我们来介绍第一部分磁的基础理论和核磁元件,首先介绍的是磁的单位和电磁基本定律。
通过本节的学习,主要弄清楚这4个方面的问题。
第一个问题是有哪些磁的基本理论。
第二个问题是有哪些磁方面研究的科学家。
第三个问题是磁元件生产的复杂性的原因是什么。
第4个问题是磁材料的参数有哪些?受哪些因素的影响?。
下面我们要研究的第一个重要的物理量就是磁感应强度,用符号B来表示。那么是这样定义的,用单位长度的导线放在均匀的磁场中,通过单位电流所受到的力的大小来表示磁场的强弱,我们称为磁感应强度。在这个定义中我们要看到有几个,第一个是单位长度,第二个是单位电流,所以这个单位的话是表示1,单位长度表示1米,单位电流表示1安培。
那么磁感应强度又与哪些因素有关系呢?我们看下面的公式,B=F/(IL) ,B的话表示磁场内某点的磁场强弱的和方向,因为它是矢量。么B的话可以通过左手定则来判断其方向。F是所受的力,那么分母上的I乘l分别是电流和单位长度,么B的单位是特斯拉,他是国际单位制,而高斯呢是他的使用单位,也就是CGSM。
前面我们对磁感应强度B进行了定义,磁感应强度B他的单位是特斯拉,那么一特斯拉到底是有多少?我们用如图所示的图来描述,载流导体它的长度是一米,通过的电流是1安培,放在均匀的磁场当中,如果用左手定则来判断受到的力是1牛顿,方向如图所示,那么所处的真韵磁场,它的强度就是1特斯拉。所以精确的描述,一特斯拉的定义是这样子的,一根一米长通用一安培的导体,放在一特斯拉的磁场中,受到的电磁力为一牛顿。
所以要研究磁感应强度的单位,要从源头分析力开始,1特斯拉=1牛顿/(安培米),那么这是国际单位制,如果换成实用单位制,那么1高斯=1克/(安培厘米),就是厘米克秒制,CGS。那么经过分析推导,我们可以得到1T=10000GS,也就10的4次方高斯。
前面我们介绍了磁感应强度B的定义,下面我们来介绍磁通的定义,磁通用符号ф表示,磁通是这样定义的,垂直通过一个截面的磁力线总量,称谓给紧密的磁通量,简称磁通,用符号ф表示。
请看图,那么这个截面的话我们用A表示,那么其他的小的微分截面用d来表示,那么磁通的话也就磁力线经过曲面A的时候是各个方向都有,为了描述方便起见,去dA的法线方向,也就是n方向,是曲面的方法线方向。那么另一个磁感应强度B的方向和法线的夹角我们用а表示,那么通过曲面的磁通量我们用ф是对曲面的面积分,积分公式如图所示,ф=∫dф=∫BcosаdA,其中磁通是标量,dф是通过单元截面积的磁通, cosа是法线B的夹角。
在实际运用当中做一次元件,我们经常会用到变压器、电感、电动机和发电机等等。他们流过磁性方面的磁力线可以看成是均匀的。即使是开了期限的磁芯,由于期限比较短,可以忽略边远磁通或者散磁通,所以一下子可以让变压器和电感的公式得以简化。那么ф=BA。B是流过磁性的磁感应强度,A是流过磁芯的截面积。 ф的单位我们用韦伯表示,是国际单位制,简称韦,它的使用单位制叫麦克斯韦,用Mx表示,简称麦。
经过分析的推导,可以得到
下面进行使用单位的换算,根据公式ф=BA我们知道磁通的话就是磁力线的数量,那么磁力的单位地的话,就是牛顿/(安米),面积的单位A的话是平方米,那么磁通的单位就是1牛顿米/安,用符号WB表示。我们可以推导的出来,
我们看是分子上是面积的单位,也就是说磁通的单位就是单位电流产生的面积。
前面给出磁通、磁感应强度和面积的公式,也就ф=BA,下面我们来研究一下国际单位制也就米千克秒制和实用单位制CGS制之间的换算关系。
根据公式我们可以得到
而
那么可以推导出
。