Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Единицы измерения магнитных величин

Единицы измерения магнитных величин.

Диаграмма силовых линий магнитного поля прямоугольного магнита Громоздкие подковообразные магниты из сплава ЮНДК (альнико) использовались в магнетронах до появления ферритовых и позже редкоземельных магнитов Магнитная индукция векторная величина буква B со стрелочкой Магнитная пленка-визуализатор позволяет наблюдать стационарные или медленно меняющиеся магнитные поля

(русское обозначение:
Тл
; международное обозначение:
T
) — единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Через основные единицы СИ тесла выражается следующим образом:

  • ·−2·−1

Через производные единицы СИ тесла выражается соотношениями:

  • / 2
  • · / 2
  • ·−1·−1

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы тесла пишется со строчной буквы, а её обозначение «Тл» — с заглавной.

Соотношения с другими единицами измерения магнитной индукции:

  • 1 Тл = 10 000 гаусс (единица СГС)
  • 1 Тл = 1·109гамма (единица, применяемая в геофизике)

Единица названа в честь изобретателя Николы Тесла. В Международную систему единиц (СИ) тесла введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием СИ в целом[1].

Характерные значения

  • Во внешнем космосе магнитная индукция составляет от 0,1 до 10 нанотесла (от 10−10 Тл до 10−8 Тл).
  • Магнитное поле Земли значительно варьируется во времени и пространстве. На широте 50° магнитная индукция в среднем составляет 5·10−5 Тл, а на экваторе (широта 0°) — 3,1·10−5 Тл.
  • Сувенирный магнит на холодильнике создает поле около 5 миллитесла.
  • Отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера — от 0,54 до 8,3 Тл.
  • В солнечных пятнах — 10 Тл.
  • Рекордное значение постоянного магнитного поля, достигнутое людьми без разрушения установки — 100,75 Тл[2]
  • Рекордное значение импульсного магнитного поля, когда-либо наблюдавшегося в лаборатории — 2,8·103 Тл[3]
  • Магнитные поля в атомах — от 1 до 10 килотесла (103 — 104 Тл).
  • На нейтронных звёздах — от 1 до 100 мегатесла (106 Тл — 108 Тл).
  • На магнетарах — от 0,1 до 100 гигатесла (108 — 1011 Тл).

Характеристики магнитного поля

  • магнитная индукция
  • магнитный поток
  • магнитная проницаемость

Магнитная индукция (B)

Это интенсивность магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит создаёт магнитное поле, тем больше индукция.

Напряженность магнитного поля, его базовые характеристики. Примеры задач

Наверное, все мы сталкивались в детстве с чудесными свойствами обыкновенных магнитов. Небольшой кусок металла привлекал к себе одни кусочки железа и отталкивал другие.

напряженность магнитного поля

Удивительные свойства магнита этим не ограничиваются. Например, магнит, подвешенный на нити, всегда располагается в пространстве определенным образом – это свойство легло в основу изобретения компаса. Конечные точки магнита являются наиболее «сильными». Их принято называть «полюсами». Специфические свойства магнита обусловлены его магнитными полями, которые не являются веществом, но ведут себя весьма осязаемо. Одной из самых важных характеристик является напряженность магнитного поля.

Характеристики магнитного поля

Любое магнитное поле обладает энергией, которая проявляет себя при взаимодействии с другими телами. Под влиянием магнитных сил движущиеся частички меняют направление своего потока. Магнитное поле появляется лишь вокруг тех электрических зарядов, которые находятся в движении. Всякое изменение электрического поля влечет за собой появление магнитных полей.

магнитная напряженность

Обратное утверждение также верно: изменение магнитного поля — предпосылка к возникновению электрического. Такое тесное взаимодействие привело к созданию теории электромагнитных сил, с помощью которых и сегодня успешно объясняются различные физические явления.

Напряженность магнитного поля

Напряженность магнитного поля — векторная физическая величина, в общем случае равная разности векторов индукции магнитного поля B → и намагниченности P m → .

Напряженность обозначается буквой Н → . Единица измерения напряженности магнитного поля в системе СИ — ампер на метр ( А м п е р м е т р ).

Формула напряженности магнитного поля:

Н → = 1 μ 0 B → — P m → .

Здесь коэффициент μ 0 — магнитная постоянная. μ 0 = 1 , 25663706 Н А 2 .

Изображение магнитных полей

Магнитное поле можно изобразить на листе бумаги при помощи силовых линий. Их рисуют таким образом, чтобы реальное направление сил поля в каждой точке совпадало с нарисованными. Направления силовых полей могут быть определены при помощи компасной стрелки, северный полюс которой всегда направлен по касательной к силовой линии. Северный полюс принято обозначать местом, откуда выходят силовые линии магнитного поля, и южный – местом их вхождения. Следует помнить, что такое разделение весьма условно, и принимается во внимание только из-за своей наглядности.

напряженность магнитного поля

Физический смысл напряженности магнитного поля

Индукция магнитного поля – силовая характеристика. Индукция определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью.

Напряженность поля характеризует густоту силовых линий (линий магнитной индукции).

Физический смысл напряженности магнитного поля

В вакууме или при отсутствии среды, способной к намагничиванию (например, в воздухе) напряженность магнитного поля совпадает с магнитной индукцией с точностью до коэффициента μ 0 .

В средах, способных к намагничиванию (магнетиках) напряженность несет смысл как бы «внешнего поля». Она совпадает с вектором магнитной индукции, который был бы, если бы магнетика не было.

Что такое магнитная напряженность

Железные опилки, выстраивающиеся вдоль магнитных полей, доказывают, что магнитное поле имеет два важных показателя – величину и направление. В любой точке пространства магнитное поле распространяется со скоростью, равной скорости света в вакууме — 300000 километров/сек.

Чтобы дать определение характеристикам магнитного поля, ученые ввели величину «напряженность». Это векторная величина, указывающая направление действия магнитного поля и на количество его силовых линий. По своим характеристикам напряженность магнитного поля аналогична понятию «силы» в механике. Этот показатель не зависит от параметров среды, в которой проводятся эксперименты, а только от силы магнитного потока и расстояния до источника, продуцирующего поле. В различных случаях таким источником может служить одиночный магнит, магнитная катушка, электрический провод. В каждом из этих случаев возникает магнитное поле с определенными характеристиками.

Читайте так же:
Чем можно заменить проволоку

Основные характеристики магнитного поля, используемые в системах СИ и СГС

Магнитное поле имеет следующие основные характеристики:

  • Напряженность (H). Для измерения значения этой векторной величины в международной системе СИ используются амперы на метр (А/м). В системе «Сантиметр-Грамм-Секунда» для этого применяются Эрстеды (Э). Взаимосвязь выглядит следующим образом: 1 А/м = 4π/103 Э. 1 А/м ≈ 0,0125663 Э.
  • Индукция (B). Для измерения значения этой векторной величины в международной системе СИ используются Теслы (Тл). В системе «Сантиметр-Грамм-Секунда» для этого применяются Гауссы (Гс). Взаимосвязь выглядит следующим образом: 1 Тл = 10000 Гс.

Напряженность электромагнитного поля в экспериментах

Рассмотрим одиночный провод, по которому движется электрический ток. При движении этого провода вокруг него возникает магнитное поле. Его характеристики можно выразить через напряженность, которая определяется мерой воздействия магнитного поля на исследуемое тело.

Можно исследовать магнитное поле внутри катушки. В этом случае напряженность будет напрямую зависеть от количества витков катушки и расстояния между нею и исследуемым телом.

напряженность магнитного поля катушки

Объединяя эти два вывода, можно подвести итоги: напряженность магнитного поля в любой точке пространства обратно пропорциональна длине магнитной линии и прямо пропорциональна произведению количества витков катушки на силу тока.

Физический смысл напряженности магнитного поля

Индукция магнитного поля – силовая характеристика. Индукция определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью.

Напряженность поля характеризует густоту силовых линий (линий магнитной индукции).

Физический смысл напряженности магнитного поля

В вакууме или при отсутствии среды, способной к намагничиванию (например, в воздухе) напряженность магнитного поля совпадает с магнитной индукцией с точностью до коэффициента μ 0 .

В средах, способных к намагничиванию (магнетиках) напряженность несет смысл как бы «внешнего поля». Она совпадает с вектором магнитной индукции, который был бы, если бы магнетика не было.

Магнитная индукция

Определение напряженности магнитного поля было бы неполным без понятия «магнитная индукция». Эта величина объясняет, какую работу способно производить данное магнитное поле. Чем сильнее магнитное поле, тем больше работы оно может производить, тем больше значение его магнитной индукции.

В физике магнитная индукция обозначается литерой Ḇ. Наглядно ее можно изобразить в виде плотности магнитных силовых линий, приходящихся на единицу площади поверхности, которая расположена перперндикулярно к измеряемому магнитному полю. В настоящее время магнитная индукция измеряется в Теслах.

Напряжённость магнитного поля. Определение

Напряжённость магнитного поля — это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B

и вектора намагниченности
М
. В Международной системе единиц (СИ) значение напряжённости магнитного поля определяется формулой:

= (1/μ0) ·
B

M
где μ₀ — магнитная постоянная, иногда её называют магнитной проницаемостью вакуума

В системе единиц СГС напряженность магнитного поля определяется по другой формуле:

=
B
— 4·π·
М
В Международной системе единиц СИ напряжённость магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м), в системе СГС — в эрстедах (Э).

В электротехнике встречается также внесистемная единица измерения напряжённости — ампер-виток на метр. С другими величинами измерения напряжённости магнитного поля, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин.

Измерительные приборы для измерения величины напряжённости магнитного поля, как и приборы для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами или магнитометрами.

Магнитный поток

Еще одна величина, емко характеризующая магнитное поле. Магнитный поток определяет, какое количество силовых линий пронизывает определенную единицу площади. В однородном магнитном поле значение магнитного потока будет вычислено по формуле:

Ф — магнитный поток;

Ḇ — значение магнитной индукции;

S – площадь, через которую проходя силовые линии магнитного поля.

В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в Веберах.

Магнитная индукция в системе «Сантиметр-Грамм-Секунда»

В системе СГС связь индукции и напряженности в присутствии магнитного материала определяется следующим соотношением:

В этой формуле I — магнитный момент единицы объема материала (намагниченность). В системе СГС для измерения этой величины используются Гауссы (Гс).

Индукция характеризует поле, возникающее в веществе. Напряженность определяет параметры внешних магнитных полей и магнитных полей в вакууме. Величина B также может использоваться для внешних магнитных полей.

В вакууме значения индукции и напряженности равны (по системе СГС).

Индукция и напряженность магнитного поля.

Магнитная индукциявекторная физическая величина, характеризующая магнитное поле.Вектор магнитной индукции всегда направлен по касательной к магнитной линии

Индукция магнитного поля, созданного бесконечно длинным прямым проводником с током

B — магнитная индукция μ — относительная магнитная проницаемость μ0 — магнитная постоянная I — сила тока r — расстояние до проводника

Магнитная индукция поля в центре кругового тока (витка)

B — магнитная индукция μ — относительная магнитная проницаемость μ0 — магнитная постоянная I — сила тока R — радиус

Напряженностью магнитного поля называют векторную величину , характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом:

Напряжённость магнитного поля: бесконечной прямой провод

H — напряжённость магнитного поля I — сила тока r — расстояние до проводника

Напряжённость магнитного поля в центре витка

H — напряжённость магнитного поля I — сила тока R — радиус

Закон Био-Савара-Лапласа.

Закон БиоСавара Лапласа — Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов.

Формулировка

Пусть постоянный ток течёт по контуру γ, находящемуся в вакууме, —точка, в которой ищется поле, тогда индукция магнитного поля в этой точкевыражается интегралом (в системе СИ)

Читайте так же:
Замена высоковольтного провода на бензопиле

Направление перпендикулярно и , то есть перпендикулярноплоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линиимагнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилунахождения линий магнитной индукции (правилу правого винта):направление вращения головки винта дает направление , еслипоступательное движение буравчика соответствует направлению тока вэлементе. Модуль вектора определяется выражением (в системе СИ)

Векторный потенциал даётся интегралом (в системе СИ)

2.9.

Поток индукции магнитного поля.

Магнитный поток (поток линий магнитной индукции) через контур численно равен произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь, ограниченную контуром, и на косинус угла между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к поверхности, ограниченной этим контуром.

Формула работы силы Ампера при движении прямого проводника с постоянным током в однородном магнитном поле.

Таким образом, работа силы Ампера может быть выражена через силу тока в перемещаемом проводнике и изменение магнитного потока через контур, в который включен этот проводник:

Индуктивность контура.

Индуктивностьфиз. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду.

Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

где Ф — магнитный поток через контур, I — сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Энергия магнитного поля.

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии.

2.10.

Электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменениимагнитного потока, проходящего через него.

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерения характеристик магнитного поля или магнитных свойств веществ (материалов). К измеряемым характеристикам магнитного поля относятся: вектор магнитной индукции В, напряжённость поля Н, поток вектора индукции (магнитный поток), градиент магнитного поля и др. Магнитное состояние вещества определяется: намагниченностью J-величиной результирующего магнитного момента, отнесённого к единице объёма (или массы) вещества; магнитной восприимчивостью к, магнитной проницаемостью n, магнитной структурой. К важнейшим характеристикам наиболее распространённых магнитных материалов — ферромагнетиков — относятся: кривые индукции В(Н) и намагничивания J (Н), т. е. зависимости В и J от напряжённости поля Н, коэрцитивная сила, потери энергии на перемагничивание (см. Гистерезис), максимальная магнитная энергия единицы объёма (или массы), размагничивающий фактор (коэффициент размагничивания) ферромагнитного образца.

Для измерения магнитных характеристик применяют следующие методы: баллистический, магнитометрический, электродинамический, индукционный, пондеромоторный, мостовой, потенциометриче-ский, ваттметровый, калориметрический, нейтронографический и резонансный.

Баллистический метод основан на измерении баллистич. гальванометром количества электричества, индуктируемого в измерительной катушке при быстром изменении сцепленного с ней магнитного потока (см. Баллистический метод электроизмерений). Кроме баллистич. гальванометров, для измерения магнитного потока применяют вебер-метры (флюксметры) — магнитоэлектрические и фотоэлектрические. Веберметрами можно измерять медленно меняющиеся потоки. Баллистич. методом определяют основную кривую индукции В(Н), кривую намагничивания J(H), петлю гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов.

Магнитометрический метод основан на воздействии исследуемого намагниченного образца на расположенную вблизи него магнитную стрелку. По углу отклонения магнитной стрелки от начального положения определяют магнитный момент образца. Далее можно вычислить J, В и Н. Т. о., метод даёт возможность найти зависимости В(Н) и J(H) , петлю гистерезиса и магнитную восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрич. метода его широко применяют для измерений геомагнитного поля и для решения ряда метрологич. задач.

Иногда для определения характеристик магнитного поля, в частности в пром. условиях, применяют электродинамический метод, при к-ром измеряют угол поворота катушки с током под действием магнитного поля намагниченного образца. К преимуществам метода относится возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемой величины или Н).

Для исследования ферромагнитных веществ в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет определять кривые В(Н), J(H), петлю гистерезиса и различные виды проницаемости. Он основан на измерении эдс индукции, к-рая возбуждается во вторичной обмотке при пропускании намагничивающего переменного тока через первичную обмотку образца. Метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях и магнитной восприимчивости диа- и парамагнитных веществ в радиочастотном диапазоне.

Пондеромоторный метод состоит в измерении механич. силы, действующей на исследуемый образец в неоднородном магнитном поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магнитных свойств слабомагнитных веществ. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы для М. и.: маятниковые, крутильные и рычажные магнитные весы, весы с использованием упругого кольца и др. Метод применяется также при измерении магнитной восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магнитной анизотропии (см. Анизометр магнитный).

Мостовой и потенциометрический методы определения магнитных характеристик в большинстве случаев применяются для измерений в переменных магнитных полях в широком диапазоне частот. Они основаны на измерении параметров (индуктивности L и активного сопротивления r) электрич. цепи с испытуемыми ферромагнитными образцами. Эти методы позволяют определять зависимости В(Н), J(H), составляющие комплексной магнитной проницаемости и комплексного магнитного сопротивления в переменных полях, потери на перемагничивание.

Наиболее распространённым методом измерения потерь на перемагничивание является ваттметровый метод, им пользуются при синусоидальном характере изменения во времени магнитной индукции. При этом методе с помощью ваттметра определяется полная мощность в цепи катушки, используемой для перемагничивания образца. Ваттметровый метод стандартизован для испытания электротехнич. сталей.

Абc. методом измерения потерь в ферромагнитных материалах является калориметрический метод, к-рый используется в широком частотном диапазоне. Он позволяет измерять потери при любых законах изменения напряжённости .магнитного поля и магнитной индукции и в сложных условиях намагничивания. Сущность этого метода состоит в том, что мерой потерь энергии в образце при его намагничивании переменным магнитным полем является повышение темп-ры образца и окружающей его среды. Калориметрич. М. и. осуществляются методами смешения, ввода тепла и протока (см. Калориметр).

Читайте так же:
Для чего нужен ресивер в компрессоре

Магнитную структуру ферромагнитных и антиферромагнитных веществ исследуют с помощью нейтронографического метода, основанного на явлении магнитного рассеяния нейтронов, возникающего в результате взаимодействия магнитного момента нейтрона с магнитными моментами частиц вещества (см. Нейтронография).

Резонансные методы исследования включают все виды магнитного резонанса — резонансного поглощения энергии переменного электромагнитного поля электронной или ядерной подсистемой вещества. Эти подсистемы, кроме электромагнитной энергии, могут резонансно поглощать энергию звуковых колебаний — т. н. магнетоакустич. парамагнитный резонанс, к-рый также применяют в М. и.

Важную область М. и. составляют измерения характеристик магнитных материалов (ферритов, магнитодиэлектри-ков и др.) в переменных магнитных полях повышенной и высокой частоты (от 10 кгц до 200 Мгц). Для этой цели применяют в основном ваттметровый, мостовой и резонансный методы. Измеряют обычно потери на перемагничивание, коэфф. потерь на гистерезис и вихревые токи, компоненты комплексной магнитной проницаемости. Измерения осуществляют при помощи пермеаметра, аппарата Эпштейна, феррометра и др. устройств, позволяющих определять частотные характеристики материалов.

Существуют и др. методы определения магнитных характеристик (магнитооптический, в импульсном режиме перемагничивания, осциллографический, метод вольтметра и амперметра и др.), позволяющие исследовать ряд важных свойств магнитных материалов.

Приборы для М. и. классифицируют по их назначению, условиям применения, по принципу действия чувствительного элемента (датчика, или преобразователя). Приборы для измерения напряжённости поля, индукции и магнитного момента обычно называют магнитометрами, для измерения магнитного потока — флюксметрами иливеберметрами; потенциала поля — магнитными потенциалометрами; градиента — градиентометрами; коэрцитивной силы — коэрцитиметрами и т.д, В соответствии с классификацией методов М. и. различают приборы, основанные на явлении электромагнитной индукции, гальваномагнитных явлениях, на силовом (пондеромоторном) действии поля, на изменении оптич., механич., магнитных и др. свойств материалов под действием магнитного поля (см., напр., Феррозонд), на специфич. квантовых явлениях (см. Квантовый магнитометр). Единая классификация приборов для М. и. не разработана.

Лит.: Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс), под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972; К и ф е р И. И., Пантюшин В. С., Испытания ферромагнитных материалов, М. — Л., 1955; Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969; ГОСТ 12635-67. Методы испытаний в диапазоне частот от 10 кгц до 1 Мгц; ГОСТ 12636-67. Методы испытаний в диапазоне частот от 1 до 200 Мгц. В. И. Чечерников.

2. Магнитная индукция и напряженность магнитного поля: понятия, связь между ними, единицы измерения.

На проводник с электрическим током в магнитном поле действует сила, пропорциональная длине проводника и силе протекающего в нем тока. Коэффициент этой пропорциональности, характеризующий силу (интенсивность) магнитного поля, и называется магнитной индукцией. Единица магнитной индукции 1Тл (Тесла). Индукция поля в 1 Тл действует на 1 м длины прямолинейного проводника с током в 1А силой 1 Н, при условии, что линии напряженности перпендикулярны проводнику.

Индукция В характеризует поле внешних источников.

Напряженность МП Н характеризует поле без вклада, вносимого намагниченностью среды.

, где — наведенная намагниченность.

В среде, не содержащей постоянных магнитов, возможна только наведенная намагниченность.

,

в воздухе μ=1, тогда:

3. Привязка данных сейсморазведки к геологическому разрезу.

Koэффициeнт oтpaжeния зaвиcит oт cкopocти и плoтнocти пopoд, кoтopыe измepяютcя aкycтичecкими и плoтнocтными мeтoдикaми кapoтaжa. Пoэтoмy мeждy кapoтaжными диaгpaммaми и ceйcмичecкими тpaccaми cyщecтвyeт oпpeдeлeннaя cвязь. Ceйcмичecкaя тpacca, paccчитaннaя пo дaнным пpoмыcлoвoй гeoфизики, нaзывaeтcя cинтeтичecкoй ceйcмoгpaммoй, a кapoтaжнaя диaгpaммa, paccчитaннaя пo ceйшoтpacce, нaзывaeтcя пceвдoaкycтичecкoй диaгpaммoй. Taкиe pacчeты мoжнo выпoлнить вecьмa пpиближeннo пo cлeдyющим пpичинaм.

1. Пoкaзaния кapoтaжa зaвиcят oт aбcoлютныx вeличин cкopocти и плoтнocти, кoэффициeнт oтpaжeния зaвиcит oт пpиpaщeния пpoизвeдeния cкopocти нa плoтнocть. Taким oбpaзoм, cвязь мeждy ними кaк бы aнaлoгичнa зaвиcимocти мeждy фyнкциeй и ee пpoизвoднoй.

2. Kapoтaжнaя кpивaя xapaкrepизyeтcя выcoкoчacтoтным cпeктpoм, ceйcмичecкaя тpacca — низкoчacтoтным. Haилyчшeгo coвпaдeния мoжнo дocтичь, cpaвнивaя ceйcмичecкyю тpaccy c пoдвepгнyтoй интeнcивнoй фильтpaциeй кpивoй aкycтичecкoгo импeдaнca.

3. Kapoтaжeм иccлeдyeтcя лишь нeбoльшoй oбъeм пopoд вoкpyг cтвoлa cквaжины, нa ceйcмичecкий cигнaл oкaзывaeт влияниe oбшиpнaя oблacть, paзмepы кoтopoй oпpeдeляютcя зoнoй Фpeнeля.

4. B кapoтaжe и в ceйcмopaзвeдкe имeют дeлo c пoмexaми paзнoй пpиpoды.

Пocтpoeниe cинтeтичecкoй ceйcмичecкoй тpaccы являeтcя пpocтoй фopмoй oднoмepнoгo мoдeлиpoвaния и в кoмплeкce c мeтoдaми пpoфильнoгo (двyмepнoгo) и пpocтpaнcтвeннoгo (тpexмepнoгo) мoдeлиpoвaния пoзвoляeт пoлyчить мoдeли ceйcмичecкиx зaпиceй, близкиe к иcтинным (тo ecть peшить пpямyю динaмичecкyю зaдaчy ceйcмopaзвeдки). Coпocтaвлeниe cинтeтичecкиx ceйcмoгpaмм c пoлeвыми ceйcмичecкими зaпиcями и мaтepиaлaми BCП (вepтикaльнoe ceйcмичecкoe пpoфилиpoвaниe) являeтcя cpeдcтвoм yвязки дaнныx пpoмыcлoвoй гeoфизики c ceйcмopaзвeдoчнoй инфopмaциeй. Этa пpoцeдypa являeтcя ключeвым мoмeнтoм нa нaчaльнoм этaпe кoмплeкcнoй интepпpeтaции дaнныx бypeния и ceйcмopaзвeдки. Ocнoвнoe нaзнaчeниe cинтeтичecкиx ceйcмoгpaмм — oпpeдeлeниe тoгo, кaкaя гeoлoгичecкaя гpaницa (или cepия гpaниц) внocят ocнoвнoй вклaд в фopмиpoвaниe тoй или инoй oтpaжeннoй вoлны.

Иcxoдными дaнными для пocтpoeния cинтeтичecкиx ceйcмoгpaмм cлyжaт oбpaбoтaнныe кpивыe aкycтичecкoгo и плoтнocтнoгo кapoтaжeй, a тaкжe, ecли имeютcя, дaнныe ceйcмoкapoтaжa и BCП пo aнaлизиpyeмoй или ближaйшeй cквaжинe. Koнeчным peзyльтaтoм являeтcя cинтeтичecкaя тpacca, paccчитaннaя (чaщe вceгo) для cлyчaя нopмaльнoгo пaдeния лyчa.

Пpoцecc пocтpoeния cинтeтичecкoй ceйcмoгpaммы, peaлизoвaнный в кoмпьютepныx cиcтeмax, зaключaeтcя в cлeдyющeм:

1) пo дaнным aкycтичecкoгo и плoтнocтнoгo кapoтaжa paccчитывaeтcя aкycтичecкaя мoдeль cpeды c oпpeдeлeниeм кoэффициeнтoв oтpaжeния;

Читайте так же:
Что входит в состав чугуна

2) пyтeм peшeния cиcтeмы ypaвнeний нa ocнoвaнии aкycтичecкoй мoдeли cpeды и peaльныx ceйcмичecкиx тpacc oпpeдeляeтcя пaдaющий ceйcмичecкий cигнaл;

3) пpи cвepткe импyльcнoй кpивoй кoэффициeнтoв oтpaжeний и ceйcмичecкoгo cигнaлa пoлyчaeтcя мoдeльнaя ceйcмичecкaя тpacca, oтoбpaжaющaя peaльный гeoлoгичecкий paзpeз в вoлнoвoм пoлe;

4) кaчecтвo пpивязки oцeнивaeтcя cтaтиcтичecки, пyтeм coпocтaвлeния peaльныx и мoдeльныx ceйcмичecкиx тpacc, пpи yдoвлeтвopитeльнoй cxoдимocти cчитaeтeя, чтo пpивязкa выпoлнeнa (тo ecть, нaйдeнo cooтвeтcтвиe глyбинa-вpeмя).

Если нет АК, то можно пересчитать по закону Фауста из криво сопротивлений. Недостаток этого: в зоне развития битуминозных аргиллитов выдает повышенную скорость (необходимо корректировать). Так же для расчета модельных кривых АК можно использовать НКТ.

Магнитная проницаемость — свойства, смысл и формулы

Физическая суть магнитной проницаемости материалов

В природе существует несколько видов силовых полей. Одним из них является магнитное поле (МП). В физике под ним понимают силу, действующую на перемещающиеся электрические заряды, обладающие магнитным моментом. Каждое тело в том или ином виде характеризуется восприимчивостью к такого роду полю.

Для понимания процесса можно провести эксперимент. Если взять кольцо индуктивности и пропустить через него электрический ток, то вокруг него возникнет электромагнитное поле. Если в катушку вставить железный сердечник, то магнитные свойства усилятся. Другими словами, железо усиливает магнитное поле, созданное током, протекающим по виткам. Получается, что появляется дополнительный источник магнетизма — железо. По принципу суперпозиции векторы источников складываются. Возникает усиленное поле.

Магнитная индукция поля,

Допустим, магнитная индукция поля, создаваемая только током, имеет величину B0, а веществом — B1. Вектор магнитной индукции в материале будет складываться из этих двух величин: B = B0 + B1. Основываясь на эксперименте, физики решили ввести новую величину, которая характеризует, насколько вещество изменяет магнитное поле. Этот параметр было решено обозначить символом μ и назвать магнитной проницаемостью. Её единицей измерения стала безразмерная величина.

Таким образом, физический смысл магнитной проницаемости вещества заключается в величине, равной отношению модуля вектора магнитной индукции поля в материале к создаваемому теми же токами полю без дополнительных элементов. Для вакуума формула магнитной проницаемости имеет вид μ = B / B0. По сути параметр является магнитным аналогом диэлектрической проницаемости. Но если диэлектрики всегда ослабляют поле, то магнетики его усиливают.

На протяжении нескольких десятков лет различные физики проводили эксперименты над способностью материалов поддерживать распространение МП. В результате была построена таблица, в которую были занесены показатели, характерные для разных сред. Так, для воздуха параметр равняется 1.25663753*10 −6 , вакуума — 4π*10 −7 , дерева — 1.25663760*10 −6 , а чистого железа — 6.3*10 −3 . Все эти данные общедоступны. Их легко можно найти практически в любом физическом справочнике.

Виды проницаемости и формулы

Восприимчивость к магнетизму зависит от вида среды и определяется её свойствами. Поэтому принято говорить о способности к проницаемости конкретной системы, имея в виду состав, состояние, температуру и другие исходные данные.

Существует четыре вида проницаемости:

Виды проницаемости и формулы

  1. Относительная. Характеризует, насколько взаимодействие в выбранной среде отличается от вакуума.
  2. Абсолютная. Находится как произведение проницаемости на магнитную константу.
  3. Статическая. Определяется с учётом коэрцитивной силы и магнитной индукции. При этом, чем большее значение имеет характеристика, тем меньше частота магнитных потерь. Отсюда следует, что статическая проницаемость зависит от температуры.
  4. Дифференциальная. Устанавливает связь между малым увеличением индукции и напряжённости — μд = m * tgb. Это утверждение означает, что величина определяется по основной кривой намагничивания, из-за нелинейности которой она переменчивая.

Если среда однородная и изотропная, то проницаемость определяется по формуле:μ = В/(μoН), где: B — магнитная индукция; H — напряжённость; μo — константа. Постоянный коэффициент в формуле водится для записи уравнения магнетизма в рациональной форме для проведения расчётов. Знак его всегда постоянный. Он позволяет связать между собой относительную магнитную проницаемость и абсолютную.

Магнитная восприимчивость связана с проницаемостью простым выражением μ = 1 + χ. Эта формула справедлива, если все параметры будут измеряться в СИ. В единицах СГС равенство примет вид μ = 1 + 4πx. Например, проницаемость вакуума равняется единице, так как x = 0. Она безразмерна и помогает оценить способность намагничивания материала в МП.

Три вида восприимчивости

Существует три вида восприимчивости: объёмная, удельная и молярная. Для диамагнетиков она отрицательная, а для парамагнетиков — положительная. При этом у ферромагнетиков её значения могут достигать тысяч единиц, в то время как для остальных классов веществ величина имеет очень малый порядок, около 10 -4 — 10 -6 .

Если на материал одновременно воздействует постоянное и переменное магнитное поле, то для описания процесса вводят дополнительное понятие — дифференциальную проницаемость. Наибольшее значение дифференциального параметра всегда будет превышать статическую составляющую μ = (1/μо)*(dB/dH). Эта формула по своему виду напоминает выражение, описывающее трение.

Разделение веществ

В пятидесятые годы девятнадцатого столетия Фарадей исследовал влияние веществ на МП. В итоге он пришёл к выводу, что все материалы без исключения влияют на поле. Отсюда следует, что любое вещество является источником своего МП, но при условии его помещения во внешнее поле. Это явление было названо намагниченностью.

По результатам своего исследования Фарадей разделил все физические элементы на три класса, дав определение каждому из них:

Парамагнетик алюминий

  1. Диамагнетики. Вещества, у которых проницаемость чуть меньше единицы: μ < 1. К ним относятся все газы, кроме кислорода, золота, серебра, углерода в любой кристаллической модификации, висмута. При помещении этих веществ в МП собственный вектор магнитной индукции направлен в сторону противоположную вектору, создаваемому током: B1↑↓B0. C другой стороны, так как значение B1 близко к единице, то модуль вектора B1 гораздо меньше модуля B0. Получается, что такое вещество намагничивается очень слабо и против внешнего поля. Интересным фактом является то, что диамагнетики при помещении в катушку с МП выталкиваются из неё.
  2. Парамагнетики. К ним относят материалы, у которых магнитная проницаемость немного больше единицы. Например, щелочные металлы, алюминий вольфрам, магний, платина. Для этих веществ характерно то, что модуль B1 параллелен вектору B0, но при этом модуль B1 меньше, чем модуль вектора B0.
  3. Ферромагнетики. К этому классу относят материалы, у которых μ намного больше единицы. Классическими представителями таких веществ являются: железо, никель, кобальт и их сплавы. Эти вещества намагничиваются вдоль поля. При этом B1 по модулю гораздо больше B0. Такие материалы сильно увеличивают магнитное поле.
Читайте так же:
Кованые кронштейны для цветов

В однородном МП на тело, обладающее магнитным моментом, действует только момент сил, который стремится развернуть диполь вдоль направления силовых линий. В неоднородном поле на диполь будет дополнительно действовать сила, пропорциональная величине дипольного момента и градиента поля: F = P (dB/dn) * cosj.

Если момент ориентирован вдоль линий, то на него действует сила притяжения. В ином случае он отталкивается, что и характерно для диамагнетиков.

Гипотеза Ампера

С её помощью можно объяснить, почему одни вещества проявляют парамагнитные или диамагнитные свойства, а другие усиливают МП. Ампер провёл ряд экспериментов, сравнивая конфигурацию поля, создаваемого полосовым магнитом и катушкой с током. Было определено, что для полосового магнита характерна ситуация, когда линии потока выходят из северного полюса и входят в южный. Катушка же создаёт поле, похожее на конфигурацию МП постоянного полосового магнита.

Это сходство позволило Амперу предположить, что магнитные свойства веществ обусловлены тем, что внутри их существует своя проводимость, которая может убывать или возрастать в зависимости от внешних воздействующих факторов. Так, Ампер утверждал, что магнитные свойства материала объясняются существованием в его объёме микроскопических замкнутых электрических токов. Впоследствии его догадка была подтверждена. Такие токи названы молекулярными.

Гипотеза Ампера

Другими словами, это электроны, движущиеся вокруг ядра в атоме. Для примера стоит рассмотреть гелий. В нём два электрона движутся по практически одинаковым орбитам, но только в противоположные стороны. Каждый из электронов несёт электрический заряд, создающий ток, следовательно, и поле. Если нарисовать их магнитные поля, то можно увидеть, что их направление будет противоположным: B1 + B2 = 0. Значит, атом гелия не создаёт вокруг себя МП. При помещении его во внешнее МП B0 к силе притяжения электрона прибавится сила Лоренца, направленная по радиусу от ядра.

Таким образом, сила притяжения к ядру ослабеет. Чтобы двигаться по той же самой орбите, электрону нужна меньшая скорость. Применительно ко второму электрону ситуация будет противоположной. Скорость электрона станет больше. В результате поле, создаваемое первым электроном, станет меньше, а вторым — больше. Следовательно, B1 + B2 ≠ 0. При этом гелий будет намагничиваться против внешнего поля, то есть является диамагнетиком.

Каждый атом обладает своим орбитальным полем.

Для парамагнетиков характерно то, что каждый атом обладает своим орбитальным полем. То есть атомы можно представить как витки с током. Если поля нет, направление электронов хаотичное. Причём их сумма будет равняться нулю. При помещении его во внешнее МП каждый свободный атом будет стремиться развернуться так, чтобы его нормаль была направлена по полю. Но при этом процессу мешает тепловое движение.

Поэтому полностью развернуться в сторону направления МП атомы не могут. При этом чем больше температура тела, тем меньше будет их разворот. Значит, магнитная проницаемость будет уменьшаться.

Свойство ферромагнетиков

С точки зрения физики наиболее интересным материалом является ферромагнетик. Существует устройство, представляющее собой кольцо из него. На прибор равномерно в один слой намотан провод, через который протекает электрический ток. В этом торе возникает электрическое поле, совпадающее по величине с вектором МП. В результате сердечник окажется намагниченным.

Если по оси ординат отложить магнитную индукцию тела, а по оси — абсцисс тока, то можно обнаружить следующие особенности:

  • в начальный момент времени график будет возрастать примерно под углом 30 градусов;
  • после достижения определённой величины (1 Тл) произойдёт резкое выравнивание графика относительно B0.

Свойство ферромагнетиков

Из этого можно сделать вывод, что ферромагнетик примерно в тысячу раз увеличивает магнитное поле. Выходит, что магнитная проницаемость зависит от намагничивающего поля. Если провести перпендикуляры с точки перехода графика на координатные прямые и нарисовать из неё диагональ к нулевой точке, то тангенс угла к B0 будет равняться проницаемости: μ = tg j. Оказывается, что при больших намагничивающих полях МП перестаёт расти, то есть существует магнитное насыщение.

Если взять феррит и намагнитить его, а поле размагнитить путём уменьшения поля, то линия размагничивания будет другой. При исчезновении внешнего поля ферромагнетик останется намагниченным.

Поэтому для его размагничивания нужно создать поле, направленное в противоположную сторону. Таким образом, чередование намагниченности и размагниченности приведёт график к виду гистерезиса.

На петеле можно выделить две точки:

  • Bo — остаточная магнитная индукция, возникающая после снятия электрического поля;
  • Bc — коэрцитивная сила, индукция противоположно направленного поля.

Ферромагнетики, которые обладают широким гистерезисом, называются жёсткими. К ним относится закалённая сталь, сплавы альнико и магнико, неодим. Но бывают и ферромагнетики, которые довольно легко перемагнитить. Их петля гистерезиса имеет узкий вид. Используют такие материалы в электродвигателях, трансформаторах. Их называют мягкими. Примеры — отожжённая сталь, пермаллой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector