Intensité du champ magnétique, ses caractéristiques de base. Exemples de problèmes

Le niveau d'intensité du champ magnétique est déterminé par calcul, en règle générale, uniquement au stade de la conception des installations sources du champ magnétique. Dans tous les autres cas, comme la mise en service de nouvelles installations, la modification de leur conception, l'organisation de nouveaux postes de travail, etc., il est nécessaire de procéder à des tests expérimentaux.

La surveillance des niveaux de champ magnétique constant doit être effectuée en mesurant les valeurs d'induction magnétique ou d'intensité de champ magnétique sur les lieux de travail permanents du personnel ou en l'absence de lieu de travail permanent en plusieurs points de la zone de travail situés à différentes distances de la source de champ. dans tous les modes de fonctionnement de la source ou uniquement en mode maximum. Lors de l'évaluation hygiénique des niveaux de champ magnétique permanent sur le lieu de travail, la valeur la plus élevée de toutes les valeurs enregistrées est décisive.

Les mesures du champ magnétique constant doivent être effectuées sur les lieux de travail et en des points de la zone de travail situés à une distance minimale de la source, où se trouve le personnel de maintenance, à trois niveaux de la surface du champ : 0,5 ; 1,0 et 1,7 m (position de travail « debout ») et 0,5 ; 0,8 et 1,4 m (position de travail « assise »).

Avec exposition locale à un champ magnétique constant, des mesures sont effectuées au niveau des phalanges terminales des doigts, du milieu de l'avant-bras et du milieu de l'épaule. La valeur déterminante des grandeurs mesurées est leur plus grande valeur.

Dans le cas où, lors de l'exécution d'opérations technologiques, il est nécessaire d'avoir un contact direct des mains d'une personne avec la surface de la source (la surface d'un aimant permanent), les mesures doivent également être effectuées par contact direct du capteur de l'appareil avec la surface de la source.

La surveillance des niveaux de champ magnétique à fréquence industrielle est effectuée dans les mêmes conditions que lors de la surveillance d'un champ électrique d'une fréquence de 50 Hz.

La mesure de l'intensité du champ magnétique (induction) doit être effectuée sur tous les postes de travail du personnel assurant l'entretien de l'installation électrique, dans les lieux de passage des personnes (à proximité de conducteurs de courant blindés, sous les ponts de bus, etc.), ainsi que dans les locaux de production avec présence de personnel, qui se trouvent à une distance inférieure à 20 m des parties sous tension des installations électriques.

Les mesures doivent être effectuées sur des lieux de travail à une hauteur de 0,5 ; 1,5 et 1,8 m de la surface du sol (sol). Si la source du champ magnétique est située sous le lieu de travail, les mesures doivent également être effectuées au niveau du sol de la pièce, le sol. La plus grande valeur enregistrée est déterminante.

Il est interdit d'effectuer des mesures en présence de précipitations, de températures et d'humidité dépassant les paramètres de fonctionnement maximaux des instruments de mesure.

L'intensité du champ magnétique (ou induction magnétique) est mesurée à l'aide d'instruments spéciaux. Le choix de l'un ou l'autre appareil dépend du niveau du champ mesuré, de la fréquence, du lieu et du but pour lequel la mesure est effectuée. Cependant, dans tous les cas, les instruments doivent fournir une erreur de mesure ne dépassant pas ± 10 %.

Il est recommandé d'utiliser des appareils dotés d'un capteur à induction tridimensionnel, qui permet une mesure automatique du module maximal de l'intensité du champ magnétique pour toute orientation du capteur dans l'espace.

Présentons les caractéristiques de quelques instruments utilisés pour mesurer les niveaux de champ magnétique.

Milliteslamètre universel portable TP-2U conçu pour mesurer l'induction magnétique de champs magnétiques constants, alternatifs et pulsés. L'appareil a une plage de mesure de 0,01 à 1999 mT. Lors de la mesure de la valeur d'amplitude de l'induction magnétique d'un champ magnétique alternatif, la fréquence du champ peut varier de 0,2 à 2000 Hz.

Milliteslamètre portable modulaire à trois composants MPM-2 conçu pour mesurer le module et trois composantes mutuellement perpendiculaires B X , B Y , B Z du vecteur induction magnétique de champs magnétiques constants et alternatifs dans la plage de 0,01 à 199,9 mT. Pratique pour surveiller les champs magnétiques sur les lieux de travail, à l'intérieur et sur le terrain. Lors de la mesure de l'induction magnétique d'un champ alternatif, la fréquence du champ peut varier de 40 à 200 Hz.

Compteur de champ magnétique alternatif IMP-0.4 possède deux bandes de fréquences. En bande 1, la fréquence du signal peut varier de 5 à 2000 Hz, et le niveau d'induction mesuré de 200 à 5000 nT. La bande 2 a une gamme de fréquences de 2 à 400 kHz et un niveau d'induction mesuré de 10 à 1 000 nT.

Compteur de champ magnétique alternatif IMP-0.5 se compose de deux blocs IMP-0.5/1 et IMP-0.5/2. Le premier bloc a une plage de fréquence de 5 à 2 000 Hz et une plage de mesure de 100 à 2 000 nT. Le deuxième bloc a une gamme de fréquences de 2 à 400 kHz et une plage de mesure de 10 à 200 nT.

Les appareils IMP-04 et IMP-05 sont destinés à mesurer les valeurs efficaces de l'induction magnétique des champs magnétiques basse fréquence à proximité de divers moyens techniques, notamment informatiques, lors de leur certification, lors du suivi des normes dans le domaine. de la protection de l'environnement, ainsi que lors de la certification des lieux de travail pour les conditions de travail conformément aux normes sanitaires (SanPiN 2.2.542-96).

Compteur de paramètres de champ électromagnétique de fréquence industrielle EMPR-mètre conçu pour mesurer la valeur efficace de l'intensité des champs électriques et magnétiques de fréquence industrielle (50 Hz) dans les locaux d'habitation et de travail s'ils contiennent des équipements électriques à des fins d'alimentation, de services publics, de commutation et d'information, ainsi que lors de la conduite une inspection sanitaire et hygiénique complète des territoires.

L'appareil permet de mesurer les champs excités par les installations électriques industrielles, les équipements de réseaux électriques, les équipements électriques médicaux et domestiques conformément aux exigences de GOST 12.1.002-84, MSanPiN 001-96, SanPiN 2.1.2.1002-00.

L'appareil dispose d'une plage de mesure de l'intensité du champ magnétique de 10 à 10 000 A/m.

Mesureur de champ de fréquence industrielle PZ-50 conçu pour mesurer l'intensité des champs électriques et magnétiques de fréquence industrielle (50 Hz) et est utilisé pour contrôler la télécommande du champ électrique et magnétique conformément à GOST 12.1.002-84. L'appareil dispose d'une plage de mesure de l'intensité du champ magnétique de 0,01 à 20 000 A/m.

Analyseur de champ magnétique alternatif type EFA-1 dispose d'un capteur à trois coordonnées intégré au corps de l'appareil et vous permet de déterminer automatiquement le module maximal d'induction du champ magnétique à n'importe quelle position en un point donné de l'espace. L'appareil dispose d'un fréquencemètre intégré et permet de mesurer l'induction MF dans la plage de fréquences de 5 à 30 kHz, y compris à une fréquence fixe de 50 ± 5 % Hz, et dispose d'un dispositif de lecture numérique et analogique qui fonctionne simultanément. Les lectures peuvent être prises en valeurs réelles et maximales. L'appareil est équipé d'un écran à cristaux liquides rétroéclairé multifonctionnel, permettant un fonctionnement dans des conditions de faible luminosité. L'appareil dispose d'un menu utilisateur qui permet de définir la limite de mesure requise, la fréquence (fixe ou plage), le mode de fonctionnement (lecture continue ou mise en évidence de la valeur la plus élevée à un point de mesure donné), la valeur mesurée (rms ou maximale). Il est possible d'utiliser l'appareil comme indicateur lors du réglage (via le menu) de la valeur de la télécommande. Indication – signal lumineux et sonore. L'analyseur présente les caractéristiques techniques suivantes : Limites de mesure d'induction MF – 5 nT – 10 mT ; erreur de mesure – ± 3 ou ± 5 % (selon le type de capteur) ; alimentation – 5 cellules galvaniques standards (fonctionnement continu 20 heures). Equipé d'un chargeur; dimensions – 110 x 200 x 60 mm ; poids (avec piles) – 1000 g ; température ambiante admissible – 0 – 50 °C ; relatif

humidité de l'air – jusqu'à 95 % ; il est possible de se connecter à un PC ; est conforme aux normes internationales ISO 9001 et SENELEC50166.

Mesureur de champ magnétique INMP-50 dispose d'une unité de mesure et d'un capteur MP externe à trois coordonnées constitué de bobines sectionnées montées dans des plans orthogonaux, montées sur une tige avec une poignée ; limites de mesure – 10 ; 100 ; 1000 ; 10 000 A/m (la limite de mesure est sélectionnée automatiquement) ; appareil de lecture – numérique ; erreur de mesure -< 10 %; питание – комбинированное.

Principales caractéristiques opérationnelles : capacité à travailler dans des conditions d'exposition à EF avec une fréquence de 50 Hz (à E< 50 кВ/м); допустимая температура окружающей среды – 10 – 30 °С; относительная влажность воздуха – не более 90 %.

Compteur d'induction magnétique de fréquence industrielle IMP-50 mesure la valeur efficace de l'induction du MF alternatif ; capteur à trois coordonnées ; plage de fréquences – 50 ± 1 Hz ; plage de mesure – 0,01 µT – 10 mT ; erreur de mesure -< 10 %; относительная влажность – до 98 %; питание – автономное.

Des instruments sont également utilisés pour mesurer la force d'un champ magnétique constant Ш1-8 Et F4355, ayant une plage de mesure de 0 à 1600 kA/m, ainsi qu'un dispositif G-79 avec une plage de mesure de 0 à 15 kA/m dans une plage de fréquence de 0,02 à 20 kHz.

Une fois les mesures effectuées, un protocole doit être établi. Les données suivantes sont saisies dans le protocole :

- Nom de l'objet ;

– les coordonnées de l'organisme effectuant les mesures ;

– date des mesures ;

– caractéristiques de l'instrument de mesure (type, numéro de série, limites de mesure, erreur de base, date de la dernière vérification) ;

– Nom complet, fonction du représentant de l'organisme - propriétaire de l'installation électrique ;

– plan d'aménagement des équipements indiquant l'emplacement des postes de travail et des points de mesure ;

– courant de fonctionnement dans la source MF pendant les mesures ;

– des informations sur la technique de mesure ;

– la température et l'humidité relative ;

- résultats de mesure;

– conclusion(s) avec une évaluation de la conformité des niveaux de MP mesurés avec les niveaux maximaux admissibles ;

– noms et qualités des personnes qui ont effectué les mesures ;

L’une des caractéristiques physiques les plus importantes de l’environnement humain naturel et artificiel est le champ magnétique. Il représente l'une des formes d'existence du champ électromagnétique. La principale caractéristique distinctive de cette forme est que le champ magnétique agit exclusivement sur les particules et les corps qui, d'une part, sont en mouvement continu et, d'autre part, contiennent une certaine charge électrique.

Il est également connu dans les cours de physique que pour créer un champ magnétique, il faut un conducteur porteur de courant et des champs électriques alternatifs. Les caractéristiques les plus importantes de ce champ sont le vecteur d’induction magnétique et l’intensité magnétique.

L'intensité du champ magnétique est l'une des grandeurs vectorielles étudiées en physique, qui consiste en la différence entre le vecteur induction électromagnétique et le vecteur magnétisation. L’intensité magnétique étant son unité de mesure, l’ampère par mètre est généralement acceptée et la plus courante. Pour obtenir une intensité de champ électromagnétique de 1 a/m, il est nécessaire qu'un courant électrique de 2π ampères circule dans un fil droit et long avec le plus petit diamètre de section possible. Dans ce cas, en tous les points formés par celui-ci à une distance de 1 mètre, l'intensité du champ électromagnétique sera égale à 1 a/m.

L'intensité du champ magnétique, ou, en d'autres termes, le nombre de lignes de force de ce champ, peut être estimée. En particulier, pour déterminer la direction de ces lignes, vous pouvez utiliser la règle bien connue. Cette règle est l'une des pierres angulaires de tout génie électrique. Il stipule que si la direction générale du mouvement de la vrille est complètement identique à la direction du courant électrique dans un conducteur particulier, alors le sens de rotation de la vrille est identique à la direction des lignes magnétiques.

Sur la base de cette règle, il est facile de prouver que les lignes magnétiques qui apparaissent dans les spires de la bobine sont dirigées dans la même direction. Nous pouvons en conclure que l’intensité du champ magnétique à l’intérieur de la bobine sera bien plus forte que l’intensité créée par un tour. Cela est dû, entre autres, au fait que les lignes de champ des spires voisines sont dirigées parallèlement les unes aux autres, mais dans des directions différentes. Par conséquent, l'intensité du champ magnétique entre elles diminuera régulièrement.

Il est tout à fait naturel que le champ magnétique de toute bobine soit directement proportionnel à la valeur qui passe par ses spires. De plus, l'intensité du champ magnétique dépend directement de la proximité de ces tours les uns par rapport aux autres. Il a été prouvé expérimentalement que dans deux bobines dans lesquelles circule un courant électrique de même intensité et que le nombre de tours est exactement le même, le champ magnétique sera plus fort dans celle où la bobine a une longueur axiale plus courte, c'est-à-dire , ses tours sont situés beaucoup plus près les uns des autres.

La valeur numérique des ampères-tours est très importante, qui peut être calculée en multipliant le nombre de tours dans la bobine par l'intensité du courant qui y circule. La force magnétomotrice dépendra également de l’amplitude des ampères-tours. Sur la base de ce concept, on peut facilement prouver que le champ magnétique de la bobine étudiée est directement proportionnel au nombre d'ampères-tours par unité de longueur axiale. En d’autres termes, plus la force magnétomotrice créée dans la bobine étudiée est grande, plus l’intensité du champ électromagnétique est élevée.

En plus des champs magnétiques créés artificiellement, il existe également un champ magnétique naturel, qui se forme principalement dans l'enveloppe externe du noyau. Les principales caractéristiques de ce champ, y compris l'intensité, changent à la fois dans le temps et dans l'espace. Cependant, toutes les lois fondamentales caractéristiques des champs créés artificiellement fonctionnent également dans le champ géomagnétique.

L'expérience montre que le champ magnétique créé par un conducteur porteur de courant dans le vide et dans n'importe quel milieu sera différent. Cela s'explique par le fait que des microcourants circulent dans le milieu, provoqués par le mouvement des électrons dans les atomes et les molécules. Ces microcourants créent leur propre champ magnétique. Le vecteur d'induction magnétique caractérise le champ résultant créé par tous les micro et macrocourants. Avec le même courant dans le conducteur et d’autres conditions égales, l’amplitude du vecteur B dans différents milieux sera différente.

Pour caractériser le champ magnétique créé par le macrocourant lui-même, un vecteur d'intensité de champ magnétique auxiliaire est introduit, qui ne dépend pas des propriétés du milieu. Il existe une relation entre les vecteurs d'induction B et la tension H : B =  0 N = V 0.

(Dans le système gaussien B = μH, dans le vide μ = 1 et B = H).

 - perméabilité magnétique relative du milieu, montre combien de fois l'induction du champ magnétique dans le milieu diffère de l'induction sous vide (V 0)

 0 = 410 -7 N/m 2 (H/m) – constante magnétique.

Loi Biot-Savart-Laplace

Le champ magnétique d'un conducteur parcouru par le courant dépend non seulement de l'amplitude du courant, mais également de la forme du circuit parcouru par le courant. Tout comme en électrostatique pour le champ de charges distribuées, nous pouvons supposer que le champ résultant H d'un conducteur porteur de courant est la somme vectorielle des champs dH créés par les éléments de courant individuels. Seulement, contrairement à l'électrostatique, il est impossible de mesurer et d'étudier le champ d'un élément de courant séparé, puisque tout courant continu circule dans un circuit fermé.

Pour les conducteurs linéaires dont l'épaisseur est faible par rapport à la distance à laquelle l'intensité du champ magnétique est déterminée, selon la loi de Biot-Savart-Laplace, l'intensité du champ magnétique créé par un élément de courant à une distance r de celui-ci est inversement proportionnel au carré de la distance et directement proportionnel à l'amplitude de l'élément de courant et au sinus de l'angle entre la direction du courant et la direction jusqu'au point auquel la tension est déterminée

k – coefficient de proportionnalité, dépend du choix du système d'unités, dans le système GHS k = 1, dans SI k = .

Le vecteur dH est perpendiculaire au plan passant par l'élément de courant et le point auquel la tension est déterminée. Sa direction est déterminée par la règle de la vrille (ou de la vis droite) : si le mouvement de translation de la vrille coïncide avec le sens du courant, alors le manche décrit des cercles dont les tangentes coïncident avec la direction de la tension (dirigée dans le sens de déplacement de la poignée).

La figure montre la section transversale du conducteur, avec une croix indiquant que le courant est dirigé loin de nous. Les lignes de tension sont des cercles concentriques.

L'intensité totale du champ magnétique créé par un conducteur porteur de courant est égale à la somme géométrique des intensités créées par tous les éléments du courant et est déterminée par intégration.

La loi de Biot-Savart-Laplace a été établie pour le courant continu dans les conducteurs - courant de conduction. La validité de cette loi a été confirmée pour d'autres formes de mouvement de charges électriques (courants de convection, courants dans le vide). Dans le cas de courants répartis dans tout le volume, l'expression de l'élément courant peut s'écrire idl = jdsdl = jdV.

Qu'est-ce que la tension magnétique ?

Détermination de la tension magnétique

Détermination de la tension magnétique :

La tension magnétique sur une section droite d'un circuit est le produit de la longueur de la section et de la projection du vecteur intensité magnétique sur cette section droite.

Tout cela s'applique à un champ magnétique uniforme. Si le champ n'est pas uniforme ou si la section du contour n'est pas droite, alors sélectionnez une petite partie du contour qui peut être considérée comme rectiligne, et le champ magnétique à l'emplacement de cette section est uniforme.

Formule de tension magnétique

L'image ci-dessus montre un champ magnétique uniforme avec un vecteur d'intensité H et un contour incurvé L. Le contour est curviligne, il est donc impossible de déterminer la tension magnétique sur tout le contour à la fois. Sélectionnons un segment ΔL sur le contour (représenté par un trait épais), qui peut être considéré comme rectiligne, et nous ne retrouverons la tension magnétique que dans cette section. La projection du vecteur intensité du champ magnétique H sur la direction du segment ΔL est égale à :

H L = H * cos α

où α est l'angle entre le vecteur H et le segment ΔL.

Tension magnétique sur le segment ΔL (formule de tension magnétique) :

U m = (H * cos α) * ΔL = H L * ΔL

Après avoir identifié les sections droites sur les parties restantes du contour L, on retrouve les tensions magnétiques sur celles-ci. Alors la tension magnétique totale sur l'ensemble du circuit L sera égale à la somme des tensions magnétiques des tronçons :

U L = Σ H L * ΔL

La tension magnétique se mesure en ampères : A.

La tension magnétique le long du contour L dépend de la forme de ce contour.

Problème de tension magnétique

Résolvons maintenant un problème simple : comment les contraintes magnétiques seront-elles liées aux segments ΔL, ΔL 1, ΔL 2 (voir figure), c'est-à-dire où sont-ils le plus et où sont-ils le moins ? Les longueurs de toutes les sections sont les mêmes, le champ magnétique est partout uniforme.

Solution. Dans ces conditions, les contraintes magnétiques sur les segments indiqués ne différeront que par les amplitudes des projections du vecteur d'intensité du champ magnétique sur les directions de ces segments. Le segment ΔL 1 est situé à un angle plus petit par rapport à la direction du vecteur Η par rapport aux segments ΔL et ΔL 2, ce qui signifie que cos α est plus proche de l'unité et que la tension magnétique y sera plus grande. Le segment ΔL 2 est situé à angle droit par rapport à la direction du vecteur tension, ce qui signifie que la projection du vecteur tension Η sur la direction du segment ΔL 2 sera égale à zéro.

Et maintenant attention, la bonne réponse : nous obtiendrons la plus grande tension magnétique sur le segment ΔL 1, et la plus petite - sur le segment ΔL 2.

Règle de la main droite ou de la vrille :

La direction des lignes de champ magnétique et la direction du courant qui les crée sont interconnectées par la règle bien connue de la main droite ou vrille, qui a été introduite par D. Maxwell et est illustrée par les dessins suivants :

Peu de gens savent qu'une vrille est un outil permettant de percer des trous dans le bois. Il est donc plus compréhensible d’appeler cette règle la règle d’une vis, d’une vis ou d’un tire-bouchon. Cependant, attraper le fil comme sur la photo met parfois la vie en danger !

Induction magnétique B :

Induction magnétique- est la principale caractéristique fondamentale du champ magnétique, similaire au vecteur d'intensité du champ électrique E. Le vecteur induction magnétique est toujours dirigé tangentiellement à la ligne magnétique et montre sa direction et sa force. L'unité d'induction magnétique en B = 1 T est considérée comme l'induction magnétique d'un champ uniforme, dans lequel une section de conducteur d'une longueur de je= 1 m, avec une intensité de courant en je= 1 A, agit du côté du champ force maximale Ampère - F= 1 H. La direction de la force Ampère est déterminée par la règle de la main gauche. Dans le système CGS, l'induction du champ magnétique est mesurée en gauss (G), dans le système SI - en tesla (T).

Intensité du champ magnétique H :

Une autre caractéristique du champ magnétique est tension, qui est un analogue du vecteur de déplacement électrique D en électrostatique. Déterminé par la formule :

L'intensité du champ magnétique est une grandeur vectorielle, une caractéristique quantitative du champ magnétique et ne dépend pas des propriétés magnétiques du milieu. Dans le système CGS, l'intensité du champ magnétique est mesurée en oersteds (Oe), dans le système SI - en ampères par mètre (A/m).

Flux magnétique F :

Le flux magnétique Ф est une grandeur physique scalaire qui caractérise le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant dans un circuit fermé. Considérons un cas particulier. DANS champ magnétique uniforme, dont la norme du vecteur induction est égale à ∣B ∣, est placé boucle fermée plate zone S. La normale n au plan de contour fait un angle α avec la direction du vecteur induction magnétique B. Le flux magnétique à travers la surface est la quantité Ф, déterminée par la relation :

En général, le flux magnétique est défini comme l'intégrale du vecteur induction magnétique B à travers une surface finie S.

Il convient de noter que le flux magnétique traversant toute surface fermée est nul (théorème de Gauss pour les champs magnétiques). Cela signifie que les lignes de champ magnétique ne se séparent nulle part, c'est-à-dire le champ magnétique a une nature vortex, et aussi qu'il est impossible l'existence de charges magnétiques qui créeraient un champ magnétique de la même manière que les charges électriques créent un champ électrique. Dans le SI, l'unité de flux magnétique est Weber (Wb), dans le système CGS c'est Maxwell (Mx) ; 1 Wb = 10 8 µs.

Définition de l'inductance :

L'inductance est un coefficient de proportionnalité entre le courant électrique circulant dans tout circuit fermé et le flux magnétique créé par ce courant à travers la surface dont ce circuit est le bord.

Sinon, l'inductance est un coefficient de proportionnalité dans la formule d'auto-induction.

En unités SI, l'inductance est mesurée en Henry (H). Un circuit a une inductance d'un Henry si, lorsque le courant change d'un ampère par seconde, une force électromotrice auto-inductive d'un volt apparaît aux bornes du circuit.

Le terme « inductance » a été proposé par Oliver Heaviside, un scientifique anglais autodidacte en 1886. En termes simples, l'inductance est la propriété d'un conducteur porteur de courant d'accumuler de l'énergie dans un champ magnétique, équivalente à la capacité d'un champ électrique. Cela ne dépend pas de l’intensité du courant, mais uniquement de la forme et de la taille du conducteur qui transporte le courant. Pour augmenter l'inductance, le conducteur est enroulé dans bobines, dont le calcul est ce à quoi le programme est dédié