Теорія 5

Принцип дії електровимірювальних приладів. Гучномовець

Орієнтуючу дію маг­нітного поля на контур зі струмом використовують в електровимірюваль­них приладах магнітоелектричної системи -  амперметрах і вольтметрах.

Принцип дії приладів електромагнітної системи заснований на ефекті втягування залізного сердечника в котушку зі струмом. Такий прилад скла­дається з нерухомої котушки зі струмом, залізної пластинки, що обертаєть­ся на осі, на якій укріплена пружина, що утримує пластинку, й стрілки.

Під час проходження котушкою електричного струму залізна плас­тинка втягується в котушку, повертається на своїй осі й обертає стрілку.

Електромагнітні прилади менш точні, ніж магнітоелектричні, проте простіші за конструкцією й придатні для вимірювання як постійного, так і змінного струму.

Принцип дії приладів електродинамічної системи – це взаємодія про­відників зі струмом. Такий прилад складається з двох котушок у вигляді рамок, підвішених на загальній осі, одна - нерухомо, інша - на підшипниках. Обидві рамки зв'язані двома пружинами, по яких до рамок підводиться струм. Під час проходження струму рухома рамка по­вертається на осі тим сильніше, чим більшою є сила струму, й при­кріплена до осі стрілка дає показання на нерухомій шкалі.

Обидва ці магнітні поля, додаючись, створюють результуюче магнітне поле атома. Природно припустити існування двох типів атомів:

•  які мають елементарне магнітне поле незалежно від існування зовнішнього магнітного поля;

• у яких це елементарне поле відсутнє, тобто орбітальні й власні поля компенсуються.

Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка й рамка зі струмом у магнітному полі поводяться однаково. Стрілку можна розглядати як сукупність маленьких контурів зі струмом, орієнтованих однаково.

‚Магнітна проникність речовини. Через котушки - одну довгу (не­рухому), іншу коротку (підвішену) пропускаємо струм. На деякій відстані їхня взаємодія не є помітною. Всередину довгої котушки вво­дять сталевий стрижень. Коротка котушка притягнеться до неї. Якщо ввести мідний або алюмінієвий стрижень, то магнітна взаємодія злег­ка зміниться, але на даному досліді це виявити дуже важко.

Цей дослід дозволяє ввести поняття про магнітну проникність речовини.

Магнітна індукція усередині котушки зі струмом без сердечника дорівнює В0. У стрижні створюється додаткове магнітне поле з магнітною індукцією В1 . Результуюча магнітна індукція в стрижні В=В0+В1.

Для стрижнів із різних речовин (нікель, кобальт тощо) додаткова магнітна індукція неоднакова, отже, їхні магнітні властивості різні. Тому можна ввести фізичну величину, яка характеризує ці властивості.

Відношення μ=В/В0, що характеризує магнітні властивості середовища, дістало назву магнітної проникності середовища.

Отже, в однорідному середовищі магнітна індукція В=μВ0, де μ - магнітна проникність даного середовища.

         Парамагнетики й діамагнетики. Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна розділити на дві групи:

• парамагнетики, для яких μ більша за  одиницю (μ>І);

• діамагнетики, для яких μ трохи менша за одиницю (μ<І).

Наприклад, вольфрам (μ>1,000175), кисень (μ=1,000017), ебоніт (μ=1,000014);   вісмут   (μ=0,999824),   мідь    (μ= 0,999912) ,   вода (μ = 0,999991).

Відповідно до різних значень μ речовини по-різному поводяться в магнітному полі. Магнітна індукція поля за наявності парамагнетика перевищує магнітну індукцію поля без парамагнетика. Посилення маг­нітного поля парамагнетиком можна пояснити тим, що збуджуване в парамагнетику поле за напрямом збігається із зовнішнім полем, підсилюючи його.

Діамагнетики в разі внесення їх у магнітне поле, навпаки, послаб­люють це поле. Це послаблення можна пояснити виникненням у діамаг­нетику внутрішнього магнітного поля, напрямленого проти зовнішньо­го магнітного поля.

Відмінність у намагнічені парамагнетиків і діамагнетиків якісно легко виявити, спостерігаючи поводження речовин у сильному магніт­ному полі.

Явище діамагнетизму було відкрито М. Фарадеєм в 1845р.          

 Феромагнетики  зазвичай, виділяють в окремий клас речовин із ряду  причин:

•       їхня магнітна проникність μ>>1;

•      складним чином залежить від магнітної індукції поля, яке намагнічує;

•             феромагнітні властивості виявляються не в окремих атомах, а в кристалах у цілому;

•             за деякої певної для даного феромагнетику температури його феромагнітні  властивості зникають.

Феромагнетиками є дев'ять хімічних елементів (Ферум, Кобальт, Ніколь та ін.), деякі сплави й хімічні сполуки.

Магнітна проникність феромагнетиків є непостійною. Вона залежить від вектора магнітної індукції. У разі виключення зовнішнього магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, тобто створює магнітне поле в навколишньому просторі.

Впорядкована орієнтація елементарних струмів не зникає у разі виключення зовнішнього магнітного поля. Завдяки цьому існують постійні магніти.

Самі атоми феромагнітної речовини, будучи ізольованими один від одного, не проявляють ніяких феромагнітних властивостей.

Феромагнітні властивості - властивості речовини, а не окремих ізольованих атомів.

Отже, для виникнення феромагнетизму в речовині є необхідною особлива кристалічна структура феромагнітних тіл.

За температури, що є більшою за деяку ви­значену для даного феромагнетику, феромагнітні властивості його зникають. Цю температуру називають температурою Кюрі. Наприклад, температура Кюрі для Феруму становить 753°С, для Нікілю - 365°С, для Кобальту - 1000°С.

Легкі удари по торцю сталевого стрижня, розташованого вздовж лінія індукції магнітного поля Землі, полегшують намагнічення стрижня. Сильні удари по постійному магніту можуть привести до його розмагнічування.

Електромагнітна індукція

Явище електромагнітній індукції було відкрито видатним англійським фізиком М.Фарадєєм   в 1831р. Воно полягає у виникненні електричного струму в замкнутому провідному контурі при зміні в часі магнітного поля.

Правило Ленца

Дослід показує, що індукційний струм, який виникає в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, завжди направлений так, що створюване ним магнітне поле перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликає індукційний струм. Це твердження, сформульоване в 1833 р., називається правилом Ленца.

Рисунок ілюструє правило Ленца на прикладі нерухомого провідного контура, який знаходиться в однорідному магнітному полі, модуль індукції якого збільшується в часі.