Электрическая характеристика материалов

Основы электротехники

Электричество является одной из форм энергии: в сравнении с другими формами энергии, такими как тепло, свет, механическая и химическая энергия, оно обладает следующими преимуществами:

· Большие количества энергии могут передаваться по надземным линиям электропередач на большие расстояния, в самые отдаленные области.

· Электричество легко преобразуется в другие формы энергии, например, в тепло в устройствах предпускового разогрева, свет в лампах накаливания, механическую энергию в электродвигателях, химическую энергию при зарядке стартерной батареи.

· Преобразование электрической энергии в другие формы энергии в значительной мере является экологически чистым процессом.

Основой для понимания электрических процессов является модель атома Бора (рис. 1). Атом представляет собой мельчайшую, химически более не делимую частицу материи.

Рис. 1. Строение атомов

Основными составными частями атома являются атомное ядро и электроны. Атомное ядро образуется из протонов и нейтронов.

Протоны – это положительно заряженные частицы. Например, ядро водорода состоит всего из одного протона. Он обладает наименьшим объемом положительного заряда, т.е. элементарным зарядом.

Нейтроны – это частицы, не имеющие заряда.

Электроны – это отрицательно заряженные частицы. Один отдельно взятый электрон обладает наименьшим объемом отрицательного заряда, т.е. элементарным зарядом.

Электроны являются носителями элементарных отрицательных, а протоны – элементарных положительных зарядов. Соответствующие элементарные заряды имеют одинаковую величину.

Электроны с большой скоростью (около 2200 км/с) движутся по круговым или эллиптическим орбитам вокруг атомного ядра (рис. 2). Возникающие при этом центробежные силы, воздействующие на отрицательно заряженные электроны, уравновешиваются силой притяжения положительно заряженных протонов.

Одноименно заряженные частицы взаимно притягиваются, а одноименно заряженные частицы – взаимно отталкиваются.

Если ядро какого-то атома содержит равное количество протонов и окружающих их электронов, то атом является электрически нейтральным по отношению к внешней среде.

 

 

Рис. 2. Строение атома лития

Кроме электронов, прочно связанных с атомным ядром, во всех веществах также имеются электроны, которые могут временно отделяться от своего атома и свободно двигаться между атомами. Такие электроны называются «свободными». Пока к веществу не будет подведена какая-то энергия извне, свободные электроны движутся беспорядочно, т.е. в их движении невозможно обнаружить никакого преобладающего направления (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Беспорядочное движение свободных электронов

 

Электрические процессы основаны на наличии и подвижности свободных электронов. Электричество не генерируется, оно существует в каждом веществе.

 

Электрическое напряжение

 

Электрическое напряжение существует тогда когда между двумя точками, например, между полюсами аккумуляторной батареи, имеется некоторая разность между количествами электронов. Величина напряжения зависит от величины разности между количествами электронов. Электрическое напряжение генерируется путем разделения заряда в источнике напряжения (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Генерирование напряжения путем разделения заряда

 

На отрицательном полюсе имеется избыточное количество электронов, а на положительном полюсе – недостаточное.

Электроны между отрицательным и положительным полюсами стремятся к равновесию, т.е. при соединении двух полюсов электроны от отрицательного полюса перетекают через нагрузку к положительному полюсу и при этом совершают работу электрического тока (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Поток электронов в электрической цепи

 

Электрическое напряжение – это стремление к уравновешиванию различных количеств заряда. Оно является причиной протекания электрического тока.

На соединительных клеммах генератора в состоянии покоя отсутствует напряжение, т.е. свободные электроны в обмотках распределены равномерно, и поэтому обмотки являются электрически нейтральными. Когда генератор приходит в движение, свободные электроны начинают двигаться к отрицательному полюсу; при этом на отрицательном полюсе возникает избыток электронов по сравнению с положительным полюсом, а, значит, – электрическое напряжение.

Единицей напряжения U является вольт (В).

Электрический ток

Причиной возникновения электрического тока является электрическое напряжение.

Электрический ток представляет собой направленное движение свободных электронов.

Цепь электрического тока ( рис. 3). Электрический ток может протекать только в замкнутой электрической цепи. Электрическая цепь состоит как минимум из генератора напряжения, нагрузки и проводов. Электрическая цепь может замыкаться или размыкаться с помощью выключателя. В схемах электрических соединений выключатели чаще всего изображаются в выключенном состоянии.

 

Рис. 3. Электрическая цепь

Предохранители (рис. 4).Предохранители включаются в электрическую цепь. Предохранители для защиты распределительных электросетей защищают провода от перегрузки и короткого замыкания. Предохранители для защиты электроприборов защищают отдельные приборы, например, блоки управления, радиоприемники в случае каких-либо дефектов.

 

 

Рис. 4. Плавкие предохранители в автомобиле

 

Электронная электропроводимость (рис. 5). Возникает во всех электрических проводниках, состоящих из какого-либо металла. Атомы металла отдают электроны. Эти «свободные» электроны легко перемещаются между прочно закрепленными атомами атомной решетки металла. При замыкании электрической цепи все свободные электроны проводника и нагрузки одновременно приводятся в направленное движение под воздействием поданного напряжения. По цепи протекает электрический ток.

 

 

 

Рис. 5. Направленное движение свободных электронов

 

Ионная электропроводимость (рис. 1). Обеспечивает передачу тока посредством направленного движения заряженных частиц материала (ионов). При этом положительные ионы называются катионами, так как они движутся к отрицательному электроду, катоду. Отрицательные ионы называются анионами, так как они движутся к положительному электроду, аноду.

Ионными проводниками являются химические соединения, которые расщепляются на положительные и отрицательные составные элементы.

Расщепление газов на отрицательные и положительные частицы вещества называется ионизацией. Она может быть вызвана воздействием облучения, нагрева или электрических полей.

При ионизации воздушно-топливной смеси в воздушном зазоре между электродами свечи зажигания под воздействием сильного электрического поля смесь становится электропроводной, и через неё проскакивает искра (рис. 1).

 

 

 

Рис. 1. Ионизация в свече зажигания

Направление тока

Направление электронного тока. На отрицательном полюсе источника напряжения существует избыток электронов, а на положительном полюсе – их недостаток. Если соединить отрицательный полюс источника напряжения с его положительным полюсом через какую-либо нагрузку, то во внешней электрической цепи электроны будут течь от отрицательного полюса источника напряжения к его положительному полюсу через нагрузку (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Аккумуляторная батарея в качестве насоса электронов

Техническое направление тока. Из-за незнания направления электронного тока за направление тока в электротехнике было принято направление тока от положительного полюса к отрицательному (рис. 2).

Сила тока I. Под силой тока понимается количество электронов, протекающих за одну секунду через поперечное сечение проводника.

Единицей силы тока I является ампер (A).

Плотность тока J. Под плотностью тока понимается ток, протекающий через один квадратный миллиметр площади поперечного сечения A проводника.

 

 

Допустимая плотность тока в проводниках зависит в частности от способности поверхности проводника к охлаждению (таблица 1). У тонких проводов отношение площади поверхности к площади поперечного сечения больше, чем у толстых проводов, поэтому через 1 мм² площади их поперечного сечения может протекать больший ток.

 

Таблица 1

Нагрузочная способность медных проводов
A мм2	Iмакс A	J A/mm2
1, 0		20, 0
2, 5		13, 6
6, 0		9, 5
16, 0		6, 5

Виды тока

Постоянный ток (DC¹, символ –). В электрической цепи с постоянным напряжением и сопротивлением протекает постоянный ток, когда в ней каждую секунду в одном и том же направлении движется равное количество электронов (рис. 3).

 

Рис. 3. Постоянный ток

Переменный ток (AC², символ ~ ). В электрической цепи с постоянным напряжением и сопротивлением протекает переменный ток, когда свободные электроны в ней движутся в обоих направлениях на одно и то же расстояние (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Переменный ток

¹⁾ DC от Direct Current (англ.) = постоянный ток

²⁾ AC от Alternating Current (англ.) = переменный ток

 

Электрическое сопротивление

Понятие «электрическое сопротивление» имеет в электротехнике два значения:

· физическое свойство электропроводности материалов;

· деталь, применяемая в электротехнике и электронике.

Электрическое сопротивление материалов

При приложении напряжения к электрическому проводнику электроны не могут течь беспрепятственно. Сопротивление потоку электронов называется электрическим сопротивлением R.

Электрическое сопротивление R представляет собой сопротивление электрическому току в проводнике. Оно указывается в омах (Ом).

Удельное электрическое сопротивление . Каждый проводниковый материал имеет типичное для него удельное электрическое сопротивление . Так, например, медь при длине проводника 1 м (1 м) и площади его поперечного сечения 1 мм² (1 мм²) имеет сопротивление 0, 0178 Ом.

Удельное электрическое сопротивление – это сопротивление проводника с площадью поперечного сечения 1 мм² и длиной 1 м.

 

В электротехнике вместо удельного электрического сопротивления часто указывается электрическая проводимость х). Она представляет собой величину, обратную удельному электрическому сопротивлению.

 

 

Так, значение электрической проводимости меди составляет 56, алюминия 36. Это означает, что при равных габаритных размерах проводника медь проводит электрический ток приблизительно в 1, 5 раза лучше, чем алюминий (56: 36 ≈ 1, 5).

Сопротивление проводника R. Сопротивление проводника R тем выше, чем больше удельное электрическое сопротивление и длина этого проводника и чем меньше площадь его поперечного сечения A.

 

 

Сопротивление и температура

 

Величина сопротивления проводникового материала зависит от температуры. В зависимости от его состава величина сопротивления при увеличении температуры может как возрастать (у позисторов), так и уменьшаться (у термисторов).

Позисторы. Проводят электрический ток в холодном состоянии лучше, чем в горячем, т.е. при увеличении температуры их сопротивление возрастает. Эти материалы называются резисторами с положительным ТКС (PTC-резисторы), так как они обладают положительным температурным коэффициентом сопротивления (PTC)³ (рис. 1). Большинство металлов являются позисторами.

Сопротивление позисторов возрастает при увеличении температуры.

 

Причиной возрастания сопротивления позисторов является увеличение температурных колебаний атомов и молекул в проводниковом материале. При этом уменьшается электрическая проводимость материалов, т.е. увеличивается сопротивление потоку электронов.

Термисторы. Проводят электрический ток при увеличении температуры лучше, чем при её уменьшении. Эти материалы называются резисторами с отрицательным ТКС (NTC-резисторы), так как они обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC)⁴ (рис. 1). Уголь, некоторые сплавы металлов и большинство полупроводниковых материалов являются термисторами.

Сопротивление термисторов уменьшается при увеличении температуры.

 

Причиной уменьшения сопротивления термисторов является усиленное освобождение электронов от их атомных и молекулярных связей. При этом появляется большее количество свободных электронов для обеспечения электрической проводимости. В результате возрастает электрическая проводимость материала, т.е. уменьшается сопротивление потоку электронов.

 

 

Рис. 1. Зависимость температуры от сопротивления

 

³⁾ PTC = положительный температурный коэффициент (англ.)

⁴⁾NTC = отрицательный температурный коэффициент (англ.)

 

Резисторы

 

Различаются постоянные резисторы и переменные резисторы. На рис. 1 показаны условные схематические обозначения важнейших типов резисторов.

 

 

 

Рис. 1. Условное схематическое обозначение резисторов

Постоянные резисторы. Величина их сопротивления задается в процессе изготовления. Отклонение от величины сопротивления может быть достигнуто путем комбинации различных резисторов с использованием схемы последовательного включения, параллельного включения или смешанного типа включения.

Переменные резисторы. Соответствующая величина их сопротивления может быть установлена с помощью скользящего контакта или отводов. Переменные резисторы часто подключаются к нагрузке последовательно с целью согласования рабочего напряжения.

Потенциометры (рис. 2). Полное сопротивление резистивной дорожки – это сопротивление между выводами A (начало) и E (конец). С помощью скользящего контакта (вывод S) величина сопротивления может бесступенчато регулироваться между выводами S и E в диапазоне от нуля до полного сопротивления.

При подаче напряжения U на выводы A и E с выводов S и E можно снять напряжение U₂. Посредством скользящего контакта можно отрегулировать напряжение U₂ в диапазоне от нуля до величины поданного напряжения U.

 

 

Рис. 2. Потенциометры

 

Отношение полного напряжения U к напряжению U₂ равняется отношению полного сопротивления (R₁ + R₂) к частичному сопротивлению R₂.

 

В автомобильной технике потенциометры часто применяются для определения углов поворота механических частей, например, потенциометр на дроссельной заслонке электронной педали газа (датчик положения дроссельной заслонки). При этом угол поворота ползунка скользящего контакта преобразуется в напряжение соответствующей величины и подается на блок управления.

Закон Ома

В замкнутой электрической цепи приложенное напряжение U создает ток I, протекающий через сопротивление R (рис. 1). Сопротивление R в омах есть отношение напряжения U в вольтах к току I в амперах. Эта закономерность называется законом Ома.

 

 

Рис. 1. Измеряемые величины электрической цепи

Если на резисторы R₁ = 2 Ом и R₂ = 1 Ом подать регулируемое постоянное напряжение U, то при соответственно равном напряжении U величина силы тока, протекающего через каждый резистор, будет разной: I₁ и I₂.

Таблица 1

Зависимость силы тока от напряжения
Сопротивление	U в В
R1 = 2 Ом	I1 в А
R2 = 1 Ом	I2 в А

Если отметить на графике точки, соответствующие токам I₁ и I₂ при напряжении U, и провести через них линии, то получатся две прямые, имеющие разный угол подъема (рис. 2). Из графика следует, что:

· сила тока пропорциональна напряжению U (I ~ U).

· в результате при одном и том же напряжении меньшему сопротивлению соответствует больший ток; т.е. нарастание тока происходит резче.

 

 

Рис. 2. Зависимость силы тока I от напряжения U

 

Если на переменные резисторы R₁ и R₂ подать соответственно постоянное по величине постоянное напряжение U₁ = 5 V и U₂ = 10 V, то при соответственно равных сопротивлениях R₁ и R₂ получатся разные по величине токи I₁ и I₂.

 

 

Таблица 2

Зависимость силы тока от сопротивления
Напряжение	R в Ом
U1 = 5 В	I1 в А	Короткое замы- кание	2, 5	1, 25	0, 83	0, 675	0, 5
U2 = 10 В	I2 в А	Короткое замы- кание		2, 5	1, 66	1, 35	1, 0

Если отметить на графике точки, соответствующие токам I₁ и I₂ при сопротивлении R, и провести через них линии, то получатся две гиперболы (рис. 3). Из графика следует, что:

· чем больше сопротивление R при постоянном напряжении U, тем меньше сила тока I.

· сила тока I обратно пропорциональна сопротивлению R (I ~ 1/R).

 

 

 

 

Рис. 3. Зависимость силы тока I от сопротивления R

Мощность, работа, КПД

Электрическая мощность при постоянном токе

Электрическая мощность P является произведением напряжения U и силы тока I.

 

 

1 Вт – это мощность тока силой 1 A при напряжении 1 В.

 

1 Вт = 1 В ∙ 1 A = 1 Дж/с = 1 нм/с

 

КПД

Коэффициент полезного действия η – это отношение выходной мощности P_ab к входной мощности P_zu.

 

Поскольку входная мощность P_zu всегда больше, чем выходная мощность P_ab, КПД η всегда меньше 1 или меньше 100%. Это обусловлено потерями мощности P_v , которые возникают при каждом преобразовании энергии.

Схемы включения резисторов

Схема последовательного включения резисторов (рис. 1)

Схемы последовательного включения служат для деления напряжения. Элементы схемы включаются последовательно, например, когда допустимое рабочее напряжение одного отдельного элемента схемы меньше полного напряжения. Так, например, перед светодиодами включается добавочный резистор, чтобы при номинальном напряжении светодиодов, например, 2, 4 В, обеспечить возможность их эксплуатации в бортовой электрической сети автомобиля напряжением 12 В.

 

 

Рис. 1. Схема последовательного включения

 

В схемах последовательного включения действуют следующие закономерности:

Через все резисторы протекает один и тот же ток.

I = I₁ = I₂ = I₃ = …

Полное напряжение равняется сумме частичных напряжений.

U = U₁ + U₂ + U₃ + …

Частичные напряжения соотносятся между собой так же, как и частичные сопротивления (деление напряжения).

U₁: U₂: U₃ = R₁: R₂: R₃

Полное сопротивление равняется сумме частичных сопротивлений.

R = R₁ + R₂ + R₃ + …

Напряжение на каждом сопротивлении находится по закону Ома

U₁ = I₁R₁; U₂ = I₂R₂; U₃ = I₃R₃;

Полное напряжение равняется сумме частичных напряжений

Формирование напряжения

Формирование напряжения посредством индукции

 

Под индукцией понимается формирование электрического напряжения посредством изменения магнитного потока, пронизывающего петлю провода или катушку.

При перемещении вперед-назад постоянного магнита внутри катушки в катушке возникает переменное напряжение (рис. 1, слева ).

При перемещении вперед-назад петли провода в магнитном поле в петле провода возникает переменное напряжение (рис. 1, справа ).

 

 

Рис. 1. Индукция в движущемся проводнике

 

Этот процесс формирования напряжения называется индукцией в движущемся проводнике. При этом напряжение индуцируется лишь пока происходит изменение магнитного потока, пронизывающего катушку или петлю провода. Под магнитным потоком понимается общее число линий магнитного поля, охватываемых катушкой или петлей провода.

Величина напряжения индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока, охваченного катушкой (увеличение или уменьшение за единицу времени), и числу витков катушки.

Способ изменения магнитного потока в катушке не влияет на возникновение индукционного напряжения.

Изменение магнитного потока может происходить посредством:

· движения или вращения катушки в магнитном поле.

· включения и выключения электрического тока в обмотке, например, тока возбуждения в обмотке возбуждения генератора.

· периодического изменения силы тока, например, в первичной обмотке трансформатора.

Направление индукционного напряжения зависит от направления движения и от направления магнитного поля (рис. 1, слева ).

Направление тока можно определить по правилу правой руки (рис. 2).

 

Рис. 2. Правило правой руки

 

Формирование напряжения посредством индукции стало основой для получения электроэнергии в крупных масштабах. Ротор с полем возбуждения генерирует напряжение в неподвижной индукционной обмотке (обмотке статора) ( рис.3).

 

 

 

Рис. 3. Генератор переменного тока

 

Трансформаторы

 

Трансформатор состоит из двух катушек, сидящих на одном общем стальном сердечнике ( рис.4). Входная (первичная) обмотка отбирает электроэнергию из сети переменного тока. Переменный ток, потребляемый первичной обмоткой, генерирует переменное магнитное поле, которое передается на стальной сердечник и дальше на выходную (вторичную) обмотку и пронизывает её. Переменное магнитное поле индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

 

U₁ : U₂=W₁: W₂

 

Рис. 4. Трансформатор

 

Для трансформаторов характерна следующая закономерность:

 

Отношение первичного напряжения U1 к вторичному напряжению U2 равняется отношению числа витков W₁ первичной обмотки к числу витков W₂ вторичной обмотки.

 

Формирование напряжения посредством электрохимических процессов

 

Гальванический элемент (рис. 1). При погружении в электролит (кислота, щелочь или раствор соли) двух разных металлов образуется гальванический элемент; между двумя металлическими электродами (полюсами) возникает постоянное напряжение (рис. 1). При этом вместо одного из металлов можно применить уголь.

 

 

Рис. 1: Гальванический элемент

 

Величина напряжения гальванического элемента зависит от положения, занимаемого веществами, из которых изготовлены электроды, в электрохимическом ряду напряжений.

При последовательном включении нескольких гальванических элементов с целью умножения напряжения образуется батарея.

При отборе тока ток внутри гальванического элемента течет от отрицательного полюса к положительному. Электролит распадается, металл отрицательного полюса растворяется или химически преобразуется. Водород, выделяющийся на положительном полюсе, должен быть химически связан, чтобы напряжение не падало во время отбора тока. Это происходит в цинково-угольном элементе (рис. 2) за счет покрытия положительного полюса веществами, которые вступают в соединение с водородом, например, пиролюзитом (Mn0₂). Отдача тока прекращается, когда израсходован электролит или химически преобразован металл отрицательного полюса.

 

Рис. 2. Цинково-нашатырно-пиролюзитный гальванический элемент

 

Гальванические элементы, в которых электрохимическое преобразование является обратимым с помощью электрического тока, называются аккумуляторами.

 

Формирование напряжения посредством тепла

 

Термоэлемент (рис. 3). Если соединить вместе два провода из разных металлов и нагревать место их соединения, то между свободными концами проводов возникнет постоянное напряжение, величина которого зависит от комбинации металлов, из которых сделаны провода, и от температуры. Подключенный вольтметр может быть калиброван для показа температуры в °C. Термоэлементы применяются, например, для управления электрическими вентиляторами.

 

 

Рис. 3: Термоэлемент

 

Формирование напряжения посредством света

 

Фотоэлемент (рис. 4). Фотоэлемент чаще всего состоит из металлической пластины основания, на которую нанесен слой полупроводника, например, селена. Слой полупроводника соединен с контактным кольцом. При попадании света на фотоэлемент между контактным кольцом и пластиной основания возникает постоянное напряжение. Фотоэлементы применяются, например, в качестве автоматических включателей/выключателей уличного освещения.

 

 

Рис. 4: Фотоэлемент

 

Формирование напряжения посредством деформации кристалла

 

Пьезоэлемент (рис. 5). Состоит из кристалла (например, кристалл двуокиси кремния). При изменении давления возникает переменное напряжение, которое отводится посредством токопроводящих накладок. Пьезоэлектрические¹ генераторы напряжения применяются в качестве датчиков в процессах, связанных с быстрым изменением давления, например, в качестве датчиков детонации в двигателях внутренноего сгорания.

 

 

 

 

Рис. 5: Пьезоэлемент

 

Схемы включения генераторов напряжения

 

Генераторы напряжения могут быть включены при эксплуатации как последовательно, так и параллельно.

 

Схема последовательного включения (рис. 1).

Здесь действуют закономерности схемы последовательного включения резисторов. При этом суммируются как внутренние сопротивления генераторов, так и напряжения холостого хода. Полная сила тока равняется силе тока одного отдельного генератора напряжения. Емкость последовательно включенных одинаковых стартерных батарей равняется емкости одной отдельной стартерной батареи (увеличение емкости не происходит), однако при этом напряжение соответственно возрастает в несколько раз.

 

Источники напряжения включаются последовательно с целью получения более высокого рабочего напряжения.

 

При последовательном включении генераторов напряжения положительный полюс одной батареи соединяется с отрицательным полюсом следующей батареи.

 

Рис. 1. Схема последовательного включения генераторов напряжения

 

Схема параллельного включения (рис. 2). Здесь действуют закономерности схемы параллельного включения резисторов. При этом суммируются как токи, так и значения проводимости. Допускается параллельное включение источников напряжения только одинакового номинального напряжения. Если параллельно включить батареи разного напряжения, то от батареи с более высоким напряжением потечет большой уравнительный ток к батарее с меньшим напряжением. При этом могут разрушиться обе батареи.

Напряжение параллельно включенных одинаковых стартерных батарей равняется напряжению одной отдельной батареи. Однако емкость и отбираемый ток соответственно увеличиваются в несколько раз.

 

Источники напряжения включаются параллельно с целью получения тока большей силы.

 

При параллельном включении генераторов напряжения все положительные полюса и все отрицательные полюса должны быть соответственно соединены друг с другом.

 

 

Рис. 2: Схема параллельного включения генераторов напряжения

 

 

Постоянный магнетизм

Магниты притягивают железо, никель и кобальт. Местами наибольшего притяжения являются полюса магнита. Каждый магнит имеет северный и южный полюс.

 

Разноименные полюса двух магнитов взаимно притягиваются, а одноименные – взаимно отталкиваются.

 

Если подвижно расположить стержневой магнит, то он установится в направлении с севера на юг. Полюс, обращенный к северу, является северным полюсом магнита, противоположный полюс – южным. Вокруг магнита имеется магнитное поле. Силовые линии поля – это воображаемые линии, которые соответственно указывают направление магнитной силы. Они всегда замкнуты и при этом за пределами магнита направлены от северного полюса к южному, а внутри магнита – от южного полюса к северному (рис. 5).

 

Рис. 5. Поле стержневого магнита

 

 

Электромагнетизм

Вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Силовые линии поля имеют форму концентрических окружностей.

 

Направление силовых линий поля вокруг проводника можно определить по правилу буравчика. Если мысленно ввинчивать буравчик с правой резьбой в проводник в направлении тока, то направление вращения буравчика укажет направление силовых линий поля (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Магнитное поле обтекаемого током проводника

 

Ток, поступающий в проводник, обозначается символом X, а ток, выходящий из проводника – символом •.

Если смотать проводник в катушку, то силовые линии магнитного поля внутри катушки окажутся связанными в пучок. Внутри катушки они проходят параллельно друг другу с постоянной плотностью; в этом случае говорят о однородном магнитном поле. В месте выхода силовых линий возникает северный полюс, а в месте входа силовых линий – южный полюс (рис. 2).

 

Рис. 2. Магнитное поле катушки

 

Действие сил между обтекаемыми током проводниками. Между двумя обтекаемыми током проводниками действуют силы, создаваемые магнитными полями (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Обтекаемые током проводники

 

Проводники, обтекаемые одинаково направленными токами, взаимно притягиваются, а проводники, обтекаемые противоположно направленными токами, взаимно отталкиваются.

 

Обтекаемые током проводники в магнитном поле. Подвижно расположенная в магнитном поле катушка, обтекаемая током, поворачивается в определенное положение до тех пор, пока направление созданного ею магнитного поля не совпадет с направлением неподвижного магнитного поля. Непрерывное вращение может быть достигнуто, если на вращающейся катушке установить реверсирующий переключатель (коллектор), который незадолго до достижения конечного положения будет соответственно переключать направление тока в катушке (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Проводник и катушка в магнитном поле

 

На обтекаемый током проводник в магнитном поле действует сила, которая стремится сдвинуть его из состояния покоя.

 

123456Следующая ⇒

Поделиться: