Закон повного струму простими словами

Знайомий багатьом предмет під назвою «Електротехніка» містить у своїй програмі низку основних законів, що визначають принципи фізичної взаємодії для магнітного поля. Вони поширюють свою дію на різні елементи електротехнічних пристроїв, а також на структури та середовища, що входять до їх складу. Фізика процесів, що відбуваються в них, стосується таких базових понять, як потоки електрики і поля. Закон повного струму встановлює залежність між переміщенням електричних зарядів та створюваним ним магнітним полем (точніше – його напруженістю). Сучасна наука стверджує, що його застосування поширюється на всі середовища

Суть закону

Розглянутий закон, що застосовується в магнітних ланцюгах, визначає наступний кількісний зв'язок між складниками, що входять до нього. Циркуляція вектора магнітного поля по замкнутому контуру пропорційна сумі струмів, що пронизують його. Щоб зрозуміти фізичний зміст закону повного струму - потрібно ознайомитися з графічним поданням описуваних ним процесів.

З малюнка видно, що близько двох провідників з струмами, що протікають по них, I1 і I2 утворюється поле, обмежене контуром L. Воно вводиться як уявно замкнута фігура, площину якої пронизують провідники з зарядами, що рухаються. Простими словами, цей закон можна висловити так. За наявності декількох потоків електрики через уявну поверхню, що охоплюється контуром L, в її межах формується магнітне поле із заданим розподілом напруженості.

За позитивний напрямок руху вектора відповідно до закону для контуру магнітного ланцюга вибирається хід годинникової стрілки. Воно також є уявним.

Таке визначення створюваного струмами вихрового поля передбачає, що напрямок кожного струму може бути довільним.

Для довідки! Введену польову структуру і описує апарат слід відрізняти від циркуляції електростатичного вектора «Е», який при обході контуру завжди дорівнює нулю. Внаслідок цього таке поле відноситься до потенційних структур. Циркуляція вектора «В» магнітного поля ніколи не буває нульовою. Саме тому воно називається «вихровим».

Основні поняття

Відповідно до закону для розрахунку магнітних полів застосовується наступний спрощений підхід. Повний струм представляється у вигляді суми кількох складових, що протікають через поверхню, що охоплюється замкнутим контуром L. Теоретичні викладки можуть бути наступні:

  1. Повний електричний потік, що пронизують будиночок Σ I – це векторна сума I1 та I2.
  2. У прикладі для його визначення використовується формула:
    ΣI = I1- I2 (мінус перед другим доданком означає, що напрями струмів протилежні).
  3. Вони, своєю чергою, визначаються за відомим у електротехніці закону (правилу) буравчика.

Напруженість магнітного поля вздовж контуру обчислюється на підставі отриманих викладок за спеціальними методиками. Для її знаходження доведеться проінтегрувати цей параметр по L, використовуючи рівняння Максвелла, представлене в одній із форм.

Воно може бути застосоване і в диференціальній формі, але це ускладнить викладки.

Спрощений підхід в інтегральному вигляді

Якщо скористатися диференціальним поданням – висловити закон повного струму в спрощеному вигляді буде дуже складно (у цьому випадку доводиться вводити додаткові компоненти). Додамо до цього, що магнітне вихрове поле, створюване рухомим у межах контуру струмами, визначається у разі з урахуванням струму зміщення, залежить від швидкості зміни електричної індукції.

Тому на практиці в ТОЕ більшою популярністю користується уявлення формул для повних струмів у вигляді підсумовування мікроскопічно малих відрізків контуру з вихровими полями, що створюються в них. Цей підхід передбачає застосування рівняння Максвелла в інтегральній формі. За його реалізації контур розбивається на дрібні відрізки, у першому наближенні вважаються прямолінійними (відповідно до закону передбачається, що магнітне поле однорідне). Ця величина, що позначається як Um для однієї дискретної ділянки довжиною ΔL магнітного поля, що діє у вакуумі, визначається так:

Um = HL * ΔL

Сумарна напруженість уздовж повного контуру L, представлена ​​коротко в інтегральному вигляді, знаходиться за такою формулою:

UL = Σ HL * ΔL.

Закон повного струму для вакууму

В остаточному вигляді, оформленому за всіма правилами інтегрування, закон повного струму виглядає так. Циркуляція вектора «В» по замкнутому контуру може бути представлена ​​як добуток магнітної постійної m на суму струмів:

Інтеграл від B до dL = інтегралу від Bl по dL= m Σ In

де n – це загальна кількість провідників з різноспрямованими струмами, що охоплюються подумки контуром L довільної форми.

Кожен струм враховується у цій формулі стільки разів, скільки він повністю охоплюється цим контуром.

На остаточний вид отриманих викладок для закону повного струму великий вплив має середовище, в якому діє електромагнітна сила (поле).

Вплив середовища

Розглянуті відносини для закону струмів і полів, що діють не у вакуумі, а в магнітному середовищі, набувають дещо іншого вигляду. У цьому випадку, крім основних струмових складових, вводиться поняття мікроскопічних струмів, що виникають у магнетиці, наприклад, або в будь-якому подібному йому матеріалі.

Потрібне співвідношення у вигляді виводиться з теореми про векторної циркуляції магнітної індукції B. Простим мовою вона виявляється у такому вигляді. Сумарне значення вектора B при інтегруванні за вибраним контуром дорівнює сумі макро струмів, що охоплюються ним, помноженої на коефіцієнт магнітної постійної.

Через війну формула для «В» у речовині визначається выражением:

Інтеграл від B до dL = інтегралу від Bl до dL= m(I+I1)

де: dL – дискретний елемент контуру, спрямований уздовж його обходу, Вl – складова у напрямку дотичної довільної точки, бI і I1 – струм провідності та мікроскопічний (молекулярний) струм.

Якщо поле діє в середовищі, що складається з довільних матеріалів, повинні враховуватися мікроскопічні струми, характерні саме для цих структур.

Ці викладки також вірні для поля, створюваного в соленоїді або в будь-якому іншому середовищі, що має кінцеву магнітну проникність.

Для довідки

У найповнішій та об'ємній системі вимірювань СГС напруженість магнітного поля представляється в ерстедах (Е). В іншій діючій системі (СІ) вона виражається в амперах на один метр (А/метр). Сьогодні ерстед поступово витісняється більш зручною у роботі одиницею – ампером на метр. При перекладі результатів вимірювань або розрахунків із СІ до СГС використовується таке співвідношення:

1 Е = 1000/(4π) А/м ≈ 79,5775 Ампер/метр.

У заключній частині огляду зазначимо, що незалежно від того, яке використовується формулювання закону повних струмів – його суть залишається незмінною. Своїми словами це можна уявити так: він виражає відносини між струмами, що пронизують цей контур і створюваними в речовині магнітними полями.

Насамкінець рекомендуємо переглянути корисне відео на тему статті:

Матеріали на тему:

Ви не маєте права надсилати коментарі