Магнітні кола при постійних намагнічуючих силах
Явище і закон електромагнетизму. Напруженість магнітного поля - відношення магнітної індукції до проникності середовища. Магнітне коло та його конструктивна схема. Закон повного струму. Крива намагнічування, петля гістерезису. Розрахунок електромагнітів.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 25.02.2011 |
| Размер файла | 32,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
5
Магнітні кола при постійних намагнічуючих силах
1. Явище і закон електромагнетизму
З курсу фізики відомо, що існує явище електромагнетизму: навколо провідника зі струмом утворюється магнітне поле. Магнітне поле розглядають як стан середовища, яке оточує провід з електричним струмом. Воно створюється завдяки руху заряджених часток: електронів або іонів. Напрям силових ліній магнітного поля визначається за правилом «буравчика» або «правового гвинта»: якщо угвинчувати буравчик (правий гвинт) за напрямом електричного струму, то напрям його обертання буде збігатися з напрямом силових ліній магнітного поля (рис.5.1).
Як силова характеристика магнітного поля прийнята фізична величина - магнітна індукція В. Вектор магнітної індукції в будь-якій точці магнітного поля є дотична силовій лінії магнітного поля. За модулем магнітна індукція дорівнює відношенню обертаючого моменту рамки зі струмом (поміщеної в дану точку поля) до добутку площі рамки на силу струму в ній:
, (5.1)
де В - магнітна індукція, Тл;
М - обертаючий момент, Нм;
I - сила струму, А;
S - площа рамки, м2.
.
Однорідне магнітне поле - це таке поле, у якого магнітна індукція в будь-якій точці поля однакова. Прикладом такого поля може служити магнітне поле між плоскими полюсами магнітів.
Для однорідного магнітного поля введене поняття магнітного потоку, під яким розуміється добуток магнітної індукції на площу, через яку проходить магнітне поле:
Ф = ВS, (5.2)
де Ф - магнітний потік, Вб;
В - магнітна індукція, Тл;
S - площа, через яку проходить магнітне поле, м2.
.
Приклад
У магнітному полі постійного магніту знаходиться рамка зі струмом. Сила струму в рамці дорівнює 10 А. На рамку діє обертаючий момент 0,2 Нм. Площа рамки дорівнює 100 см2. Площа поперечного перетину кожного полюса магніту дорівнює 200 см2. Визначити: магнітну індукцію поля; магнітний потік між полюсами.
Рішення.
1. Визначаємо магнітну індукцію поля за (5.1):
.
2. Визначаємо магнітний потік між полюсами за (14.2):
Ф = ВS2 = 2 200 10-4 = 4 102 10-4 = 0,04 Вб.
Зв'язок між магнітним потоком, який створюється котушкою зі струмом та силою електричного струму встановлює закон електромагнетизму: потокозчеплення (добуток кількості витків котушки на магнітний потік) прямо пропорційно добутку індуктивності котушки на силу електричного струму:
= wФ = LI, (5.3)
де - потокозчеплення, Вб;
w - кількість витків котушки;
Ф - магнітний потік, Вб;
L - індуктивність котушки, Гн;
I - сила електричного струму, А.
.
Приклад
У котушці індуктивності з феромагнітним осердям, яка має 200 витків, протікає електричний струм силою 10 А. Магнітний потік у феромагнітному осерді дорівнює 0,04 Вб.
Визначити: потокозчеплення котушки; індуктивність котушки.
Рішення.
1. Визначаємо потокозчеплення котушки за (5.3):
= wФ = 200 0,04 = 2102 410-2 = 8 Вб.
магнітний поле коло струм
2. Визначаємо індуктивність котушки з (5.3):
.
Якщо провідник з електричним струмом помістити в різні середовища, то в кожному середовищі значення магнітної індукції буде різним (рис.5.2).
Введено поняття напруженості магнітного поля, під яким розуміється відношення магнітної індукції до магнітної проникності середовища:
, (5.4)
де Н - напруженість магнітного поля, А/м;
В - магнітна індукція, Тл;
с - магнітна проникність середовища, Гн/м.
.
Магнітна проникність середовища може бути знайдена в такий спосіб:
с = 0 , (5.5)
де - відносна магнітна проникність середовища;
0 - магнітна постійна, Гн/м.
Магнітна постійна
0 = 410-7 Гн/м.
2. Магнітне коло та його конструктивна схема
За аналогією з електричним колом під магнітним колом розуміється сукупність пристроїв, які забезпечують можливість створення магнітного потоку. Магнітне коло містить магнітопровід (призначений для замикання і підсилення магнітного потоку), а також котушку, виконану з проводу (призначену для протікання електричного струму і створення магнітного потоку), яка живиться від джерела постійного електричного струму. Магнітопроводи виконуються з феромагнітних матеріалів та можуть мати різні довжини і перетини, а також повітряні прошарки. Феромагнітні матеріали - це залізо, нікель, кобальт, їх сплави.
Приведемо приклад конструктивної схеми нерозгалуженого магнітного кола (рис.5.3).
Магнітопровід містить дві ділянки:
1-а ділянка довжиною l1, перетином S1;
2-а ділянка довжиною l2, перетином S2.
Котушка містить кількість витків w. До котушки підведена напруга U, під дією якої протікає намагнічуючий струм I. В результаті буде спостерігатися явище електромагнетизму: котушка з намагнічуючим струмом I створить магнітний потік Ф.
3. Крива намагнічування
Для однорідного магнітного поля відомий закон повного струму: намагнічуюча сила (добуток кількості витків котушки на силу струму) прямо пропорційна добутку напруженості магнітного поля на довжину магнітопроводу:
F = wI = Hl , (5.6)
де F - намагнічуюча сила котушки, А;
w - кількість витків котушки;
I - сила струму, який протікає в котушці, А;
Н - напруженість магнітного поля, А/м;
l - довжина магнітопроводу котушки, м.
.
З (5.6) можна знайти залежність напруженості магнітного поля від намагнічуючого струму:
. (5.7)
Якщо по котушці пропускати електричний струм, змінюючи силу електричного струму від нуля до певного значення, то відповідно до (5.4) буде змінюватися і магнітна індукція за законом:
В = с Н. (5.8)
Магнітний потік буде змінюватися за законом:
Ф = с Н S . (5.9)
З курсу фізики відомо, що з ростом магнітного потоку у феромагнетику його магнітна проникність буде зменшуватися. Тому залежність Ф = f (Н) або В = f (Н) буде нелінійною. Така крива називається кривою намагнічування (рис.5.4), яка вперше була експериментально встановлена для м'якого заліза російським фізиком Олександром Григоровичем Столетовим у 1871 році.
Як видно з кривої намагнічування на рис.5.4 з ростом напруженості поступово настає насичення феромагнітного матеріалу і магнітна індукція далі практично не зростає.
4. Петля гістерезису
Якщо спочатку збільшувати силу струму до режиму насичення (рис.5.5), а потім його зменшувати, то залежність В = f (Н) уже проходить вище (відрізок 1). Для того, щоб магнітна індукція зменшилася до нуля, необхідно струм пропускати в зворотному напряму (відрізок 2). Якщо далі в зворотному напряму пропускати струм, то поступово настає насичення (відрізок 3). Якщо тепер струм зменшувати до нуля, то залежність В = f (Н) буде мати вигляд відрізка 4. Змінюємо напрям струму і при певному значенні сили струму магнітна індукція дорівнює нулю (відрізок 5). Підвищуючи силу струму далі, поступово настає насичення (відрізок 6). Таким чином, ми одержали залежність В = f (Н) у вигляді так званої петлі гістерезису.
З курсу фізики відомо, що площа петлі гістерезису прямо пропорційна втратам енергії на перемагнічування магнітопроводу.
5. Електромагніти та їх розрахунок
Електромагніти широко застосовуються в техніці. Вони служать для створення магнітного поля в електрогенераторах, електродвигунах, трансформаторах, електровимірювальних приладах, електричних апаратах, а також для створення стискальних зусиль. Електромагніт, призначений для стискальних зусиль, складається з нерухомого осердя (магнітопроводу), рухливого якоря (магнітопроводу) та котушок збудження (виконаних із провідників). Котушки розташовані на осерді, а осердя відділене від якоря повітряним зазором (рис.5.6).
Піднімальна сила електромагніта визначається за формулою:
, (5.10)
де Fемг - піднімальна сила електромагніта, Н;
S - загальна площа поперечного перерізу полюсів електромагніта, м2.
В - магнітна індукція, Тл;
0 - магнітна постійна, Гн/м.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характеристика обертального моменту, діючого на контур із струмом в магнітному полі. Принцип суперпозиції магнітних полів. Закон Біо-Савара-Лапласа і закон повного струму та їх використання в розрахунку магнітних полів. Вихровий характер магнітного поля.
лекция [1,7 M], добавлен 24.01.2010Явище електризації тіл і закон збереження заряду, взаємодії заряджених тіл і закон Кулона, електричного струму і закон Ома, теплової дії електричного струму і закон Ленца–Джоуля. Електричне коло і його елементи. Розрахункова схема електричного кола.
лекция [224,0 K], добавлен 25.02.2011Дослідження кривих гістерезису. Залежність магнітної індукції від напруженості магнітного поля. Сучасна теорія феромагнетиків. Процеси намагнічування феромагнетика. Методика дослідження кривих, петлі гістерезису феромагнетика за допомогою осцилографа.
реферат [690,1 K], добавлен 21.06.2010Магнітні властивості деяких речовин. Сила дії магніту та магнітного поля та їх вплив на організм людини. Взаємодія полюсів магніту. Погіршення самопочуття людей під час магнітних бур. Відкриття явищ електромагнетизму й використання електромагнітів.
реферат [16,7 K], добавлен 16.06.2010Поняття електростатиці, електричного поля, електричного струму та кола, ємністі, магнетизму та електромагнітній індукції. Закон електромагнітної індукції Фарадея. Кола змінного струму. Послідовне та паралельне з’єднання R-, C-, L- компонентів.
анализ книги [74,2 K], добавлен 24.06.2008Закон повного струму. Рівняння Максвелла для циркуляції вектора напруженості магнітного поля. Використання закону для розрахунку магнітного поля. Магнітний потік та теорема Гаусса. Робота переміщення провідника із струмом і контуру у магнітному полі.
учебное пособие [204,9 K], добавлен 06.04.2009Розрахунок магнітних провідностей: робочого та неробочого зазору. Розрахунок питомої магнітної провідності розсіювання, тягових сил. Складання схеми заміщення та розрахунок параметрів. Алгоритм розрахунку розгалуженого магнітного кола електромагніта.
курсовая работа [46,3 K], добавлен 29.09.2011Поняття змінного струму. Резистор, котушка індуктивності, конденсатор, потужність в колах змінного струму. Закон Ома для електричного кола змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Визначення теплового ефекту від змінного струму.
лекция [637,6 K], добавлен 04.05.2015Режим роботи електричного кола з паралельним з’єднанням котушки індуктивності і ємності при різних частотах. Вплив С і L на явище резонансу струмів та його використання для регулювання коефіцієнта потужності. Закон Ома для кола з паралельним з’єднанням.
лабораторная работа [123,3 K], добавлен 13.09.2009Основні фізичні поняття. Явище електромагнітної індукції. Математичний вираз миттєвого синусоїдного струму. Коло змінного синусоїдного струму з резистором, з ідеальною котушкою та конденсатором. Реальна котушка в колі змінного синусоїдного струму.
лекция [569,4 K], добавлен 25.02.2011
