2.2. Магнитное поле

Магнитные свойства постоянных магнитов, их способность притягивать железные предметы были известны еще древним грекам. Земля также является магнитом, и явление земного магнетизма было использовано китайцами для создания компаса.

Таким образом, в пространстве, окружающем намагниченное тело, возникает магнитное поле. Существенное отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем. Электрический диполь всегда состоит из двух зарядов, равных по величине и противоположных по знаку. Эти заряды можно отделить друг от друга и расположить на различных телах, например, разрезая диполь пополам. Постоянный магнит, будучи разрезанным пополам, превращается в два постоянных магнита, каждый из которых имеет южный и северный полюсы. Никакое деление не дает возможность получить отдельные монополя.

Магнитное поле тесно связано с электрическим током. Электрический ток порождает в пространстве вокруг себя магнитное поле, а проходя в магнитном поле другого тока, испытывает со стороны последнего механические воздействия. При движении постоянного тока по электрическому проводу вокруг него образуются кольцевые силовые линии магнитного поля. Плотность этих линий (или напряженность магнитного поля) зависит от величины тока. Если такой провод намотать на цилиндрический каркас, то получим катушку, состоящую из большого количества витков, намотанных вплотную к друг другу. Такая катушка называется соленоидом. Напряженность магнитного поля на оси соленоида равна сумме напряженностей полей от каждого кругового электрического тока витка. Оказывается, что в этом случае поле внутри соленоида можно считать однородным, т.е. напряженность магнитного поля во всех точках практически одинакова. Лишь вблизи концов соленоида поле начинает убывать и на самом конце поле оказывается примерно в два раза слабее, чем внутри катушки. Две катушки, размещенные, рядом и имеющие общее магнитное поле называются индуктивно связанными, так как изменения электрического тока в одной приводит к изменению тока в другой. Такие две катушки называются трансформатором напряжений. Сила взаимодействия между двумя катушками с током существенно возрастает, если поместить в них железный сердечник. Аналогичными свойствами обладают, кроме железа, различные сорта стали, никель, кобальт и некоторые сплавы: пермаллой, магнико. Установлено, что все вещества обладают магнитными свойствами, но степень и характер их взаимодействия с магнитным полем у разных веществ различны. В связи с этим различают вещества с парамагнитными, диамагнитными и ферромагнитными свойствами. Парамагнитные вещества втягиваются в области более сильного магнитного поля. Диамагнитные вещества выталкиваются из магнитного поля.

По интенсивности взаимодействия с магнитным полем можно все вещества разбить на два класса. К слабо магнитным веществам относятся все диамагнетики и парамагнетики. К сильно магнитным веществам относятся ферромагнетики.

К парамагнетикам относят платину, алюминий, вольфрам и все щелочные металлы, кислород. К диамагнетикам относятся почти все газы ( кроме кислорода), вода, серебро, золото, медь, алмаз, графит, многие органические соединения. Таким образом, используя принцип суперпозиции, можно сделать следующие выводы:

- сила взаимодействия между двумя катушками при прохождении электрического тока существенно возрастает, если поместить в них сердечник с ферромагнитными свойствами;

- сила взаимодействия между двумя катушками при прохождении электрического тока незначительно возрастает, если поместить в них сердечник с парамагнитными свойствами;

- сила взаимодействия между двумя катушками при прохождении электрического тока уменьшается, если поместить в них сердечник с диамагнитными свойствами.

2.3.Длинные линии

При передаче высокочастотной энергии на расстояние по проводам необходимо учитывать не только активное сопротивление проводов, но и их реактивные сопротивления и токи смещения между ними.

Электрическая линия, образованная двумя параллельными проводниками тока, длина которых превышает длину волны, передаваемых электромагнитных колебаний, а расстояние между проводниками значительно меньше длины волны называется длинной линией. Такая линия обладает собственными активным -R, емкостным -Хс и индуктивным – Х_L сопротивлениями и проводимости тока – G между проводами .В этом случае говорят о величине сопротивлений, приходящихся на единицу длины линии, или о распределенных величинах сопротивлений. Через эти параметры определяют основные характеристики длинных линий: волновое сопротивление – W и скорость распространения – V электромагнитных волн вдоль нее. Если длинная линия однородна (параметры неизменны по всей длине), то при отсутствии в ней потерь – R = G = 0 (обычно на радиочастотах) волновое сопротивление равно

W = √L\С.

При передаче высокочастотной энергии по бесконечно длинной линии различают три режима работы: режим бегущей волны (выходное сопротивление генератора равно волновому сопротивлению линии и равно входному сопротивлению нагрузки), режим стоячей волны (входное сопротивление нагрузки равно- 0 – короткое замыкание или бесконечность- ∞ - обрыв линии) и режим смешанных волн (входное сопротивление нагрузки не равно 0 и не равно - ∞).