Свойства магнитного поля. Величины, характеризующие магнитное поле.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

Магнитное поле - одна из сторон электромагнитного поля. Особая форма существования материи. Возникает вокруг проводника с током, при движении любых заряженных частиц и тел, при изменении электрического поля. Основным свойством магнитного поля является силовое воздействие его на движущиеся заряженные частицы (тела) и на неподвижные проводники с током. Магнитное поле намагничивает ферромагнитные материалы, возбуждает ЭДС в проводниках, движущихся в магнитном поле.

Эти свойства имеют большое практическое значение. На силовом действии поля основана работа электродвигателей, электромагнитов, многих электроизмерительных приборов и электротехнических аппаратов. С помощью электромагнитных сил осуществляется управление движением заряженных частиц в электронно-лучевых трубках и электронных микроскопах. На индукционном действии основана работа генераторов, трансформаторов, реле и т. п. Для получения требуемой ЭДС или электромагнитной силы должно быть создано магнитное поле определенной интенсивности и направленности действия.

Основные величины, характеризующие магнитное поле: вектор магнитной индукции, напряженность, магнитный поток.

Вектор магнитной индукции (магнитная индукция) обозначается В.

Вектор магнитной индукции есть величина, численно равная максимальной силе(F), которая действует на проводник длиной(l) 1м и с током(I) 1А, помещенный в магнитное поле.

Единица измерения вектора магнитной индукции-1Тесла(1Тл).

Напряженность магнитного поля также характеризует магнитное поле, но не зависит от свойствсреды , обозначается Н.Напряженность и магнитная индукция связаны простым соотношением

Магнитная индукция и напряженность – величины векторные, направлены по касательной к силовым магнитным линиям. Направление магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током определяют по правилу буравчика:

если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводе, то вращение рукоятки буравчика укажет направление магнитных силовых линий (см. рисунок 18).

Направление поля внутри катушки можно определить по правилу правой руки: если ладонь правой руки положить на витки катушки так, чтобы четыре сложенных вместе пальца показывали направление тока в витках, то отогнутый под прямым углом большой палец укажет направление поля внутри катушки.

( см. рисунок 19 )

Рисунок 19

Рисунок 18

Магнитный поток(Ф)- физическая величина, равная произведению вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к площадке.(см.рисунок 20)

Единица измерения магнитного потока-1Вебер.

Для определения магнитного потока в неоднородном магнитом поле на заданной поверхности выделяют элементарную площадь

Находят элементарный магнитный поток через Рисунок 20 элементарную площадку

Магнитный поток через всю поверхность

Закон полного тока

Магнитное поле и электрический ток неразрывно связаны между собой.

Напряженность, магнитная индукция и магнитный поток зависят от тока. Зависимость между напряженностью магнитного поля и тока можно установить, применив закон полного тока:

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равна полному току, пронизывающему поверхность, ограниченную этим контуром, т.е.

(см.рисунок 21)

Рисунок 21

Магнитные цепи

Любое вещество, находящееся в магнитном поле внешних токов намагничивается. Интенсивность и характер намагниченности различных веществ одинаковом поле внешних токов значительно отличаются. Поэтому все вещества можно разделить на три группы: диамагнитные (вода, водород, кварц, серебро, медь и др.), в которых магнитное поле элементарных токов направлено против поля внешних токов, парамагнетики(алюминий, кислород, воздух и др.); ферромагнитные(железо, кобальт, никель и др.).

Парамагнитные и ферромагнитные вещества характеризуются тем, что магнитное поле элементарных токов в них направлено одинаково с полем внешних токов. Но намагниченность ферромагнитных материалов в отличие от парамагнитных значительно сильнее при одинаковом магнитном поле внешних токов. Относительная магнитная проницаемость диамагнитных веществ - меньше единицы, парамагнитных незначительно больше единицы.

В электротехнике особую роль играют ферромагнитные материалы, относительная магнитная проницаемость которых достигает десятков тысяч и зависит от свойств вещества, температуры, напряженности магнитного поля. Зависимость вектора магнитной индукции В от напряженности внешнего магнитного поля определяется экспериментально. График зависимости В (Н) называют петлей магнитного гистерезиса.(см.рисунок 22) Магнитный гистерезис-явление запаздывания размагничивания ферромагнетика по сравнению с уменьшением напряженности магнитного поля.

Рисунок 22

Вещества с малой коэрцитивной силой и узкой петлей гистерезиса называют магнитомягкими. Это электротехническая сталь, пермаллой, которые используются для изготовления магнитопроводов трансформаторов, электродвигателей переменного тока и др. Магнитомягкие материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, характеризующиеся малыми и большими, используются в качестве

запоминающих устройств вычислительной технике и автоматике. Для постоянных магнитов используются магнитотвердые материалы(вещества с большими и , и широкой петлей гистерезиса), что затрудняет их размагничивание.

К ним относятся, например, сплавы железа с алюминием, хромом.

Устройство, содержащее сердечники из ферромагнитных материалов, через которые замыкается магнитны поток, называют магнитной цепью.

Для магнитных цепей также как и для электрических справедливы понятия: ветвь, узел и контур. Различают разветвленные и неразветвленные, однородные и неоднородные магнитные цепи. Магнитная цепь является однородной, если все её участки изготовлены из одного материала и имеют одинаковое поперечное сечение. При расчете магнитных цепей определяют магнитодвижущую силу (м.д.с.) Iw, необходимую для создания на каком-либо участке магнитопровода заданного значения магнитного потока Ф.Этот поток аналогичен силе тока в электрической цепи, а м.д.с. эквивалентна магнитному напряжению.

Рассмотрим неоднородную неразветвленную магнитную цепь (см. рисунок 23).

Цепь состоит из двух участков, L1, L2 –длины однородных участков, S1, S2 –площади поперечных сечений участков магнитопровода.

Под действием магнитодвижущей силы Iw, в цепи возникает магнитный поток Ф, который можно принять одинаковым для всех участков. Выделим контур магнитной цепи, совпадающий со средней линией. Запишем закон полного тока:

Рисунок 23

Выражение:

называют законом Ома для магнитной цепи.

В разветвленных цепях(см.рисунок 24)выражение:

называют 1–м законом Кирхгофа,

а выражение:

-2-м законом Кирхгофа для магнитных цепей.

Рисунок 24

Алгоритм расчета неразветвленных магнитных цепей

1. Разбить магнитную цепь на однородные участки.

2. Определить длину средней линии участков и площадь поперечного сечения.

3. Найти вектор магнитной индукции каждого участка

4.Определить напряженность магнитного поля участков из ферромагнитного материала с помощью кривой первоначального намагничивания или таблиц, напряженность воздушных зазоров по формуле:

4. С помощью закона полного тока рассчитать неизвестную величину.

При расчете разветвленных цепей нужно учитывать законы Кирхгофа для магнитных цепей

Пример 8.

Определить магнитодвижущую силу, необходимую для получения заданного магнитного потока.

Сердечник выполнен из электротехнической стали, Якорь - из литой стали(См.рисунок 25)

Рисунок 25

Решение:

Магнитная цепь неразветвленная и неоднородная.

1. Разобьем магнитную цепь на однородные участки: L1, L2, L3.

2.Определим длину средней линии и площадь поперечного сечения участков(См. рисунок 26)

Рисунок 26

3.Найдем вектор магнитной индукции, т. к. площадь всех участков одинакова

4.Найдем напряженность магнитного поля каждого участка.

Пользуясь графиком кривой первоначального намагничивания, найдем Н для первого участка (литая сталь) ,

второго участка (электротехническая сталь) ,

воздушного зазора

5.Запишем закон полного тока для данной магнитной цепи:

Ответ: Iw = 437A

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего какой-либо контур, в нем индуцируется (наводится) ЭДС, которая пропорциональна скорости изменения потокосцепления этого контура, т.е.

Знак минус в формуле служит для учета направления ЭДС индукции. ЭДС индукции будет положительной, если магнитное поле индуцируемого тока направлено в сторону внешнего поля, при этом магнитны поток, пронизывающий контур уменьшается, скорость изменения магнитного потока будет отрицательной. (См. правило Ленца)

ЭДС возникает и при наличии постоянного магнитного поля и подвижного контура или проводника.

Направление ЭДС. в прямолинейном проводнике определяют по правилу правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы магнитные линии входили в не, а отогнутый под прямым углом большой палец указывал направление движения проводника, то выпрямленные четыре пальца руки укажут направление индуцируемой ЭДС.

Рисунок 27 (См. рисунок 27)

Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении протекания по нему тока называют явлением самоиндукции.

Явление возникновения ЭДС в каком-либо контуре при изменении тока в другом контуре называют явлением взаимоиндукции.

На явлении взаимоиндукции основано действие трансформатора.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒