磁学: 基础知识外文翻译资料

 2022-04-19 06:04

MAGNET FORMULAS

Magnetics: The Basics

Wherever you go. Whatever you do. Make sure you don#39;t try to build something that doesn#39;t agree with these little gems.

Maxwell#39;s Equations

I

Gauss#39;s Law for Electricity. The surface integral of electric field over any closed surface is proportional to the enclosed charge. The k factor is the dielectric constant, equal to 1 in free space.

II

Gauss#39;s Law for Magnetism. The integral of magnetic flux density over any closed surface is zero. This is the mathematical expression of the fact that no magnetic monopoles have ever been discovered.

III

Faraday#39;s Law of Induction. The line integral of electric field over any closed path is proportional to the rate of change of magnetic flux in the enclosed region.

IV

Ampere#39;s Law (as extended by Maxwell). The line integral of magnetic flux density over any closed path is proportional to the rate of change of electric field and electric current in the enclosed region. The km factor is the relative permeability, equal to 1 in free space.

Those Little Constants

All of the preceding equations work with units of meters, seconds, teslas (units of induced magnetic flux density, commonly referred to as 'magnetic field' or 'field'), webers (units of induced magnetic flux), amperes, volts and coulombs. The constants have the following values:

8.85 x 10-12 F/m

Permittivity constant

1.26 x 10-6 H/m

(exactly 4pi x 10-7)

Permeability constant

The Law of Biot Savart

This handy little law is the foundation upon which most of the air core coil formulas in this site are based:

The current element dl on a current filament contributes a magnetic field, dB, in a direction normal to the plane formed by dl and the vector r.

The good news is that by solving this integral for an arbitrary configuration of current filaments (like a coil, or set of coils) you can compute the magnetic field vector at any point in space.

The bad news is that there is no closed solution to this integral for most interesting configurations of current filaments and vectors r.

Oh well.

Magnetic Field Formulas

(Direct from Maxwell)

These three simple formulas can be derived directly from Maxwell#39;s fourth equation, or Ampere#39;s Law.

Magnetic field due to an infinite, straight current filament

B is the magnetic field, in teslas. The direction of the field is tangent to a circle on a radius r (in meters) from the wire.

is the permeability constant (1.26x10-6 H/m)

i is the current in the wire, in amperes.

Field inside a straight, infinite, air core solenoid

B is the magnetic field inside the solenoid, in teslas. The direction of the field is parallel to the axis of the solenoid. There is no field outside the solenoid.

is the permeability constant (1.26x10-6 H/m)

i is the current in the wire, in amperes.

n is the number of turns of wire per unit length of the solenoid, in 1/meters.

Field inside an air core toroid coil

B is the magnetic field, in teslas. The direction of the field is tangent to a circle on a radius r (in meters) from the center of the toroid.

is the permeability constant (1.26x10-6 H/m)

i is the current in the wire, in amperes.

N is the total number of turns of wire in the toroid.

On-Axis Field Due to a Current Loop

This simple formula uses the law of Biot Savart, integrated over a circular current loop to obtain the magnetic field at any point along the axis of the loop.

Current loop in cross section view.

B is the magnetic field, in teslas, at any point on the axis of a current loop. The direction of the field is perpendicular to the plane of the loop.

is the permeability constant (1.26x10-6 H/m)

i is the current in the wire, in amperes.

r is the radius of the current loop, in meters.

x is the distance, on axis, from the center of the current loop, in meters.

Special Case: x = 0

Special Case: x gt;gt; r

Note that this is equivalent to the expression for on axis magnetic field due to a

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MAGNET FORMULAS

磁学: 基础知识

不管你去哪。,不管你做什么。 确保你不要试图建立一些不符合这些定理的东西。

麦韦斯韦方程组

I

高斯电力定律。 任何封闭表面上的电场表面积分与封闭电荷成正比。 k因子是介电常数,在自由空间中等于1。

II

高斯的磁性定律。 任何闭合表面上的磁通量密度积分为零。 这是没有发现磁单极的事实的数学表达。

III

法拉第诱导定律。 任何闭合路径上的电场的线积分与封闭区域中的磁通量的变化率成比例。

IV

安培定律(由Maxwell扩展)。 任何闭合路径上的磁通密度的线积分与封闭区域中的电场和电流的变化率成比例。 km因子是相对磁导率,在自由空间中等于1。

那些常量

所有上述方程以米,秒,特斯拉单位(感应磁通量密度的单位,通常称为“磁场”或“场”),韦伯单位(感应磁通单位),安培,伏特和库仑。 常量具有以下值:

8.85 x 10-12 F/m

介电常数

1.26 x 10-6 H/m

(exactly 4pi x 10-7)

渗透率常数

比奥萨伐尔法则

这个方便的小法则是本节中大多数空芯线圈公式的基础:

当前灯丝上的电流元件dl在垂直于由dl和矢量r形成的平面的方向上贡献磁场dB。

好消息是,通过求解任意配置当前灯丝(如线圈或线圈组)的这个积分,您可以计算空间任意点处的磁场矢量。

坏消息是,对于当前细丝和矢量r的大多数有趣配置,这个积分没有封闭的解决方案。

磁场公式(直接来自麦克斯韦)

这三个简单的公式可以直接从麦克斯韦的第四方程,或安培定律。

由无限直流电丝引起的磁场

B是磁场,在特斯拉斯。该磁场的方向是切线的半径r(米)上的一个圆从电线。

是渗透率常数(1.26x10-6H/m)。

我是电线上的电流,以安培计。

一个直的、无限大的空气芯螺线管内部的磁场

B是电磁铁内部的磁场,在Teslas中。磁场的方向与电磁铁的轴线平行。螺线管外没有磁场。

是渗透率常数(1.26x10-6H/m)。

我是电线上的电流,以安培计。

n是螺线管每单位长度的绕线数,以1/米为单位。

空气芯环形线圈内的磁场

B是磁场,在特斯拉斯。磁场的方向与圆周中心半径r(以米为单位)上的一个圆相切。

是渗透率常数(1.26x10-6H/m)

我是电线上的电流,以安培计。

n是环面上的总绕线数。

电流环引起的轴上场

这个简单的公式使用BiotSavart定律,将其集成在一个圆形电流环上,以获得环轴线上任意点的磁场。

Current loop in cross section view.

B 是磁场,在特斯拉中,在电流环的轴上的任何一点。磁场的方向垂直于回路的平面。

是渗透率常数(1.26x10-6H/m)。

i 是电线上的电流,以安培计。

r是电流环的半径,以米为单位。

x是从电流环中心到轴的距离,以米为单位。

特例: x = 0

特例: x gt;gt; r

请注意,这相当于磁偶极子在轴磁场上的表达式:

其中 A 是当前回路的区域,其为

有限、直、薄壳螺线管的轴向磁场

此公式使用由于电流环场公式,综合在一个范围内的离轴位移在一个有限的轴的任何一点获得磁场

Solenoid in cross section view.

普通情况:

B 是磁场,在电磁铁轴上的任何一点。磁场的方向与电磁铁轴平行。

是渗透率常数(1.26x10-6H/m)。

i是电线中的电流,以安培计。

N是螺线管中的总匝数。.

l螺线管的长度,以米为单位。

r是电磁阀的半径,以米为单位。

X1和x2是从电磁阀末端到磁场测量点的轴上距离,以米为单位。

特殊情况: x1=(-x2)

磁场测量点位于电磁铁的中心。

有限螺线管的轴向场

这个公式使用了由于薄壳螺线管而产生的磁场公式,在离半径范围内积分,在有限螺线管轴上的任意一点上得到磁场。

Solenoid in cross section view.

普通情况:

B是磁场,在Teslas中,在电磁铁轴上的任何一点。磁场的方向与电磁铁轴平行。

是以米、厘米和英寸为单位的线圈的渗透率常数(分别为1.26x10-6Tm/A、1.26x10-4TCM/A或4.95x10-5Tam/A)。

i是电线上的电流,以安培计。

N是螺线管中每单位长度的导线匝数。

R1是电磁阀的内部半径。

R2是螺线管的外半径。

X1和x2是从电磁阀两端到磁场测量点的轴上距离。

请注意,只要使用了渗透率常数的正确值,长度的单位可能是米、厘米或英寸(或呋喃)。

其中G是非单位几何因子:

where , and

P 是线圈消耗的总功率(以瓦特为单位)。

等于在典型线圈中范围从0.6到0.8之间。

是导体电阻率,单位为欧姆长度。长度单位必须与R1相匹配。

特殊情况: x1=(-x2)

磁场测量点位于电磁铁的中心。

或者

j是线圈截面的电流密度(单位面积)。

i是线圈的长度。

N是线圈中导线的总匝数。

而非单位几何因子G只是:

注意,G是最大的时间和时间。当满足这些条件时,具有给定内径和输入功率的线圈将提供最高的中心场强.

电流环引起的离轴场

这个简单的公式可以用Biot Savart定律得到的,在一个圆形的环电流在空间的任何一点获得磁场综合。把这个和简单得多的公式F比较一下。 或计算电流环上的轴磁场。

B 是磁场,在特斯拉斯,在空间的任何一点上,如果不在电流环上。等于两个字段分量之和,

BX 磁场分量,与线圈轴和线圈轴对齐。

Br径向磁场分量。

i是电线上的电流,以安培计。

a是电流环的半径,以米为单位。

x是从电流环的中心到现场测量点的距离,以米为单位。

r是从电流环的轴线到现场测量点的径向距离,以米为单位。

and

where,

,

,

,

,

,

K(K)是第一类完全椭圆积分函数。

E(K)是第二类完全

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