Da bi razumeli, kaj je značilnost magnetnega polja, je treba opredeliti številne pojave. Hkrati se morate vnaprej spomniti, kako in zakaj se pojavi. Ugotovite, kakšna je močnostna značilnost magnetnega polja. Pomembno je tudi, da se takšno polje lahko pojavi ne samo v magnetih. V zvezi s tem ne škodi omeniti značilnosti zemeljskega magnetnega polja.
Emergence na terenu
Najprej bi morali opisati videz polja. Po tem lahko opišete magnetno polje in njegove značilnosti. Pojavi se med gibanjem nabitih delcev. Lahko vpliva na gibljive električne naboje, zlasti na prevodnih vodnikih. Interakcija med magnetnim poljem in gibljivimi naboji ali prevodniki, skozi katere teče tok, nastane zaradi sil, imenovanih elektromagnetne.
Intenzivnost ali močna značilnost magnetnega polja vdoločeno prostorsko točko določimo z uporabo magnetne indukcije. Slednje je označeno s simbolom B.
Grafični prikaz polja
Magnetno polje in njegove značilnosti je mogoče grafično predstaviti z indukcijskimi črtami. Ta definicija se imenuje črte, tangente na katere na kateri koli točki sovpadajo s smerjo vektorja y magnetne indukcije.
Te črte so vključene v značilnosti magnetnega polja in se uporabljajo za določanje njegove smeri in jakosti. Večja kot je intenzivnost magnetnega polja, več podatkovnih črt bo narisanih.
Kaj so magnetne črte
Magnetne črte v ravnih vodnikih s tokom imajo obliko koncentričnega kroga, katerega središče se nahaja na osi tega prevodnika. Smer magnetnih črt v bližini prevodnikov s tokom je določena s pravilom gimleta, ki zveni takole: če je gimlet nameščen tako, da bo privit v prevodnik v smeri toka, potem je smer vrtenja ročaj ustreza smeri magnetnih linij.
Za tuljavo s tokom bo smer magnetnega polja določena tudi s pravilom gimleta. Prav tako je potrebno zasukati ročico v smeri toka v zavojih solenoida. Smer linij magnetne indukcije bo ustrezala smeri translacijskega gibanja gimleta.
Definicija enotnosti in nehomogenosti je glavna značilnost magnetnega polja.
Ustvarjeno z enim trenutnim poljem pod enakimi pogojise bo v različnih medijih razlikovala po svoji intenzivnosti zaradi različnih magnetnih lastnosti teh snovi. Za magnetne lastnosti medija je značilna absolutna magnetna prepustnost. Merjeno v henrijah na meter (g/m).
Značilnost magnetnega polja vključuje absolutno magnetno prepustnost vakuuma, imenovano magnetna konstanta. Vrednost, ki določa, kolikokrat se bo absolutna magnetna prepustnost medija razlikovala od konstante, se imenuje relativna magnetna prepustnost.
Magnetna prepustnost snovi
To je brezdimenzionalna količina. Snovi z vrednostjo prepustnosti manjšo od ena imenujemo diamagnetne. V teh snoveh bo polje šibkejše kot v vakuumu. Te lastnosti so prisotne v vodiku, vodi, kremenu, srebru itd.
Mediji z magnetno prepustnostjo, večjo od ena, se imenujejo paramagnetni. V teh snoveh bo polje močnejše kot v vakuumu. Ti mediji in snovi vključujejo zrak, aluminij, kisik, platino.
V primeru paramagnetnih in diamagnetnih snovi vrednost magnetne prepustnosti ne bo odvisna od napetosti zunanjega magnetnega polja. To pomeni, da je vrednost za določeno snov konstantna.
Feromagneti spadajo v posebno skupino. Za te snovi bo magnetna prepustnost dosegla nekaj tisoč ali več. Te snovi, ki imajo lastnost magnetiziranja in ojačanja magnetnega polja, se pogosto uporabljajo v elektrotehniki.
Moč polja
Za določitev značilnosti magnetnega polja skupaj z vektorjem magnetne indukcije lahko uporabimo vrednost, imenovano jakost magnetnega polja. Ta izraz je vektorska količina, ki določa jakost zunanjega magnetnega polja. Smer magnetnega polja v mediju z enakimi lastnostmi v vseh smereh, vektor intenzitete bo sovpadal z vektorjem magnetne indukcije na točki polja.
Močne magnetne lastnosti feromagnetov so razložene s prisotnostjo naključno magnetiziranih majhnih delov v njih, ki jih lahko predstavimo kot majhne magnete.
Brez magnetnega polja feromagnetna snov morda nima izrazitih magnetnih lastnosti, saj domenska polja pridobijo različne orientacije, njihovo skupno magnetno polje pa je nič.
Glede na glavne značilnosti magnetnega polja, če je feromagnet postavljen v zunanje magnetno polje, na primer v tuljavo s tokom, se bodo pod vplivom zunanjega polja domene zasukale v smer zunanjega polja. Poleg tega se bo povečalo magnetno polje na tuljavi in povečala se bo magnetna indukcija. Če je zunanje polje dovolj šibko, se bo prevrnil le del vseh domen, katerih magnetna polja se približujejo smeri zunanjega polja. Z večanjem jakosti zunanjega polja se bo povečalo število zasukanih domen in pri določeni vrednosti napetosti zunanjega polja se bodo skoraj vsi deli zasukali tako, da se magnetna polja nahajajo v smeri zunanjega polja. To stanje se imenuje magnetna nasičenost.
Razmerje med magnetno indukcijo in intenzivnostjo
Razmerje med magnetno indukcijo feromagnetne snovi in jakostjo zunanjega polja je mogoče prikazati z uporabo grafa, imenovanega magnetizna krivulja. Na upogibu grafa krivulje se hitrost povečanja magnetne indukcije zmanjša. Po ovinku, kjer napetost doseže določeno raven, pride do nasičenosti, krivulja pa se rahlo dvigne in postopoma pridobi obliko ravne črte. V tem delu indukcija še raste, vendar precej počasi in le zaradi povečanja jakosti zunanjega polja.
Grafična odvisnost podatkov indikatorja ni neposredna, kar pomeni, da njihovo razmerje ni konstantno, magnetna prepustnost materiala pa ni stalen indikator, ampak je odvisna od zunanjega polja.
Spremembe magnetnih lastnosti materialov
Ko povečate tok do popolne nasičenosti v tuljavi s feromagnetnim jedrom in ga nato zmanjšate, krivulja magnetizacije ne bo sovpadala s krivuljo demagnetizacije. Z ničelno intenzivnostjo magnetna indukcija ne bo imela enake vrednosti, ampak bo pridobila neki indikator, imenovan preostala magnetna indukcija. Situacija z zaostajanjem magnetne indukcije od sile magnetiziranja se imenuje histereza.
Za popolno demagnetizacijo feromagnetnega jedra v tuljavi je potrebno dati povratni tok, ki bo ustvaril potrebno napetost. Za različne feromagnetnesnovi, je potreben segment različnih dolžin. Večji kot je, več energije je potrebno za razmagnetizacijo. Vrednost, pri kateri je material popolnoma razmagnetiziran, se imenuje prisilna sila.
Z nadaljnjim povečanjem toka v tuljavi se bo indukcija spet povečala na indeks nasičenosti, vendar z drugačno smerjo magnetnih linij. Pri razmagnetiranju v nasprotni smeri bo dosežena preostala indukcija. Fenomen preostalega magnetizma se uporablja za ustvarjanje trajnih magnetov iz snovi z visokim rezidualnim magnetizmom. Materiali z možnostjo remagnetizacije se uporabljajo za izdelavo jeder za električne stroje in naprave.
Pravilo leve roke
Sila, ki vpliva na prevodnik s tokom, ima smer, določeno s pravilom leve roke: ko je dlan deviške roke nameščena tako, da vanjo vstopijo magnetne črte in so iztegnjeni štirje prsti v smeri toka v prevodniku upognjen palec označuje smer sile. Ta sila je pravokotna na indukcijski vektor in tok.
Prevodnik s tokom, ki se giblje v magnetnem polju, velja za prototip elektromotorja, ki spreminja električno energijo v mehansko.
Pravilo desne roke
Med gibanjem prevodnika v magnetnem polju se v njem inducira elektromotorna sila, ki ima vrednost sorazmerno z magnetno indukcijo, dolžino vpletenega prevodnika in hitrostjo njegovega gibanja. Ta odvisnost se imenuje elektromagnetna indukcija. Pripri določanju smeri induciranega EMF v prevodniku se uporablja pravilo desne roke: ko se desna roka nahaja na enak način kot v primeru z leve, magnetne črte vstopijo v dlan, palec pa označuje smer premikanju prevodnika, iztegnjeni prsti kažejo smer induciranega EMF. Prevodnik, ki se giblje v magnetnem toku pod vplivom zunanje mehanske sile, je najpreprostejši primer električnega generatorja, v katerem se mehanska energija pretvarja v električno energijo.
Zakon elektromagnetne indukcije je mogoče oblikovati drugače: v zaprtem vezju se inducira EMF, pri kateri koli spremembi magnetnega toka, ki ga pokriva to vezje, je EFE v vezju številčno enak hitrosti spremembe magnetnega toka, ki pokriva to vezje.
Ta obrazec zagotavlja povprečni indikator EMF in označuje odvisnost EMF ne od magnetnega toka, temveč od hitrosti njegove spremembe.
Lenzov zakon
Zapomniti si morate tudi Lenzov zakon: tok, ki ga povzroči sprememba magnetnega polja, ki poteka skozi vezje, njegovo magnetno polje to spremembo prepreči. Če zavoje tuljave prebijejo magnetni tokovi različnih velikosti, je EMF, inducirana na celotni tuljavi, enaka vsoti EMF v različnih zavojih. Vsota magnetnih tokov različnih zavojev tuljave se imenuje pretočna povezava. Merska enota te količine, pa tudi magnetnega pretoka, je weber.
Ko se električni tok v vezju spremeni, se spremeni tudi magnetni tok, ki ga ustvari. Hkrati pa po zakonu elektromagnetne indukcije znotrajprevodnika se inducira EMF. Pojavi se v povezavi s spremembo toka v prevodniku, zato se ta pojav imenuje samoindukcija, EMF, induciran v prevodniku, pa se imenuje samoindukcijski EMF.
Povezava pretoka in magnetni tok nista odvisna samo od jakosti toka, ampak tudi od velikosti in oblike danega prevodnika ter magnetne prepustnosti okoliške snovi.
Induktivnost prevodnika
Koeficient sorazmernosti se imenuje induktivnost prevodnika. Nanaša se na sposobnost prevodnika, da ustvari pretočno povezavo, ko električna energija prehaja skozi njega. To je eden od glavnih parametrov električnih tokokrogov. Za nekatera vezja je induktivnost konstanta. Odvisno bo od velikosti konture, njene konfiguracije in magnetne prepustnosti medija. V tem primeru moč toka v vezju in magnetni tok ne bosta pomembna.
Zgornje definicije in pojavi dajejo razlago, kaj je magnetno polje. Podane so tudi glavne značilnosti magnetnega polja, s pomočjo katerih je mogoče ta pojav definirati.
