, которые хаотично расположены по объёму сердечника, при наличии внешнего поля происходит внешняя переориентация доменов и интенсивность магнитного поля возрастает. Это явление видно по графику.

B = f(Н)

Из графика видно с увеличением Н растёт магнитная индукция.

При некотором значении Н, B наибольшая, наступает магнитное насыщение.

Перемагничивание ферромагнитного материала

Кривая 0,A,B

,C,D,F,E обозначает процесс перемагничивания ферромагнитного материала, из графика видно что между A и B имеется некоторое отставание, так называемый магнитный гистерезис.

В зависимости от вида петли гистерезиса, различают магнитные материалы.

Магнитомягкие материалы, – петля гистерезиса узкая магнитная индукция малой величины, такие материалы работают в качестве сердечников трансформаторов и дросселей в цепях переменного тока.

Магнитотвердые материалы – магнитная индукция значительной величины, из таких материалов выполняют постоянные магниты.

В радиотехнике применяют также ферриты с прямой петлёй гистерезиса.

Проводник с током в магнитном поле

Если по проводнику протекает ток, то вокруг него возникает магнитное поле которое взаимодействует с внешним магнитным полем. И в результате проводник какбы выталкивается из магнитного поля.

Такое явление применяется в электродвигателях, тестерах и т.д.

Электрон в магнитном поле (кинескопа)

Если электрон движется в магнитном поле то его собственное магнитное поле взаимодействует с магнитным полем отклоняющей системы (ОС) и в результате траектория электрона изменяется.

Магнитное поле – МАГНИТ СТАНДАРТ

Как известно, появление магнитных взаимодействий происходит за счет движения заряженных частиц. Стационарные магнитные поля возникают вокруг проводников с постоянным электрическим током.

В зависимости от направления, по которому движутся заряженные частицы, два проводника, расположенные в непосредственной близости, могут взаимно отталкиваться или притягиваться. Это обуславливается силами, которые создают возникающие магнитные поля.

Основные характеристики магнитного поля, используемые в системах СИ и СГС

Магнитное поле имеет следующие основные характеристики:

• Напряженность (H). Для измерения значения этой векторной величины в международной системе СИ используются амперы на метр (А/м). В системе «Сантиметр-Грамм-Секунда» для этого применяются Эрстеды (Э). Взаимосвязь выглядит следующим образом: 1 А/м = 4π/103 Э. 1 А/м ≈ 0,0125663 Э.
• Индукция (B). Для измерения значения этой векторной величины в международной системе СИ используются Теслы (Тл). В системе «Сантиметр-Грамм-Секунда» для этого применяются Гауссы (Гс). Взаимосвязь выглядит следующим образом: 1 Тл = 10000 Гс.

Магнитная индукция в системе «Сантиметр-Грамм-Секунда»

В системе СГС связь индукции и напряженности в присутствии магнитного материала определяется следующим соотношением:

B=H+4πI

В этой формуле I — магнитный момент единицы объема материала (намагниченность). В системе СГС для измерения этой величины используются Гауссы (Гс).

Индукция характеризует поле, возникающее в веществе. Напряженность определяет параметры внешних магнитных полей и магнитных полей в вакууме. Величина B также может использоваться для внешних магнитных полей.

В вакууме значения индукции и напряженности равны (по системе СГС).

Магнитная индукция в международной системе СИ

В системе СИ используется следующее соотношение:

B=µ0(H+I)

В этой формуле µ0 — магнитная проницаемость вакуума. µ0 = 4π*10-7 Гн/м.

Векторы индукции, намагниченности и напряженности

На рисунке 1 показаны векторы намагниченности, индукции и напряженности в постоянном магните при отсутствии внешнего поля.

Рисунок 1 — Намагниченность, индукция и напряженность в постоянном магните.

Напряженность — это поле, создаваемое самим магнитом. Вектор H направлен противоположно вектору I. Напряженность иначе называется размагничивающим полем.

Таблица характеристик магнитного поля

Характеристика СИ СГС Связь между СИ и СГС Напряженность (Н) А/м (ампер на метр) Э (Эрстед) 1 А/м = 4π/1000 Э 1 А/м ≈ 0,0125663 Э 1 Э ≈ 79,57 А/м Магнитный поток (Ф) Вб (Вебер) Гс*см2 (Максвелл) 1 Вб = 100000000 Гс*см2 Индукция (В) Тл (Тесла) Гс (Гаусс) 1 Т = 10000 Гс 1 Гс = 0,0001 Т Намагниченность (I) А/м (ампер на метр) Гс (Гаусс) 1 А/м = 0,001 Гс 1 Гс = 1000 А/м

Магнитный диполь

На рисунке 2 представлены силовые линии магнитного поля, которые создают магнитные диполи (рамки с током).

Рисунок 2 — Силовые линии магнитного диполя.

Постоянный магнит можно также рассматривать как рамку с током. Создаваемые в окружающем пространстве силовые линии идентичны.

Характеристики магнитной – Энциклопедия по машиностроению XXL

Листовая электротехническая сталь подразделяется по сортаменту главным образом по толщине), способу производства (холоднокатаный н горячекатаный лист), степени анизотропии, а также основным магнитным характеристикам (магнитная индукция и удельные потери) и степени легирования кремнием.  [c.548]

Магнитный момент частицы ц выступает как характеристика магнитных свойств частицы, определяющая взаимодействие ее с магнитным полем F = p,yS.  [c.341]

Какие характеристики магнитных материалов являются основными  [c.39]

Эффект магнитной обработки имеет сложную зависимость от различных факторов, таких, как время после обработки, скорость потока в межполюсном пространстве, характеристики магнитного поля и др. (рис. 43). В большинстве случаев, если во время магнитной обработки не происходит каких-либо необратимых процессов в системе, эффект  [c.187]

Магнитной индукцией называется силовая характеристика магнитного поля (величина векторная)  

[c.7]

Помимо значительно большей контрастности, описанный способ записи дефектов с перемагничиванием ленты имеет еще одно преимущество, которое заключается в том, что динамический диапазон амплитудной характеристики магнитной ленты расширяется более чем в 2 раза.  [c.50]

Характеристики магнитных материалов описываются той частью петли гистерезиса, которая лежит во втором квадранте.  [c.443]

Вопросу исследования магнитных свойств, в частности намагниченности насыщения и температуры Кюри, в наноструктурных материалах посвящен ряд исследований [57, 234, 256-260]. Эти характеристики магнитных материалов, в отличие от гистерезисных  

[c.154]

Независимо от конструктивных особенностей преобразователей, метода бесконтактного измерения и обработки полученной информации о магнитной величине в основу работы всех устройств положен единый физический принцип — наличие корреляционной связи между механическими свойствами листового материала и одной из его магнитных характеристик магнитной проницаемостью 1, коэрцитивной силой Не или остаточной индукцией Вг. Следовательно, любое устройство, осуществляющее измерение, преобразование и запись одной из ука-  [c.58]

Магнитол индукция. Основная характеристика магнитного поля – магнитная индукция В – наиболее наглядно может быть определена по механическому действию, которое испытывает электрический ток в магнитном поле.  [c.249]

Скоростная характеристика магнитно-грейферных кранов ничем не отличается от характеристик магнитных и грейферных кранов, приведённых в табл. 10 и 11.  [c.942]

В табл. 4—7 приведены характеристики магнитных свойств и удельные потери электротехнических тонколистовых сталей по ГОСТу 802-58. В обозначении марок сталей первая цифра (1, 2, 3 II 4) характеризует степень легирования кремнием 1 — слаболегированная,  [c.451]

ИЗЛУЧЕНИЕ электромагнитное [—процесс испускания электромагнитных волн, а также само переменное электромагнитное поле этих волн Вавилова — Черенкова возникает в веществе под действием гамма-излучения и проявляется Б свечении, связанном с движением свободных электронов видимое способно непосредственно вызывать зрительное ощущение в человеческом глазе при длине волн излучения от 770 до 380 нм вынужденное образуется в результате взаимодействия атомов вещества с полем при условии отдачи энергии атомов полю гамма-излучение — испускание волн возбужденных атомными ядрами при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях, а также при распаде частиц, аннигиляции пар частица — античастица и других процессах (при длине волн в вакууме менее 0,1 нм) инфракрасное испускается нагретыми телами при длине волн в вакууме от 1 мм до 770 нм (1 нм=10 м) оптическое (свет) характеризуется длиной волны в вакууме от 10 нм до 1 мм рентгеновское возникает при взаимодействии заряженных частиц и фотонов с атомами вещества и характеризуется длинами волн в вакууме от 10—100 нм до 0,01—1 пм ультрафиолетовое является оптическим с длиной волны в вакууме от 380 до 10 нм] ИНДУКТИВНОСТЬ [характеризует магнитные свойства электрической цепи с помощью коэффициента пропорциональности между силой электрического тока, текущего в контуре, и полным магнитным потоком, пронизывающим этот контур взаимная является характеристикой магнитной связи электрических цепей, определяемой для двух контуров коэффициентом пропорциональности между силой тока в одном контуре и создаваемым этим током магнитным потоком, пронизывающим другой контур] ИНДУКЦИЯ магнитная—силовая характеристика магнитного поля, определяемая векторной величиной, модуль которой равен отношению модуля силы, действующей со стороны магнитного поля на малый элемент проводника с электрическим током, к произведению силы тока на длину проводника, расположенного перпендикулярно вектору магнитной индукции  [c. 240]

Таблица 8.82. Технические характеристики магнитных дефектоскопов ( 49

Как известно, важнейшей характеристикой магнитного поля является векторная величина напряженности поля Я.  [c.39]

Улучшение гидравлических характеристик магнитных аппаратов посредством снижения суммарного коэффициента местных сопротивлений. Предпочтение отдается прямоточным конструкциям с обтекаемыми профилями рабочих зазоров и малой шероховатостью их стенок. Это позволяет повысить скорость жидкости в рабочих зазорах с 1—2 до 5—10 м/с.  [c.64]

Жидкость, кристалл и пар —самые привычные примеры разных фаз одного и того же вещества. Однако фазы не обязательно должны различаться между собой именно агрегатным состоянием. Хорошо известны две твердые фазы углерода — графит и алмаз. Они имеют разные кристаллические решетки и это обусловливает колоссальное различие их свойств. Фазы могут отличаться друг от друга и по своим магнитным характеристикам (магнитная и немагнитная фазы), и по электрической проводимости (нормальная и сверхпроводящая), и по другим свойствам.  [c.26]

Третья цифра – вид стали по основным нормируемым характеристикам магнитных свойств.  [c.702]

Дать качественную характеристику магнитных свойств исследуемого образца.  [c.166]

Характеристикой магнитного состояния вещества является намагниченность J, которая определяется как отношение магнитного момента М вещества к его объему V. При этом достижение максимально возможного для данного вещества значения намагниченности называется магнитным насыщением.  [c.97]

Графическое изображение зависимости намагниченности ферромагнетика от напряженности внешнего магнитного поля называется кривой намагничивания (рис. 33). Кривые намагничивания определяют характеристики магнитных материалов и служат для расчетов магнитных цепей электромагнитов, магнитных пускателей, реле и других электротехнических устройств и приборов.  [c.101]

Удельное электрическое сопротивление. Удельное электрическое сопротивление р, является электрической характеристикой магнитных материалов и позволяет определить потери на вихревые токи в материале.  [c.118]

Таблица 8.12. Характеристики магнитных порошков для материалов

Если единица какой-либо величины определяется через единицы величин, характеризующих электрическое или магнитное поле, то размер производной единицы будет зависеть от того, какая именно из величин (индукция или напряженность поля) входит в определение. Поскольку характеристики магнитного поля—напряженность и индукция—численно отличаются в 4л- 10 раз, то единицы некоторых величин (магнитный момент, интенсивность намагничивания, магнитная восприимчивость) в единицах СИ могут иметь два разных размера. Поэтому в литературе для единиц этих величин можно встретить переводные множители из различных систем в СИ, отличающиеся один от другого в 4я 10 раз.  [c.90]

Таблица 16.4. Характеристики магнитного состояния пермаллоев (ГОСТ 10160-75)

Напряженность магнитного поля Н — количественная характеристика магнитного поля, не зависящая от магнитных свойств среды и равная магнитной индукции, деленной на абсолютную магнитную проницаемость  [c.39]

Радиационно-магнитометрический комплекс РМК-2 устанавливается на спутниках Метеор второго и третьего поколений и предназначен для исследования потоков заряженных частиц и электромагнитного излучения, а также для определения характеристики магнитного поля Земли.  [c.186]

Типичные характеристики магнитных свойств ленты из сплавов  [c.264]

Для характеристики магнитного поля вводят понятие плотности магнитного поля, или магнитной индукции, Д = ФгЧ4, где А — площадь воздушного зазора в наиравлении, перпендикулярном потоку.  [c.302]

Для характеристики магнитных свойств веществ обычно используют удельную магнитную восприимчивость (т. е. магнитную восприимчивость на единицу массы) X = %vlp, где р — плотность вещества. Часто магнитную восприимчивость относят к одному молю вещества (Хт). Между величииами х и существует следующее соотношение Z[c.594]

Характеристики магнитного поля могут оказывать на эффект магнитной обработки различное влияние (см. рис. 43, в). При достаточно малом шаге напряженности магнитного поля наблюдается полиэкстре-мальная зависимость (кривая J), иногда с одним максимумом (кривая 2), а иногда с непрерывным увеличением эффекта магнитной обработки (кривая S), вследствие накопления каких-либо необратимых процессов.  [c.188]

Титан относится к парамагнитным металлам, магнитная восприимчивость его, по данным различных авторов, составляет при 20°С 3,2 1(7 см /г. Она повышается с возрастанием температуры от —200 до +800°С по линейному закону. Температурный коэффициент в этом интервале составляет 0,0012-10 см /(г-°С). В области а->- 3-превращения наблюдается резкое возрастание восприимчивости. Так же, как и другие физические характеристики, магнитная восприимчивость титана зависит от кристаллографической направленности. Максимум удельной магнитной восприимчивости наблюдается вдоль плоскости призмы параллельно оси с кристаллической решетки, минимум —параллельно плоскости базиса. Легирование а-фазы приводит, как правило, к снижению удельной магнитной восприимчивости. Однако температурная зависимость магнитной восприимчивости в этом случае может отклоняться от линейной. По величине этого отклонения и температурному интервалу, в котором оно происходит, можно судить об образовании интерметаллических соединений или их предвыделений.  [c.6]

Эта аналогия показывает неудачность наименований характеристик магнитного поля. Происхождение этих наименований, как мы говорили, обусловлено тем, что для определения магнитных величин основным служил закон Кулона для взаимодействия полюсов постоянных магнитов (7. 3).  [c.232]

После окончания войны были начаты интенсивные исследования ферромагнитных элементов. В первых работах было определено влияние геометрии и магнитных характеристик сердечников, различных видов обратной связи, характера нагрузки и других факторов на статические и динамические характеристики магнитных усилителей. Полученные результаты были положены в основу двух первых серий универсальных магритных усилителей общепромышленного назначения для частот питания 50 и 400—500 гц. В каждую серию вошли высокочувствительные реверсивные усилители с порогом чувствительности порядка вт, магнитные модуляторы с порогом чув-  [c.247]

Перспективны дальнейшие работы в области магнитоактивных жидкостей для уплотнительных устройств. Развивается магнитопорошковый метод смазки узлов сухого трения – метод непрерывной подачи магнитоактивного порошкообразного смазочного материала на поверхности деталей трения с помощью неоднородного магнитного поля в целях обеспечения длительной работоспособности механизмов в экстремальных условиях (высокие температуры, вакуум, радиация и т. д.). Перспективность метода определяется возможностью кардинального увеличения ресурса работы узлов сухого трения за счет непрерывного возобновления твердосмазочных пленок на деталях трения относительной простотой регулирования подачи смазочного материала за счет изменения характеристик магнитного поля в зоне подачи смазки повышением энергонагруженности механизмов вследствие снижения максимальных давлений в формирующейся развитой зоне кон-  [c.197]

В табл. 4. 4а,. 5 и 6 приведены характеристики магнитных свойств и удельные потери электротехнических листовых сталей по ГОСТ 802—54. В обозначении марок сталей первая цифра (1, 2, 3, 4) характеризует степень легирования кремнием 1 — слаболегированная, 2 — среднелегированная. 3 — повышеннолегированная. 4 — высоколегированная, Вторые цифры (1, 2, 3. 4., i, 6, 7, 8) характеризуют элмтромагнитные свойства стали. Третья цифра (о) обозначает, что сталь холоднокатанная, текстурованная.  [c.334]

II. При циклическом изменении магн. поля между крайними значениями Я и кривые М(Н) сначала несколько изменяются от цикла к циклу (см. Магнитная аккомодация), но постепенно становятся стабильными. Их наз. кривыми цикличного пе-ремагничивания или петлями гистерезиса лаз-нитного. При Hi = —Яд петля гистерезиса симметрична. в других случаях — асимметрична. Наиболее симметричная петля гистерезиса наз. предельной и является важной характеристикой магнитных материалов.  [c.242]

Третья цифра означает основную нормируемую характеристику магнитных свойств О — удельные магнитные потери при частоте тока 50 Гц и индукции 1,7 Тл (-Pi,7/5o, Вт/кг), также индукция при напряженности поля 100 АУм (5юо) 1 — удельные магнитные потери при частоте тока 50 Гц и индукции 1,0 и 1,5 Тл (например. Pi,5/50, Вт/кг), а также индукция при напряженности поля 2500 АУм (В2500) 2 — удельные магнитные потери при частоте тока 200-1000 Гц и более и индукции 0,75, 1,0 и 1, 5 Тл (например, Ро, 5/4оо, Вт/кг) 6 — магнитная индукция в слабых полях при напряженности поля 0,4 А/м (Во,4, Тл) 7 — магнитная индукция в средних полях при напряженности поля 10 А/м (Вю, Тл) 8 — коэрцитивная сила Не А/м.  [c.825]

Хямическиб состав я характеристики -магнитных свойств литых сплавов  [c.267]

---

Магнитное поле Юпитера оказалось в десять раз сильнее поля Земли

26 мая 2017

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Американское космического агентства НАСА в четверг опубликовало первые подробные снимки полюсов Юпитера, сделанные космическим зондом Юнона.

Магнитное поле Юпитера оказалось приблизительно в десять раз более сильным, чем магнитное поле Земли, а на полюсах планеты находятся гигантские циклоны размером с Землю, свидетельствуют данные, полученные учеными с космического зонда “Юнона”.

Американское космического агентство НАСА накануне опубликовало первые подробные снимки полюсов Юпитера, сделанные космическим зондом Юнона.

Снимки были сделаны еще в конце августа прошлого года, когда зонд приблизился на максимально близкое расстояние к Юпитеру. Однако фотографии ученые получили недавно.

Одной из главных таин Юпитера остаются гигантские циклоны и ураганы на полюсах планеты.

“Представьте множество ураганов, каждый из которых размером с Землю, и все они они находятся настолько близко, что задевают друг друга”, – предложил представитель НАСА Майк Джанссен.

“Мы озадачены тем, как они могли сформироваться, насколько стабильна эта конфигурация и почему северный полюс Юпитера не похож на южный. Нас интересует, насколько динамична эта система, и наблюдаемы ли мы только какую-то одну стадию, а через год, мы увидем, что картина поменялась”, – объяснил один из руководителей миссии “Юноны” Скотт Болтон из Юго-западного научно-исследовательского института США.

Еще одним неожиданным открытием для Болтона и его команды стала сила магнитного поля Юпитера.

Еще до полета “Юноны” было известно, что у Юпитера самое мощное магнитное поле среди всех планет Солнечной системы, а его магнитосфера – самая большая. Однако данные, переданные зондом, свидетельствуют, что магнитное поле Юпитера составляет 7,766 Гаусс, что в два раза мощнее, чем предполагали ученые, и приблизительно в десять раз сильнее, чем магнитное поле Земли.

Автор фото, NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Подпись к фото,

Ранее инфракрасная камера зонда зафиксировала полярное сияние на Южном полюсе планеты, которое не в состоянии видеть земные телескопы

Также оказалось, что магнитное поле Юпитера еще более неравномерно, чем предполагали ученые: в некоторых местах оно сильнее, в некоторых – значительно слабее.

Зонд “Юнона” был запущен в августе 2011 года и стал вторым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту Юпитера после “Галилео”, находившегося на орбите планеты с 1995 по 2003 год. В начале июля прошлого года зонд приблизился на максимально близкое расстояние к гигантской планете и вышел на стабильную орбиту вокруг нее.

Аппаратура на борту “Юноны” специально создана для исследования атмосферы Юпитера, его химического состава, температуры, движения и других свойств. Ученые рассчитывают получить, наконец, ответ на вопрос, имеет ли эта планета твердое ядро или же всё более плотная атмосфера простирается на всю глубину.

Стоимость программы оценивается в 1,1 млрд долларов.

Автор фото, NASA/SWRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran

Что мы знаем о Юпитере:

• Юпитер в 11 раз превышает по диаметру Землю, а его масса равна 300 земным
• Он обращается вокруг Солнца за 12 земных лет; его сутки длятся 10 часов
• По химическому составу Юпитер напоминает звезду – он состоит в основном из водорода и гелия
• Под высоким давлением водород приобретает свойства металла, в том числе электропроводность
• Металлизированный водород, вероятно, является источником сильного магнитного поля планеты
• Верхние слои облачного покрова планеты содержат аммиак и сероводород
• Видимые полосы в атмосфере планеты создаются ветрами, дующими с востока на запад
• Большое Красное Пятно – гигантская буря, видимые размеры которой вдвое превышают диаметр ЗемлиМагнитное поле Юпитера оказалось приблизительно в 10 раз более сильным, чем магнитное поле Земли, а на полюсах планеты находятся гигантские циклоны, размером с Землю, об этом свидетельствуют данные, полученные учеными с космического зонда «Юнона».

Основные характеристики магнитных полей | 1435mm.ru

Рассмотрим с позиций «Электромагнитной экологии» некоторые аспекты современного состояния проблемы «Воздействия электромагнитных излучений на окружающую среду и человеческий организм».

Прежде всего необходимо отметить иную, чем в прошлом веке, электромагнитную обстановку на рабочих местах персонала и в окружающей среде. Это обусловлено быстрым темпом появления новых источников ЭМП с иными видами модуляции и спектра излучаемых сигналов. При этом понятие «новое» к техническому устройству быстро становится вчерашним днем. Особенно наглядно это видно на примере систем мобильной связи, где за короткий период на рынок пришло третье поколение G3 и уже на подходе G4. Биологическое действие электромагнитных излучений (ЭМИ), создаваемых новыми источниками, до настоящего времени детально не изучено, хотя уже получены убедительные свидетельства отрицательного влияния на здоровье людей, например, мобильных телефонов. В Европе появились первые данные об отрицательном действии ЭМИ подвижной связи TETRA. В настоящее время практически во всем радиочастотном диапазоне происходит изменение технологии радиовещания.

Внедрение методов и средств цифровой обработки, хранения и передачи сообщений позволяет превратить радиовещание в систему информационного обслуживания, осуществляющую вещание аудио- и мультимедийных сообщений. При этом в радиовещательных системах информационного обслуживания существенно изменяется как спектр, так и занимаемая ими ширина полосы излучаемых сигналов. Существенно отличаются от прежних характеристики электромагнитных излучений новых радиолокационных станций. Научными исследованиями доказана существенная роль в биологическом воздействии таких характеристик электромагнитных волн (ЭМВ), как длительность и частота следования импульса, модуляция сигнала и т.д. В случаях воздействия ЭМИ малой интенсивности их роль в биологических эффектах становится определяющей.

Таким образом, очевидно, что действующие сегодня, например, предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМИ, нуждаются в уточнении и совершенствовании.

Поэтому обучение специалистов, особенно работающих на транспорте, электромагнитной и акустической экологиям особенно важно для обеспечения высокого уровня безопасности как на рабочих местах, так и в окружающей среде проживания населения.

Электромагнитное поле

Под электромагнитным полем (ЭМП) понимают особый вид материи, передающий взаимодействие между неподвижными или движущимися зарядами. ЭМП описывается тремя основными векторными характеристиками: напряженностью электрического поля, вектором магнитной индукции (напряженностью магнитного поля) и вектором плотности потока мощности.

Силовая характеристика электрического поля

Силовой характеристикой электрического поля (ЭП) является вектор, определяемый как сила, с которой электрическое июле действует на точечный положительный единичный заряд. Следовательно, между вектором и кулоновской силой, действующей на точечный заряд q, существует простая связь. .Заряд q должен быть достаточно малым, чтобы можно было пренебречь изменением распределения зарядов, создающих исследуемое поле. В системе СИ сила измеряется в ньютонах (Н), а заряд — в кулонах (К), поэтому вектор измеряется в вольтах на метр.

С вектором связан вектор электрического смещения.

Силовая характеристика магнитного поля

Сила, с которой электромагнитное поле воздействует на точечный электрический заряд, зависит не только от местоположения и величины заряда, но также от скорости его движения. Результирующую силу обычно раскладывают на две составляющие: электрическую и магнитную. Электрическая сила не зависит от движения заряда и определяется законом Кулона.

Здесь — вектор магнитной индукции, характеризующий силовое воздействие магнитного поля на движущийся заряд. Магнитная индукция численно равна силе, с которой магнитное поле действует на единичный точечный положительный заряд, движущийся с единичной скоростью перпендикулярно линиям вектора. Магнитная индукция измеряется в «веберах на квадратный метр» (Вб/м2).

Магнитное поле действует, конечно, не только на отдельные движущиеся заряды, но и на проводники, по которым течет электрический ток (представляющий совокупность движущихся зарядов в проводнике). Например, сила, с которой однородное магнитное поле действует на прямолинейный проводник длиной l с током, определяется экспериментально установленным законом Ампера.

Понимание характеристик магнитных силовых линий

Магнитные силовые линии создаются током, протекающим в электрической цепи. В отличие от тока, магнитные силовые линии рассматриваются не как движущиеся частицы, а как силовое поле, действующее в пространстве, подобное силе тяжести (см. , рис. 1, ).

Рис. 1. Магнитные силовые линии помогают объяснить магнетизм и взаимодействие электрона с магнитными полями.Изображение предоставлено Brilliant

Несмотря на то, что магнитные силовые линии мнимые, они важны для описания магнетизма и взаимодействия электронов с магнитными полями. Магнитные силовые линии – это воображаемые линии, которые представляют направление магнитного поля, когда мы движемся от одного полюса к другому.

Магнитные силовые линии можно сравнить с резиновыми лентами в том смысле, что они сжимаются при снятии магнитной силы и расширяются при увеличении магнитной силы. Магнитные силовые линии имеют следующие характеристики:

• Это непрерывные петли.

• Они отменяют друг друга при движении в противоположных направлениях.

• Они не пересекаются.

• Они склонны идти по пути наименьшего сопротивления.

Магнитные силовые линии образуют замкнутую петлю и являются непрерывными (см. Рисунок 2 ). Это означает, что одиночная магнитная силовая линия покидает северный полюс магнита, движется к южному полюсу и завершает петлю обратно к северному полюсу через магнитный материал.Это похоже на протекание тока в электрической цепи, где электроны, покидающие отрицательную клемму электрического источника, возвращаются к положительной клемме источника. Внутри электрического источника электроны перемещаются от положительного полюса к отрицательному. Ни магнитные силовые линии, ни электроны не исчезают.

Рис. 2. Магнитные силовые линии образуют замкнутую петлю и являются непрерывными.

Противоположные полюса магнитов притягиваются друг к другу, в то время как одинаковые полюса отталкиваются.Магнитные силовые линии более плотные на полюсах магнита.

Параллельные магнитные силовые линии, движущиеся в противоположных направлениях, нейтрализуют друг друга. Лучше всего это объяснить с помощью двух параллельных проводников с током. Магнитные поля, вызванные потоком электронов, проходят между проводниками в противоположных направлениях. Когда проводники поднесены достаточно близко, чтобы их поля могли взаимодействовать, магнитные силовые линии между проводниками нейтрализуют друг друга. Магнитные силовые линии, окружающие оба проводника, стягивают их вместе. Рисунок 4 ниже показывает диаграмму поля между двумя магнитами. Как видите, магнитные силовые линии, движущиеся в противоположных направлениях, нейтрализуют друг друга в средней точке и создают нейтральную точку, в которой общее магнитное поле равно нулю. Также обратите внимание, что магнитные силовые линии не пересекаются друг с другом.

Рисунок 4. Линии, идущие в противоположных направлениях, компенсируют друг друга. Изображение любезно предоставлено Revision Science

Примечание

Тот факт, что магниты всегда ориентируются в одном и том же направлении, когда они могут вращаться, показывает, что Земля также должна быть гигантским магнитом.В противном случае один и тот же полюс магнита не всегда будет ориентирован в одном направлении.

Магнитные силовые линии имеют тенденцию следовать по пути наименьшего сопротивления. Сопротивление (R) – это понятие, используемое при анализе магнитных цепей. Он должен указать, как данный магнитный путь противостоит магнитным силовым линиям. Сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально проницаемости и площади поперечного сечения материала, через который проходит поток. Единица сопротивления, не имеющая названия, выражается следующим уравнением:

\ [\ Re = \ frac {l} {A \ times \ mu} \]

где

\ (\ Re \) = сопротивление

\ (l \) = длина (в метрах)

\ (A \) = площадь поперечного сечения (в квадратных метрах)

\ (μ \) = проницаемость

Можно сказать, что магнитные силовые линии обладают упругостью. Структура силовых линий магнитного поля изменяется, когда проводник проходит через них, и возвращается к своей первоначальной форме, когда проводник проходит.

Силовые магнитные линии могут быть опасны для некоторого оборудования. Один из методов экранирования состоит в том, чтобы воспользоваться преимуществом того факта, что магнитные силовые линии имеют тенденцию идти по пути наименьшего сопротивления. Этот принцип часто используется для защиты часовых механизмов. Механизм часов защищен от намагничивания благодаря тому, что он заключен в материал с низким сопротивлением, который позволяет магнитному полю обходить часовой механизм.

Фарадей разработал визуальную модель магнитного поля. Он предположил, что движение магнита или электрического заряда нарушает магнитные силовые линии, окружающие магнит или заряд. Он пришел к выводу, что этот эффект распространяется с определенной скоростью. В 1864 году Джеймс Клерк Максвелл, шотландский физик, опубликовал свою математическую теорию, согласно которой изменения в этих полях можно рассматривать как волновое движение и движение со скоростью света (300 × 10 ⁶ м / с). Максвелл также пришел к выводу, что свет – это электромагнитная волна, и все такие волны состоят из роста и коллапса электрического и магнитного полей, расположенных под прямым углом друг к другу.Концентрические магнитные силовые линии могут перемещаться по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от направления потока электронов через проводник.

Магнитное поле Земли: определение и характеристики

Магнитное поле Земли

Магнитное поле, окружающее Землю

Магнитное поле Земли – это магнитное поле, которое исходит из ядра Земли и окружает Землю.Его можно рассматривать как своего рода силовое поле, которое охватывает Землю и защищает нашу планету от солнечного излучения. Без магнитного поля космические лучи и радиация проникли бы на нашу планету, а форма солнечного излучения от Солнца, называемая солнечным ветром , снесла бы атмосферу Земли, уничтожив большинство форм жизни на нашей планете. Знаменитое “северное сияние” вызвано отклонением смертоносных космических лучей магнитным полем Земли. Это «силовое поле» или магнитосфера, окружающая нашу планету, простирается на несколько тысяч километров в космос вокруг Земли.

Мы можем представить Землю как один большой геомагнит с северным и южным полюсами. Северный полюс и южный полюс находятся относительно близко к верху и низу планеты, поэтому иногда мы называем арктический регион Северным полюсом, а область возле Антарктиды – Южным полюсом. Силовые линии магнитного поля простираются от обоих полюсов в космос, создавая магнитосферу вокруг Земли (см. Фото). Еще один интересный факт о магнитном поле Земли заключается в том, что оно наклонено под углом 10 градусов к оси Земли.

Почему у Земли есть магнитное поле?

Мы узнали, что у Земли есть магнитное поле, которое ее окружает и действует как своего рода силовое поле, которое защищает нас от космического излучения и солнечного ветра. Но почему у Земли есть магнитное поле? Что вызывает это?

Ядро Земли состоит из различных металлов, в основном железа и никеля, а также других тяжелых металлов, таких как золото, платина и уран. Так является ли магнитное поле Земли результатом присутствия металлов в ее ядре? Хотя большинство металлов обладают магнитными свойствами, в ходе наших исследований магнетизма мы также узнали, что при чрезвычайно высоких температурах, например, в случае ядра Земли, металлы теряют свои магнитные свойства.Так что же тогда вызывает магнитные поля Земли?

Магнитное поле Земли является результатом так называемого динамо-эффекта . Эффект динамо – это когда вращающийся электрический ток создает магнитное поле. Текущий расплавленный металл в ядре Земли генерирует электрический ток. А поскольку Земля вращается, это создает магнитное поле. Следовательно, ни текучего металла, ни вращения, ни магнитного поля. Считается, что именно это случилось с Марсом. Марс, будучи скалистой планетой, имеет металлическое ядро, как Земля, и, как Земля, он вращается вокруг своей оси.Однако на Марсе нет расплавленного металла, который создавал бы электрический ток. Поэтому ученые считают, что Марс без магнитного поля, защищающего его от солнечного ветра, потерял большую часть своей атмосферы из-за того, что солнечный ветер разорвал его.

Магнитное поле Земли меняется

Еще один действительно интересный аспект магнитного поля Земли заключается в том, что оно меняется каждые 100 000 – 250 000 лет или около того! Это означает, что то, что было северным полюсом (арктический регион), становится южным полюсом, а то, что было южным полюсом (антарктический регион), становится северным полюсом.Однако в последний раз магнитное поле Земли перевернулось около 780 000 лет назад, а это значит, что это явление давно отстает от своего обычного графика и может произойти в ближайшее время! Более того, недавно ученые обнаружили, что магнитное поле Земли ослабевает, теряя 5% своей силы каждые 10 лет. Ученые до сих пор не уверены, почему, но некоторые предположили, что это могло произойти из-за того, что магнитное поле Земли готово измениться.

Краткое содержание урока

Магнитное поле Земли – это магнитное поле, которое исходит из ядра Земли и окружает Землю.Магнитное поле Земли вызвано динамо-эффектом , созданием магнитного поля из-за движущегося электрического тока. Текущий расплавленный металл в ядре Земли создает электрический ток, и при вращении Земли это создает эффект динамо, который дает нам наше магнитное поле. Наше магнитное поле защищает нас от вредного космического излучения и солнечного ветра , который препятствует существованию на нашей планете такой жизни, какой мы ее знаем. Вдобавок магнитное поле уменьшается, что может быть связано с тем, что магнитное поле Земли меняется каждые сотни тысяч лет.

Постоянные магниты: характеристики и сила

Спин электрона

Предполагается, что магнитные свойства возникают из-за того, что все электроны магнита вращаются в одном направлении.

Стрелки обозначают спин электрона

Постоянные магниты могут временно намагничивать железо. Когда кусок железа приближается к постоянному магниту, его электроны выравниваются с магнитным полем постоянного магнита.Сила наведенного магнитного железа не такая сильная, как у постоянного магнита, и быстро ослабевает, когда находится вне поля постоянного магнита.

Магнитная сила

Вы когда-нибудь замечали, что эти хрупкие магниты, которые удерживают бумагу в холодильнике, не могут удерживать несколько бумаг? Магнитные поля могут проникать сквозь объекты, но с увеличением расстояния поле ослабевает. Если вы уроните очень сильный магнит и слабый магнит на дюйм от холодильника, сильный магнит сдвинется в сторону и прикрепится к холодильнику.Слабый магнит встретит пол. Есть несколько факторов, определяющих силу постоянных магнитов.

Во-первых, не все материалы являются магнитными. Алюминий и нержавеющая сталь не ощущают силы притяжения для постоянного магнита. Материал, из которого сделаны магниты, является фактором их прочности. Магниты из неодима-железа-бора (NIB) изготавливаются путем плавления этих трех элементов и последующего охлаждения жидкости в сильном магнитном поле.

Размер магнита обычно влияет на его силу.Чем больше магнит, тем он сильнее. Исключение составляют небольшие магниты NIB, которые чрезвычайно сильны для своего небольшого размера.

NIB магниты

Форма магнита также влияет на его силу в различных местах магнита. Концы стержневого магнита сильнее, чем стороны магнита. Причина в том, что чем более концентрировано магнитное поле, тем оно сильнее.

Магниты-подковы сильнее на концах, что видно по большему скоплению там железных опилок.

Давайте возьмем два одинаковых магнита и придадим им две разные формы. Первый магнит будет расширен на концах, а другой будет иметь форму цилиндра с заостренным концом. Острый магнит будет эффективнее на остром конце, даже если они оба по-прежнему сохраняют свою чистую магнитную силу.

Размагничивание

Постоянные магниты на самом деле не постоянные в том смысле, что они всегда будут магнитными, что бы с ними ни случилось. Коричневатые полосы на обратной стороне банковских карт и кредитных карт представляют собой магнитные полосы. Если на эти карты воздействовать достаточно сильным магнитом, они размагнитятся. Клерку придется вручную ввести номер вашей кредитной карты в автомат вместо того, чтобы считывать ее. Нагревание магнита, удары по нему, воздействие на него обратного магнитного поля или просто длительный промежуток времени могут снизить силу магнита.На самом деле старые магниты за время своей жизни поглотили много тепла.

Краткое содержание урока

Постоянные магниты являются магнитными, потому что все электроны в их атомах ориентированы в одном направлении. Их силовые линии магнитного поля выходят в трехмерном пространстве, начиная с северного конца и заканчивая южным концом.

Сила магнитов зависит от:

1. материала, контактирующего с магнитом. Не все металлы привлекают магниты, такие как алюминий и нержавеющая сталь.
2. Материал, из которого он сделан. Магниты NIB сильнее железных магнитов.
3. Размер магнита. Магниты большего размера сильнее магнитов меньшего размера.
4. Форма магнита. Магниты сильнее, когда они сконцентрированы в более мелкие формы.

Постоянные магниты можно размагнитить , если их нагреть, забить молотком или поместить в обратное магнитное поле. Длительные промежутки времени также могут привести к потере силы магнита.

1

Характеристики сверхпроводящих магнитов

Характеристики сверхпроводящих магнитов

Наиболее выдающейся особенностью сверхпроводящего магнита является его способность поддерживать очень высокую плотность тока с исчезающе малым сопротивление.Эта характеристика позволяет создавать магниты, которые генерируют интенсивные магнитные поля с небольшими электрическими сигналами или без них. входная мощность. Эта особенность также позволяет создавать крутые градиенты магнитного поля при таких интенсивных полях, что использование ферромагнитных материалы для формирования поля ограничены в эффективности. Поскольку плотности тока велики, сверхпроводящие магнитные системы довольно удобны. компактны и занимают мало места в лаборатории.

Еще одна особенность сверхпроводящих магнитов – стабильность магнитного поля в постоянном режиме работы.В упорном режим работы, постоянная времени L / R чрезвычайно велика, и магнит может работать в течение нескольких дней или даже месяцев при почти постоянной поле, очень важная функция, когда усреднение сигнала должно выполняться в течение длительного периода времени.

Небольшие сверхпроводящие магниты часто используются для достижения напряженности поля, стабильности или профилей, которые недостижимы с помощью альтернативные магниты или потому, что их стоимость меньше, чем стоимость обычных магнитов, предлагающих сравнимые или худшие характеристики.В больших магнитах часто делается компромисс в пользу сверхпроводящих магнитов из-за относительной стоимости энергии для управляя магнитами. Компромисс в цене становится более выгодным для сверхпроводящих магнитов по мере увеличения периода эксплуатации.

Магнитное поле с напряженностью 1 Тесла или меньше, не требуя требований к стабильности, часто лучше генерировать с помощью медные змеевики с водяным охлаждением с железом или без него.

Материалы и характеристики

Большинство сверхпроводящих магнитов намотаны с использованием проводников, состоящих из множества тонких нитей ниобий-титанового (NbTi) сплава. встроен в медную матрицу.Эти проводники в значительной степени заменили проводники с одиночной нитью, поскольку их магнитное поле больше легко проникает в тонкие волокна, что приводит к большей стабильности и меньшему диамагнетизму. Следовательно, линейность магнитного поле и ток магнита значительно улучшаются. Еще одно преимущество этих проводников – более высокая скорость, с которой магнит может Для большинства магнитов лабораторного размера зарядка и разрядка обычно занимает несколько минут.

Хотя большинство магнитов намотаны многожильными ниобий-титановыми проводниками, некоторые из них имеют многожильные, проводники ниобий-олово (Nb ₃ Sn), а некоторые – с одиночными нитями из ниобия-титана. Nb ₃ Sn-проводники используются, когда поле, испытываемое проводником, превышает примерно 9 тесла (90 килогаусс). Типичные магниты этого типа намотаны комбинация обмоток из NbTi в области слабого поля и обмоток из Nb ₃ Sn в области сильного поля. Поскольку многожильный Nb ₃ Sn – дорогое, хрупкое и трудно наматываемое изделие, эти магниты стоят больше, чем магниты из NbTi.

Однонитевые NbTi-магниты предпочтительны там, где обычно важна стабильность магнитного поля в течение длительного периода времени. в измерениях ядерного магнитного резонанса.С этим материалом может быть получена лучшая работа в постоянном режиме, а поскольку поле остается постоянным в течение длительного времени, дополнительное время, необходимое для зарядки магнита, не имеет значения.

Во время закалки магнит генерирует высокое внутреннее напряжение и локально повышенные температуры. Это вызывает электрические и механические напряжения в обмотках. Последствия закалки зависят от конструкции магнита и его вспомогательного оборудования.Постоянный ущерб к магниту может произойти. Нормальная работа магнита при указанной температуре и магнитных полях, равных или меньших Ожидается, что номинальное поле не приведет к повреждению магнита, и гарантия, охватывающая этот тип операции, сопровождает каждый магнит.

Ниобий-титановые магниты иногда работают при температурах ниже нормальной температуры кипения жидкого гелия (4,2 К) для достижения еще более высокие поля.Как правило, соленоид 8 Тесла достигает 9,5-10 Тесла при работе на 2K. Магниты AMI рассчитаны на их производительность при 4,2К. Поля, достижимые при более низких температурах, гарантируются только в том случае, если магнит рассчитан на более низкие температуры. операция. Некоторое улучшение характеристик также может быть достигнуто за счет снижения температуры магнитов Nb ₃ Sn, но увеличение поля не так значительно, как в магнитах из NbTi. При работе при пониженных температурах и более высоких полях энергия в магните можно увеличить на 50% и более.Следовательно, магнит может быть непоправимо поврежден, если произойдет закалка и магнит недостаточно защищен. Этот тип операции не следует предпринимать, не проконсультировавшись с производителем магнита, который вы может сделать вашу гарантию недействительной.

Напряженность магнитного поля

Недостаточное указание интенсивности и однородности магнитного поля, используемого в ваших экспериментах, может серьезно повлиять на ваш эксперимент. Результаты.Однако завышение этих параметров может значительно увеличить затраты.

Экономический компромисс достигается в магнитах, в которых поле, испытываемое обмотками, превышает примерно 9 Тесла, что составляет максимальное поле, при котором сверхпроводящие сплавы NbTi можно удобно использовать, при 4,2 К. При этом могут быть достигнуты более высокие поля. температура с использованием проводов Nb ₃ Sn, но увеличение стоимости заслуживает особого внимания. Магнит 10 Тесла работает в 4.2К значительно дороже, чем магнит 9 Тесла того же размера.

Характеристики однородности

Различные производители однородных магнитов приняли разные стандарты для определения однородности своих магнитов. Большинство производители указывают однородность в терминах ширины резонансного сигнала на половине высоты сигнала.

AMI использует более консервативный подход, который измеряет магнитное поле в различных точках указанного однородного объема с использованием образец ЯМР небольшого объема.Следовательно, будут обнаружены небольшие отклонения в любой точке объема. Используя образец ЯМР, равный однородный объем не обязательно обнаруживает такие малые отклонения.

Если участок образца, занимающий 10% указанного объема, пять раз находился в поле, имеющем максимальную неоднородность больше указанного, вероятно, эта неоднородность не будет замечена. Причина в том, что площадь под этой частью кривая составляет всего 10% от общей площади, а ширина резонансной линии в пять раз больше.Следовательно, эта неоднородная области приводит к длинному мелкому хвосту на основе резонансного сигнала.

Стоимость однородности может вводить в заблуждение. Однородности ± 0,1% в сферическом объеме диаметром один сантиметр (DSV) являются рутина. Однородность ± 0,001% в одном и том же объеме требует больших магнитов и значительно больших усилий при их создании. Еще более однородные магниты требуют использования отдельно запитываемых сверхпроводящих катушек или подстроечных катушек при комнатной температуре.Эти катушки может довольно быстро увеличить стоимость. Внутренний диаметр магнита приблизительно соответствует диаметру однородной области. указано.

Постоянные переключатели

Постоянные переключатели предусмотрены на многих магнитах для повышения их стабильности в течение длительных периодов времени или для уменьшения скорости выкипание гелия, связанное с непрерывной подачей тока на магнит.

Постоянный переключатель состоит из короткого участка сверхпроводящего провода, подключенного к входным клеммам магнита и встроенный нагреватель, используемый для перевода провода в резистивное нормальное состояние.Когда нагреватель включен и провод резистивный, на выводах магнита может быть установлено напряжение, и на магнит может подаваться напряжение. После подачи питания нагреватель включается. при выключенном состоянии провод становится сверхпроводящим, и дальнейшие изменения тока магнита невозможны. В этом постоянном режиме работы внешний источник питания может быть отключен, чтобы уменьшить подвод тепла к гелиевой ванне, и ток будет продолжать циркулировать через магнит и постоянный переключатель.

Выключатели постоянного тока устанавливаются на магнит и становятся его неотъемлемой частью. Это необходимо, поскольку необходимо соблюдать особую осторожность. необходимо учитывать при выполнении соединений между переключателем и выводами магнита. Для типичного выключателя электронагреватель в постоянном Переключатель имеет номинальное сопротивление 60 Ом и требует тока 35 мА для перевода сверхпроводника в резистивное состояние. Сверхпроводящий провод обычно имеет сопротивление от 15 до 20 Ом в нормальном состоянии.

Стандартный постоянный переключатель AMI имеет высоту 1,25 дюйма и максимальный внешний диаметр 1,0 дюйма.

Характеристики и классификация магнитных материалов

1. Характеристики магнитных материалов:

Магнитные материалы в основном делятся на постоянные магнитные материалы и магнитомягкие материалы. Постоянные магнитные материалы также называют твердыми магнитными материалами. Магнит может сохранять свой сильный магнетизм в течение длительного времени после приложения внешнего магнитного поля, и он имеет характеристику высокой коэрцитивной силы (Hc).Магнитомягкие материалы – это магнитные материалы, которые легко намагничиваются и размагничиваются после приложения магнитного поля. Обычно он имеет небольшую коэрцитивную силу с Hc≤1000A / м.

2. Четыре основных магнитных свойства материалов постоянных магнитов:

(1) Продукт с высокой максимальной магнитной энергией: Максимальное произведение магнитной энергии (BH) Max – это мера максимальной плотности хранимой и доступной магнитной энергии на единицу объема материал постоянного магнита.

(2) Высокая коэрцитивность: Коэрцитивная сила (Hc) – это измерение постоянного магнетизма постоянных магнитных материалов.

(3) Высокая остаточная плотность магнитного потока (Br): Остаточная намагниченность (Mr) – это мера силы магнитного поля в воздушном зазоре.

(4) Высокая стабильность: Высокая стабильность внешнего магнитного поля, температуры, вибрации и других факторов окружающей среды.

3. Основные характеристики магнитомягких материалов:

(1) Низкая коэрцитивная сила (Hc): показывает, что магнитный материал легко намагничивается внешним магнитным полем и легко размагничивается внешним магнитным полем или другие факторы. Кроме того, магнитные потери низкие.

(2) Высокая плотность магнитного потока насыщения (Bs): легко получить высокую проницаемость µ и низкую коэрцитивную силу Hc, а также можно улучшить плотность магнитного потока.

(3) Низкие магнитные и электрические потери: требуется низкая коэрцитивная сила Hc и высокое удельное сопротивление.

(4) Высокая стабильность: Обладает высокой устойчивостью к изменениям факторов окружающей среды, таких как температура и вибрация.

3.1: Магнитные поля – рабочая сила LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Характеристики магнитных силовых линий
   1. Магнитные силовые линии имеют направление
   2. Магнитные силовые линии всегда образуют полные петли
   3. Магнитные силовые линии всегда образуют плотные петли
   4. Магнитные силовые линии отталкиваются друг от друга
   5. Магнитные линии силы никогда не пересекаются, но всегда должны образовывать отдельные петли
   6. Магнитные силовые линии могут легче проходить через материал, который может быть намагничен
   7. Нет изоляции от магнитных силовых линий
   8. Выравнивание атомов

Если магнит висит в воздухе, он всегда будет вращаться и совмещаться с северным и южным полюсами Земли. На двух концах, называемых магнитными полюсами, сила наибольшая.

Между двумя полюсами создается силовое магнитное поле. Вы можете думать об этом как о невидимых силовых линиях, движущихся от одного полюса к другому. Магнитные линии (силовые линии) непрерывны и всегда образуют петли. Эти невидимые линии можно увидеть, если посыпать железными опилками лист бумаги, помещенный над стержневым магнитом (рис. \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Магнитные силовые линии (CC BY-NC-SA; Промышленный учебный центр Британской Колумбии)

Характеристики магнитных силовых линий

Магниты имеют определенные правила, регулирующие их работу.

Магнитные силовые линии имеют направление

Эти линии непрерывны и проходят от северного полюса к южному полюсу магнита (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Направление линии магнитного потока (CC BY-NC-SA; Управление промышленного обучения Британской Колумбии)

Магнитные силовые линии всегда образуют полные петли

Линии не начинаются и не заканчиваются на полюсах, а проходят через магнит, образуя полные петли. Если бы вы разрезали магнит пополам, вы могли бы наблюдать магнитное поле между двумя частями магнита (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Магнитные петли (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Магнитные силовые линии всегда образуют плотные петли

Это правило объясняет идею привлечения. Линии магнитного потока стремятся втянуться как можно ближе к магниту, как резиновые ленты. Они также стараются сконцентрироваться на каждом полюсе. Если вы поместите два разных полюса вместе, они попытаются превратиться в один большой магнит и сократить силовые линии (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Магнитное притяжение (CC BY-NC-SA; Управление промышленного обучения Британской Колумбии)

Магнитные силовые линии отталкиваются друг от друга

Если магнитные силовые линии действуют как резиновые ленты, почему они не сжимаются в центре? Причина в том, что они отталкивают друг друга.Вернитесь к Рисунку 3; обратите внимание, что линии имеют тенденцию расходиться по мере удаления от полюсов, а не сходятся или даже остаются параллельными. Это результат их взаимного отталкивания.

Магнитные силовые линии никогда не пересекаются, но всегда должны образовывать отдельные петли

Этот эффект объясняется взаимным отталкиванием каждой магнитной линии. Это объясняет, почему одинаковые полюса отталкиваются друг от друга. Если линии не могут пересекать друг друга, они должны оказывать силу друг против друга. Если бы вы могли видеть силовые линии, они бы выглядели как на диаграмме (Рисунок \ (\ PageIndex {5} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Отталкивание (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Магнитные силовые линии могут легче проходить через намагничиваемый материал

Магнитные силовые линии будут искажаться, чтобы кусок железа попал в поле. Это превратит утюг во временный магнит. Тогда противоположные полюса двух магнитов будут притягиваться друг к другу и пытаться сократить силовые линии. Это объясняет притяжение немагнитных ферромагнитных объектов (Рисунок \ (\ PageIndex {6} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Легко намагничиваемое железо (CC BY-NC-SA; Управление промышленного обучения Британской Колумбии)

Отсутствует изоляция от силовых магнитных линий

Все силовые линии магнитного поля должны заканчиваться на противоположном полюсе, что означает, что их невозможно остановить. Природа должна найти способ вернуть силовые линии магнитного поля к противоположному полюсу. Однако магнитные поля можно перенаправить вокруг объектов. Это форма магнитного экранирования. Окружая объект материалом, который может «проводить» магнитный поток лучше, чем окружающие его материалы, магнитное поле будет стремиться течь вдоль этого материала и избегать предметов внутри.Это позволяет линиям поля заканчиваться на противоположных полюсах, но просто дает им другой маршрут (рисунок \ (\ PageIndex {7} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Магнитное экранирование (CC BY-NC-SA; Промышленный центр обучения Британской Колумбии)

Выравнивание атомов

Если вы возьмете постоянный магнит и разрежете его пополам, у вас будет два постоянных магнита, каждый с северным и южным полюсами. Если вы продолжите разрезать каждую пополам, у вас будет больше магнитов. Это говорит о том, что если бы вы могли разрезать прямо до атома, это также был бы идеальный постоянный магнит.

Эту теорию можно распространить и на немагнитный материал. Каждый из атомов представляет собой магнит, но все они направлены в разные стороны. Если вы можете получить достаточно атомов, указывающих в одном направлении, у вас будет магнит. Все, что вам нужно сделать, это подставить кусок металла под магнитные линии, и атомы выровняются.

Эти атомы имеют тенденцию формироваться в группы, называемые доменами. Когда домен становится достаточно большим, весь кусок металла становится доменом и проявляет силу. Когда все атомы выровнены, кусок становится насыщенным и не может стать сильнее.

Характеристики датчика магнитного поля со структурой концентрирующе-проводящего магнитного потока

2.1. Базовая структура

а показывает базовую структуру предлагаемой концентрирующей проводящей структуры магнитного потока (CCMFS). CCMFS с L-образной структурой разделен на три части, то есть часть-1, часть-2 и часть-3, которые характеризуются постепенно уменьшающейся площадью поперечного сечения. Поверхности импорта и экспорта магнитного потока называются поверхностными. A и поверхность-A ‘, внешний магнитный поток собирался на поверхности-A и затем перенаправлялся на поверхность-A’.Как видно на a, длины поверхности A и поверхности A ‘обозначены как l и l ‘, а ширина поверхности A и поверхности A ‘принята как w и w . ‘ соответственно. Базовая структура предлагаемого датчика магнитного поля показана на рисунке b и состоит из кремниевого изолятора (КНИ) Холла, CCMFS и печатной платы с металлическими электродами. КНИ элемент Холла с магниточувствительным слоем, двумя управляющими токовыми электродами ( В _DD , В _SS ) и двумя выходными датчиками Холла ( В _h2 , В _h3 ) был используется как магниточувствительный блок. Используя технологию CMOS, два чувствительных элемента (H-1, H-2) изготавливаются симметрично на одном и том же кристалле. Путем наклеивания чипа на печатную плату CCMFS был закреплен над магниточувствительным слоем элемента Холла с поверхностью-A, перпендикулярной поверхности чипа, и поверхностью-A ’, параллельной поверхности чипа.

Базовый состав датчика магнитного поля: ( a ) CCMFS; ( b ) датчик магнитного поля с элементом Холла и CCMFS.

2.2. Теоретический анализ CCMFS

Как показано на a, когда CCMFS помещается в однородное магнитное поле в направлении оси x , перпендикулярном поверхности-A, магнитный поток будет концентрироваться и расширяться к пику в части-1. , измените направление проводимости в части-2 и уменьшите в части-3.Тогда магнитный поток вдоль оси x появится на поверхности-A ‘как магнитный поток вдоль оси z , где плотность магнитного потока ( B ) вдоль нечувствительной оси преобразуется в плотность магнитного потока ( B ‘) вдоль чувствительной оси элемента Холла с помощью CCMFS. Для достижения баланса между усилением магнитного поля и эффективностью направления была оптимизирована конструкция CCMFS, в которой разумный рабочий диапазон CCMFS определяется как значение внешней плотности магнитного потока от 0 Тл до плотности магнитного потока насыщения магнитомягких материалов. материалы.

В условиях вакуума, исходя из определения плотности магнитного потока [11], уравнение B может быть записано как:

где H ₀ – напряженность внешнего однородного магнитного поля и магнитная проницаемость вакуума μ ₀ = 4π × 10 ⁻⁷ N / A ² .

Когда CCMFS с высокой магнитной проницаемостью помещается во внешнее однородное магнитное поле, магнитный поток может притягиваться и собираться, что приводит к концентрации внешнего магнитного потока через CCMFS на поверхности-A и представляет собой преобразованное значение плотности магнитного потока B ‘на поверхности-А’.Согласно международным единицам [11], сумма B ‘, H ‘ и намагниченности M (векторные дипольные моменты на единицу объема) соответствует следующему соотношению:

На основании определения намагниченности [ 15] соотношение M и объемной магнитной восприимчивости x _v дается как:

где xv = μr − 1, а μ _r – относительная проницаемость.

Согласно определению относительной проницаемости [11], μ _r может быть задано следующим образом:

где μ – проницаемость, т.е.е., соотношение B и H в любой точке петли гистерезиса материала.

На основе уравнений (2) – (4) B ‘на поверхности-A’ может быть выражено как:

B ‘= μ0 · (H ′ + M) = μ0 · (H ′ + xvH ′) = μ0 · (1 + xv) · H ′

(5)

Когда CCMFS намагничен, внутренний CCMFS будет генерировать размагничивающий компонент H _d , обратный H ₀ [ 11,16]. H ‘представляет собой сумму H ₀ и H _d и отображается следующим образом:

Для этого CCMFS соотношение между H _d и M может быть выражено как:

где N _k – коэффициент размагничивания [9,16].Путем вычисления H ‘можно представить как:

N _k определяется как:

Nk = w′l′L2 (ln4Lw ′ + l′ − 1), (Nk> 0)

( 9)

где L – длина проводящего пути [9,11,17]. На внутреннее магнитное поле CCMFS влияет N _k , в зависимости от структуры объекта. Кроме того, мы определили A _m как коэффициент проводимости и усиления магнитного поля. В соответствии с приведенным выше анализом, можно дать относительное уравнение между B и B ‘:

Из уравнений (2) – (10) A _м выражается как:

Am = B′B = μ0 · (1 + xv) · H′μ0H0 = μr1 + Nk (μr − 1)

(11)

Из уравнения (11) видно, что A _м является относительным согласно N _k и μ _r , поэтому необходимо улучшить производительность CCMFS путем оптимизации структуры.Основываясь на приведенном выше анализе, можно правильно отрегулировать направление магнитного потока и эффективно проводить магнитный поток, используя CCMFS во время процесса модуляции. Это важно для изучения принципа действия предлагаемого датчика магнитного поля.

2.3. Принцип работы датчика магнитного поля

Чтобы четко наблюдать за электронным транспортом и анализировать принцип работы датчика магнитного поля, дает увеличенное изображение элемента Холла и CCMFS при различных коэффициентах увеличения. В идеальных условиях может быть получено одинаковое значение для В _h2 и В _h3 , потому что на транспортировку электроники элемента Холла не влияет сила Лоренца без внешнего магнитного поля, как показано на рис. b показывает отклонение электроники, активируемое силой Лоренца при приложении внешнего магнитного поля B вдоль чувствительной оси ( z -ось) элемента Холла. В это время выходное напряжение В _H определяется как разница между В _h2 и В _h3 .На основе эффекта Холла [18] выражения V _H и B _z могут быть даны при источнике постоянного напряжения:

VH = f′H (LH, θ) · μn · VDD · Bz

(12)

где θ – угол Холла, μ _n – подвижность электронов в магниточувствительном слое, В _DD – напряжение питания, f′H (LH, θ) – геометрический структурный фактор.

Принцип работы датчика магнитного поля (элемент Холла и CCMFS соответствующим образом увеличены при разных коэффициентах масштабирования): ( a ) B = 0 T; ( b ) B _z ≠ 0 T; ( c ) B _x ≠ 0 T.

Как видно на c, датчик Холла, считывающий компонент магнитного поля вдоль нечувствительной оси ( x -ось), приводит к разнице потенциалов между двумя выходными датчиками Холла из-за влияния CCMFS на B _x . Согласно уравнению (10) и системе координат в c, относительное уравнение B _z ‘и B _x может быть выражено:

Подставляя уравнение (13) в уравнение (12), выражение между V _H и B _x показано как:

VH = f′H (LH, θ) · μn · VDD · Bz ′ = f′H (LH, θ) · μn · VDD · Bx · Am

(14)

На основании определения чувствительности [17], магнитная чувствительность S _x вдоль нечувствительной оси ( x -ось) датчика магнитного поля равна определяется как выходное напряжение Холла В _H на единицу магнитного поля B _x и записывается следующим образом:

Sx = VHBx = f′H (LH, θ) · μn · VDD · Am

( 15)

С точки зрения анализа, можно добиться обнаружения магнитного поля вдоль нечувствительной оси с помощью CCMFS.