Магнитное давление - это плотность энергии, связанная с магнитным полем . С любым магнитным полем связано магнитное давление, содержащееся в граничных условиях поля. Оно идентично любому другому физическому давлению, за исключением того, что оно переносится магнитным полем, а не (в случае газа ) кинетической энергией молекул газа. Градиент напряженности поля вызывает силу из-за градиента магнитного давления, называемую силой магнитного давления .
Сила магнитного давления легко наблюдается в петле из проволоки без опоры . Если электрический ток проходит через петлю, провод служит электромагнитом , так что напряженность магнитного поля внутри петли намного больше, чем напряженность поля сразу за петлей. Этот градиент напряженности поля приводит к возникновению силы магнитного давления, которая стремится равномерно растягивать провод наружу. Если через провод проходит достаточный ток, петля из провода образует круг . При еще более высоких токах магнитное давление может создать растягивающее напряжение , превышающее предел прочности провода, что приведет к его разрыву или даже взрыву. Таким образом, управление магнитным давлением представляет собой серьезную проблему при разработке сверхсильных электромагнитов.
Сила (в cgs ) F, приложенная к катушке собственным током, равна [1]
где Y - внутренняя индуктивность катушки, определяемая распределением тока. Y равен 0 для высокочастотных токов, переносимых в основном по внешней поверхности проводника, и 0,25 для токов постоянного тока, равномерно распределенных по проводнику. См. Дополнительную информацию в разделе « Индуктивность» .
Взаимодействие между магнитным давлением и давлением обычного газа важно для магнитогидродинамики и физики плазмы . Магнитное давление также можно использовать для запуска снарядов ; это принцип действия рельсотрона .
Если какие-либо токи параллельны магнитному полю, силовые линии имеют форму, в которой градиент магнитного давления уравновешивается силой магнитного натяжения . Такая конфигурация поля называется бессиловой, потому что в ней нет силы Лоренца (). Знакомое потенциальное магнитное поле является частным случаем бессилового поля: конфигурации потенциального поля занимают пространство, в котором отсутствует электрический ток.
Магнитное давление дается в единицах СИ ( P в Па , B в T , μ 0 в Гн / м) формулой
и в единицах cgs ( P в дин / см² , B в G ) на
- .
В практических разделах
Смотрите также
Заметки
- ^ Garren 1994 , стр. 3425
Рекомендации
- Гаррен и Чен (1994). «Силы Лоренца на искривленных токовых петлях». Физика плазмы . 1 (10): 3425–3436. Bibcode : 1994PhPl .... 1.3425G . DOI : 10.1063 / 1.870491 .