存在于載流導體、永久磁體、運動電荷或時變電場等周圍空間的,以磁感應強度表征的一種特殊形式的物質(zhì)。磁場的物質(zhì)性,可由它的如下許多特性顯示出來:磁場具有能量;磁場對運動電荷、載流導體有作用力;導線在磁場中運動或處在時變磁場中都將在導線中引起感應電動勢,發(fā)電機、變壓器就是根據(jù)這一原理制成的;在磁場的作用下,磁致伸縮材料會發(fā)生變形,呈現(xiàn)磁致伸縮現(xiàn)象;將載流導體置于磁場中,導體的橫向兩側(cè)將出現(xiàn)電位差,即產(chǎn)生霍耳效應;磁場可使載流導體或半導體的電阻發(fā)生變化,即產(chǎn)生磁致電阻效應,等等。描述磁場的基本物理量是磁感應強度B和重要的輔助量磁場強度H。
恒定磁場和時變磁場在空間某區(qū)域內(nèi),若各處的磁感應強度的量值和方向都不隨時間變化,該區(qū)域中的磁場稱恒定磁場,否則稱時變磁場。時變磁場總是和時變電場相互關(guān)聯(lián),以電磁波的形式存在。研究某一區(qū)域中的時變磁場時,若電磁波的波長遠大于區(qū)域的線度尺寸,則可忽略位移電流對磁場的作用,這種時變磁場稱似穩(wěn)磁場。大多數(shù)電力設(shè)備中的時變磁場可以認為是似穩(wěn)磁場。
均勻磁場和非均勻磁場任何時刻,若空間某區(qū)域內(nèi)各處的磁感應強度的量值和方向都相同,稱區(qū)域中的磁場為均勻磁場,否則稱非均勻磁場。
媒質(zhì)的磁化位于磁場中的媒質(zhì)將產(chǎn)生磁化效應。為宏觀描述媒質(zhì)的磁化狀態(tài)及其對外磁場的影響,引入了磁場強度這一概念。磁感應強度和磁場強度的關(guān)系,常用磁化曲線表示。電機工程中,在許多場合下,只考慮鐵磁材料的磁化;非鐵磁材料的磁化很弱,一般不予考慮,即認為這種材料的磁導率和真空磁導率相同。
磁場的基本規(guī)律磁場具有如下的基本規(guī)律。
磁通量的連續(xù)性穿過任何閉合面的磁通量等于零(見磁通量)。
磁場強度的環(huán)路積分規(guī)律磁場強度沿閉合路徑的線積分,等于穿過以該閉合路徑為周界的曲面上的全電流(見磁場強度)。
磁場的能量密度在線性媒質(zhì)中,單位體積內(nèi)的磁場能量或磁場能量密度,等于(B·H)/2。
媒質(zhì)分界面處磁場量滿足的條件在媒質(zhì)1和媒質(zhì)2的分界面上有:①媒質(zhì)1、2的磁感應強度的法向分量B1n、B2n連續(xù),即B1n=B2n;②媒質(zhì)1、2的磁場強度的切向分量H1t、H2t之差,等于分界面上的面電流密度Js(Js的方向垂直于H1t和H2t),即H1t-H2t=Js。不存在面電流時,H1t、H2t連續(xù)。
單位體積內(nèi)的磁場能量稱為磁場能量密度。定義式:ω=W/V=(BH)/2。其中V是體積,B是磁感應強度,H是磁場強度,H=B/μ。
磁場建立過程中本身儲存的能量。簡稱磁能。在一個線圈中建立磁場,電流從零增加到穩(wěn)定值的過程中,電源要反抗自感電動勢做功,與這部分功相聯(lián)系著的能量稱為自感磁能。若在兩個存在互感作用的線圈中分別通入電流時,電源除反抗自感電動勢做功外,還要反抗線圈間的互感電動勢而做功,和反抗互感電動勢做功相聯(lián)系的能量稱為互感磁能??梢宰C明自感線圈中儲存的磁能為Wm=1/2LI2。式中L是線圈的自感系數(shù),I是其中通過的電流。對于空心長螺線管(近似看作無限長),其自感系數(shù)L=μ0n2V。式中n是單位長度上線圈的匝數(shù),V是螺線管的體積。將上式代入自感線圈的磁能公式得Wm=1/2(μ0n2V)I2。由公式可知自感磁能與螺線管的體積有關(guān)。長螺線管中磁場是均勻的,磁場能量應在線圈所圍體積內(nèi)均勻分布,所以單位體積中的磁能為wm=wm/V=1/2BH(因為B=μ0nI,H=nl)。wm稱為磁場能量密度,簡稱磁能密度。一般寫成wm=1/2B·H。磁能密度的數(shù)學表述雖由特例推出,但可以證明它是普遍成立的。對于非均勻磁場每一點的磁能密度仍用上式表示,只是場中各點的值不同而已。在非均勻磁場中,若求磁場的總磁能,可以表述為:Wm=VwmdV=1/2V(B·H)dV。以上所述是在穩(wěn)恒磁場中的情況,這時磁能總與電流相伴隨,把磁能看成是與電流相聯(lián)系還是儲存在磁場中,兩種觀點效果完全相同。但在變化的電磁場中,磁場可以脫離電流而存在,這種磁場也具有能量,其磁能密度的表達式仍為wm=1/2B·H。在一般情況下,變化電磁場以波的形式傳播,在傳播過程中同時也傳播著能量,所以能量儲存在磁場中的觀點是正確的。
體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在體上的界面反射)和抵消能量(電磁感應在層上產(chǎn)生反向電磁場,可抵消部分干擾電磁波)的作用...
磁是以場的型式存在的!它是一種能!磁場里有我們看不見但確實存在的磁力線!磁力線越密!磁場就越強!單位面積磁力線的多少用高斯來表示!磁場有南北兩極!用N S表示!磁極有同性相斥,異性相吸之特點!我們周圍...
場的問題,是一個既具有實際意義又具有理論意義的問題。根據(jù)條件的不同,電磁場的可分為靜電、靜磁和電磁三種情況,這三種情況既具有質(zhì)的區(qū)別,又具有內(nèi)在的聯(lián)系,不能混淆。 靜電 在靜電平衡狀態(tài)下,不論是空心導...
表征磁場強弱程度和磁場方向的物理量。又稱磁通密度。設(shè)磁場中某點有正電荷q,它的速度是v,磁場對它的作用力是F;改變速度v的方向但維持其量值不變,直到力的量值F為最大;定義該點的磁感應強度B的量值為B=F/qv,B的方向為F×v的方向。在國際單位制(SI)中,磁感應強度的單位是特[斯拉] (T);也有用高斯(Gs)作單位的。測量磁感應強度的常見方法,有基于感應電動勢效應的探測線圈法和基于霍耳效應的霍耳片法等。
磁感應線為了形象地描繪磁場,可畫出磁感應(強度)線的分布圖。在這種人為的有方向的磁感應線上,規(guī)定任一點的切線方向是該點的磁感應強度的方向。對于定性分析,所畫磁感應線的根數(shù)可隨意選定。如果還要求磁感應線能反映磁場強弱,可令垂直于磁場方向的單位截面積內(nèi)穿過的磁感應線的根數(shù),正比于該處的B值,從而磁感應線密度較大的地方,磁感應強度較大,即磁場較強。磁感應線通常是環(huán)繞電流的閉合曲線。圖示為載流螺線管的磁感應線分布圖。
磁場對運動電荷的作用力具有速度v的電荷q位于磁感應強度為B的位置時,電荷受到的力稱為洛倫茲力,按下式計算
此式包含了B的定義。
磁場對載流導線的作用力長度是l的導線中通有電流I,當它置于磁感應強度是B的均勻磁場中時,導線受力F為
當導線的方向與B的方向垂直時,力F的量值最大。此時,B、l和F三者互相垂直,可用左手定則描述為:伸開左手,讓磁感應線垂直進入手心,使合攏的四個手指指向電流的方向,則與四指相垂直的大拇指所指方向,就是載流導線所受磁場力的方向。 2100433B
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水冷磁體設(shè)計,須計算水冷磁體產(chǎn)生的磁場以獲得磁體磁場的空間分布,使設(shè)計出的磁體滿足實驗要求.水冷磁體磁場計算在工程上常用的計算方法是橢圓積分法.此方法計算的水冷磁體的磁場均勻度比實際做成的磁體產(chǎn)生的磁場均勻度偏高.原因之一是磁體上的電流路徑并不是工程上假設(shè)的閉合圓環(huán)路徑,而是與之等半徑的螺旋線狀的路徑.這是工程理論計算磁場與實際磁體磁場差異的重要原因.探索一種依托螺旋電流模型來計算水冷磁體磁場的方法,來澄清電流螺旋分量對水冷磁體磁場與磁場均勻度的影響程度,這對水冷磁體的優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導意義.用足夠密直線段電流模擬螺旋電流來計算水冷磁體磁場的方法經(jīng)驗證是一種很好的方法.該方法在計算水冷磁體的磁場時,取得了相對誤差為1×10-6精度的結(jié)果,能夠精確計算出磁體電流螺旋分量對水冷磁體磁場與磁場均勻度的影響.
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本文介紹機柜的電磁屏蔽原理和影響屏蔽效能的因素,對某艦載密閉鑄鋁機柜的低頻磁場屏蔽效能進行了測試,得出具有工程實用價值的數(shù)據(jù),對同類機箱機柜的屏蔽效能有參考評估作用,并針對本機柜門、結(jié)構(gòu)和材料對屏蔽效能的影響給出了詳細分析。
電感線圈也是一個儲能元件,線圈中儲存的磁場能量為
與電場能量相比,磁場能量和電場能量有許多相同的特點:
(1) 磁場能量和電場能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。例如,隨著電流的增大,線圈的磁場增強,儲入的磁場能量增多;隨著電流的減小,磁場減弱,磁場能量通過電磁感應的作用,又轉(zhuǎn)化為電能。因此,線圈和電容器一樣是儲能元件,而不是電阻類的耗能元件。
(2) 磁場能量的計算公式,在形式上與電場能量的計算公式相同。
早期埃爾薩塞和布拉德都假定,長壽命放射性元素所維持的熱對流是發(fā)電機能量的提供者。由Gτ可以估計,要提供10爾格/秒的能量,則地核中單位質(zhì)量的生熱率需高達 100爾格/(克·秒)。而由地面總熱流計算地殼中放射性元素的生熱率僅有10~10爾格/(克·秒),兩者相差幾個量級,顯然是不合理的。有人主張內(nèi)核是由液態(tài)核凝固而成,這個過程至今還在繼續(xù),它所放出的潛熱將維持熱核的熱對流,這同樣會遇到量級上的困難。1968年馬爾庫斯(W.V.R.Malkus)由實驗證實,在地球的進動過程中由于地幔與地核動力扁度的差異(見地球自轉(zhuǎn)),兩者將有不同的進動角速度,前者快于后者。由于地球是一個扁球體,地幔將迫使地核有相同運動的趨勢,這時地幔通過FP對地核提供能量,可以維持地磁發(fā)電機。近年也有人對此提出異議,認為其量級遠遠不夠。還有人主張若地球深部的化學分異和重力分異仍在進行,則重力位能的釋放(Gτ,FG)將提供能量。可見,地核中的各種可能的能量來源,無不涉及地球演化與地球內(nèi)部的物理狀態(tài)等地球物理基本問題,在目前要得到滿意的解答是困難的。