Физические основы неразрушающих методов контроля: учеб. пособие [И. О. Романов] (doc) читать постранично, страница - 3

силовая характеристика, не зависящая от магнитных свойств среды, в которой поле существует. Она характеризует магнитное поле по величине и направлению, но учитывает только влияние на интенсивность поля проводников с токами и расположение магнитов. В системе СИ измеряется в амперах на метр – А/м или А·м-1. Для того чтобы описать вектор напряженности магнитного поля , поместим его в прямоугольную систему координат на поверхности детали, соединив начала вектора и системы координат, и найдем его составляющие (рис. 1.2) [8]. Такое представление удобно в работе, так как проще измерять не вектор в целом, а его компоненты. Особенно часто используют компоненты (векторы) – нормальная составляющая, как правило, перпендикулярная поверхности детали, и – тангенциальная составляющая с модулем , направленная параллельно поверхности.
Заменим произведение нескольких параметров, характеризующих тело в уравнении (1.1), на единственный, более сложный, чем масса или заряд, параметр, который называется магнитным моментом.
Куда направлена сила магнитного поля? В гравитационном поле сила всегда направлена в ту же сторону, что и ускорение свободного падения, так как тел с отрицательной массой не бывает. При положительном заряде в кулоновском поле сила F и напряженность Е всегда направлены вдоль прямой, соединяющей два заряда, причем в одну сторону, и в разные – при отрицательном заряде тела.
В магнитном поле сила Лоренца Fл всегда перпендикулярна и к напряженности вектора , и к скорости тела . Очевидно, что единственная прямая, перпендикулярная одновременно вектору и – есть перпендикуляр к плоскости, в которой лежат эти векторы (рис. 1.3, а) [10].

а б
Рис. 1.3. Силы Лоренца (а) и Ампера (б)

Если изменить на противоположное направление скорости или напряженности , то поменяется на противоположное и направление силы Fл. Последнее можно определять по известному правилу левой руки.
В случае, при котором носителями зарядов является движущийся в проводнике поток электронов, силы Лоренца, приложенные к каждому электрону в потоке, суммируясь, прижимают их к стенке провода, толкая его поперек движения электронов, т. е. перпендикулярно направлению электрического тока. В результате формула (1.1) преобразуется и значение силы, действующей на проводник длиной l с током I, расположенный под углом α к направлению поля Н (рис. 1.3, б), будет определяться законом Ампера:

. (1.4)

Если ток течет в контуре в виде плоской рамки в однородном поле Н, направленном параллельно сторонам АВ и СД (рис. 1.4, а), то возникают две силы Ампера, воздействующие перпендикулярно сторонам ВС и ДА
( = 90°), параллельные между собой и направленные противоположно, которые образуют на плече b/2 пару сил с моментом

, (1.5)

где – площадь рамки.
Формулу (1.5) можно представить в виде:

, (1.6)

где величину называют магнитным моментом контура. Единицей измерения является А·м2 – «амперквадратный метр».
Если рассматривать плоский контур произвольной формы с током в однородном магнитном поле, то необходимо просуммировать воздействие Н на отдельные малые элементы контура, то результат останется тем же: формула (1.6) будет справедливой. Магнитному моменту контура придают векторный характер. Условимся за направление принимать направление положительной нормали к контуру с током по правилу правозаходного винта (рис. 1.4) [10].

а б
Рис. 1.4. Магнитный момент: а – рамки с током;
б – произвольного контура с током в магнитном поле

В общем случае, когда контур с током I и однородное магнитное поле Н не лежат в одной плоскости, а находятся под углом α, который на рис. 1.4, б показан, как угол между направлением поля Н и нормали () к контуру, то магнитное поле Н можно разложить на две составляющие: и . Тогда тангенциальная составляющая () будет лежать в плоскости контура, а нормальная () – перпендикулярна ему. При этом и . Вращающий момент создает только составляющая , т. е.
(1.7)

или в векторной форме:

. (1.8)

Для более компактного по сравнению с выражением (1.8) описания силового воздействия магнитного поля введем в рассмотрение понятие магнитной индукции В, которая, как и напряженность Н, является величиной векторной и служит основной характеристикой магнитного поля. Величины В и Н связаны соотношением:

. (1.9)

Здесь размерный коэффициент μ0 в системе СИ равен 4π10-7 Гн/м. Его называют также магнитной постоянной или магнитной проницаемостью вакуума, придавая этим данному коэффициенту определенный физический смысл. Тогда с учетом уравнения (1.9) выражение (1.8) можно представить в виде векторного произведения:

, (1.10)

т. е. формула для определения силового воздействия на контур с током в магнитном поле становится такой же простой, как в гравитационном и электростатическом. Основное различие заключается в том, что для двух последних формулы (1.1) и (1.2)