- •Лекции по дисциплине: «Защита судов по физическим полям»
- •Глава 1. Магнитное поле корабля.
- •1. 1 Основные понятия и определения
- •1.2 Магнитное поле Земли
- •1.3 Магнитометрические приборы
- •1.4 Намагничивание корабля в магнитном поле Земли
- •1.4 Размагничивание корабля
- •Глава 2. Электрическое поле корабля.
- •2. 1 Основные понятия и определения
- •2. 2 Основные понятия об электрическом поле корабля
- •2.3 Мероприятия по снижению величины электрического поля корабля.
- •Глава 3. Акустическое поле корабля
- •3. 1 Основные понятия и определения
- •3.2 Источники акустического поля корабля
- •3.3 Некоторые сведения о снижении шума и вибрации на кораблях
- •3.4 Виброизолирующие конструкции
- •Глава 4. Тепловое поле корабля
- •4.1 Основные понятий и определения
- •4.2 Основные понятия о тепловом поле корабля.
- •4.3 Основы работы приемников излучения и селекция инфракрасных сигналов
- •4.4 Тепловая защита корабля.
- •Глава 5. Гидродинамическое поле корабля
- •5.1 Основные понятий и определения
- •5.2 Гидродинамическое поле корабля в безграничной водной среде.
- •5.3 Влияние дна и поверхности океана на поле придонного гидродинамического давления
Лекции по дисциплине: «Защита судов по физическим полям»
Глава 1. Магнитное поле корабля.
1. 1 Основные понятия и определения
Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которого является то, что оно действует только на движущиеся тела, обладающие электрическим зарядом, и на тела, обладающий магнитным моментом, независимо от их состояния движения.
Источниками макроскопического магнитного поля являются:
-
намагниченные тела;
-
проводники с током;
-
движущиеся электрически заряженные тела;
-
изменяющееся во времени электрическое поле (в свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле).
Интенсивность магнитного поля в данной точке определяется по действию, которое оно оказывает на замкнутый плоский контур тока достаточно малых размеров, свободно вращающийся в магнитном поле (под действием пары сил контур займет положение устойчивого равновесия). Направление нормали контура принимается за направление магнитного поля в данной точке пространства (это направление покажет и магнитная стрелка).
Строгая ориентация плоского контура с током в магнитном поле говорит о том, что величины, характеризующие магнитное поле являются векторными величинами.
Основными величинами, характеризующими среднее макроскопическое магнитное поле (при наличии токов и магнетиков) и его источники, являются: вектор магнитной индукции и магнитный момент .
Если характеризует магнитное поле, то магнитный момент – основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитное поле и магнитные свойства тел характеризуются магнитными единицами. Некоторые из них приведены в табл. 1.
Табл. 1 Определение магнитных физических величин и их единиц измерения в системе СИ.
№ |
Физическая величина |
Определение физической величины |
Обозначение |
Ед. измер. |
Определение единицы измерения |
1 |
Напряжённость магнитного поля |
Количественная характеристика магнитного поля, не зависящая от магнитных свойств среды, В среде она определяет вклад в магнитную индукцию внешних источников поля. В вакууме она совладает с магнитной индукцией (в СИ), где - коэффициент пропорциональности, называемый магнитной постоянной (магнитной проницаемостью вакуума). В изотропной среде (в СИ), где – магнитная проницаемость среды |
Ампер на метр равен напряженности магнитного поля в центре длинного соленоида с равномерно распределенной обмоткой, по которой проходит ток силой, где – число витков на участке соленоида длиной |
||
2 |
Намагниченность |
Характеризует магнитное состояние макроскопического тела: зависит от магнитных свойств вещества тела, его формы и расположения во внешнем поле, напряженности внешнего поля и температуры. В случае однородно намагниченного теле определяется как магнитный момент единицы объема тела: |
есть намагниченность, при которой вещества обладает магнитным моментом |
||
3 |
Магнитный момент |
Основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Элементарными источниками магнетизма считают замкнутые токи – макро- и микроатомные. Магнитные действия замкнутого тока (контура с током) определяются произведением силы тока на площадь контура. Магнитное состояние макроскопических тел определяется средним значением результирующего магнитного момента всех образующих тело микрочастиц, Отнесенный к единице объема тела магнитный момент называется намагниченностью |
равен магнитному моменту электрического тока силой , проходящего по контуру площадью |
||
4 |
Магнитная проницаемость |
Физическая величина, характеризующая изменение магнитной индукции среды при воздействии магнитного поля . У изотропных сред . В зависимости от определения в статическом или переменном магнитном поле, её называют статической или динамической |
|
|
|
5 |
Магнитная восприимчивость |
Характеризует связь намагниченности вещества с магнитным полем в этом веществе. В статических магнитных полях равна отношению намагниченности вещества к напряженности намагничивающего поля ; с магнитной проницаемостью связана соотношением (в СИ). Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной обладают диамагнетики; положительной парамагнетики и ферромагнетики. Магнитная восприимчивость у ферромагнетиков очень сильно и сложным образом зависит от и существенно – от температуры
|
|
|
|
6 |
Магнитная индукция |
Характеризует результирующее магнитное поле в веществе, представляющее собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и др. элементарными частицами. Магнитную индукцию можно выразить через вектор напряженности магнитного поля и вектор намагниченности . |
равна магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором на плоский контур с током, имеющий магнитный момент действует максимальный вращающий момент равный
|
||
7 |
Магнитный поток (поток магнитной индукции) |
Поток вектора магнитной индукции через какую-либо поверхность . Для замкнутой поверхности этот интеграл равен нулю, что отражает соленоидальный характер магнитного поля, т.е. отсутствие в природе магнитных зарядов источников магнитного поля (магнитные поля создаются электрическими токами)
|
равен магнитному потоку, создаваемому однородным магнитным полем при индукции через нормальную к потоку площадку в
|
Для характеристики магнитного поля часто вводят силовые линии поля (линии магнитной индукции): они направлены от северного магнитного полюса к южному. В каждой точке такой линии вектор расположен вдоль касательной. В местах повышенных значений линии индукции сгущаются, в тех же местах, где поле слабее, линии расходятся.
Магнитная индукция определяет среднее макроскопическое магнитное поле, создаваемое в данной точке пространства, как токами проводимости (движением свободных носителей зарядов), так и имеющимися намагниченными телами.
Магнитное поле, созданное токами проводимости и независящее от магнитных свойств присутствующего вещества характеризуется вектором напряженности магнитного поля .
Ранее практике электрических и магнитных измерений широкое распространение имела Гауссова система единиц (абсолютная система единиц СГС). Поскольку в ранее опубликованной литературе Гауссом система единиц использовалась достаточно широко, мы для удобства перевода единиц измерение к система СИ, приведем соотношения между основными магнитными единицами этих систем в табл. 2.
Табл. 2 Соотношения между магнитными единицами систем СГС и СИ
Величина |
Обозначение |
Единицы систем |
Принятые внесистемные единицы |
||
СГС |
Переводные |
СИ |
|||
Магнитная индукция |
|
(гаусс) |
|
|
|
Магнитный поток (поток магнитной индукции) |
|
(максвелл) |
|
|
|
Магнитный момент (амперовский) |
|
|
|
|
|
Намагниченность |
|
|
|
|
|
Напряженность магнитного поля |
|
(эрстед) |
|
|
Гамма
|
При изложении материала использовались следующие обозначения:
– вектор напряженности магнитного поля Земли (МПЗ).
– горизонтальная составляющая вектора напряженности МПЗ;
– вертикальная составляющая вектора напряженности МПЗ;
– угол магнитного склонения;
– угол магнитного наклонения;
– намагниченность;
– остаточная намагниченность;
– индуктивная составляющая намагничивания корабля;
– вектор напряженности магнитного поля корабля;
– вектор напряженности поля вертикального намагничивания корабля;
– вертикальная составляющая поля вертикального намагничивания;
– вертикальная составляющая поля остаточного вертикального намагничивания;
– вертикальная составляющая поля индуктивного вертикального намагничивания;
– продольная составляющая поля вертикального намагничивания ;
– продольная составляющая поля остаточного вертикального намагничивания;
– продольная составляющая поля индуктивного вертикального намагничивания;
– поперечная составляющая поля вертикального намагничивания;
– поперечная составляющая поля остаточного вертикального намагничивания;
– поперечная составляющая поля индуктивного вертикального намагничивания;
– вектор напряженности поля продольного намагничивания корабля;
– вертикальная составляющая поля продольного намагничивания корабля;
– продольная составляющая поля продольного намагничивания корабля:
– поперечная составляющая поля продольного намагничивания корабля (аналогично вводятся обозначения для полей остаточного продольного намагничивания и индуктивного продольного намагничивания);
– вектор напряженности поля поперечного намагничивания корабля;
– вертикальная составляющая поля поперечного намагничивания корабля;
– продольная составляющая поля поперечного намагничивания корабля;
– поперечная составляющая поля поперечного намагничивания корабля (аналогично вводятся обозначения для полей остаточного поперечного намагничивания и индуктивного поперечного намагничивания);
– вертикальная составляющая вектора напряженности МПК;
– продольная составляющая вектора напряженности МПК;
– поперечная составляющая вектора напряженности МПК;
– магнитный курс корабля.