Реферат: Магнитные цепи Величины и законы характеризующие магнитные поля в магнитных цепях

МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ. ВЕЛИЧИНЫ И ЗАКОНЫ,

ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ

Магнитное поле проявляет себя следующим образом:

В проводнике, который движется в постоянном магнитном поле, наводится ЭДС;

В неподвижном проводнике, который находится в переменном магнитном поле, наводится ЭДС;

На проводник, по которому течет ток и который находится в магнитном поле, действует механическая сила.

Параметры, характеризующие магнитное поле:

Магнитный поток F— характеризуется числом силовых линий, пронизывающих поверхность площадью S.

Магнитное поле принято изображать силовыми линиями, направленными от северного к южному полюсу магнита.

[F] = [ Вб] = [ В×с]. />,

где a— угол между нормалью к площадке и направлением силовых линий.

Индукция магнитного поля />характеризует интенсивность магнитного поля в заданной точке пространства. Это векторная величина. Направление ее совпадает с касательной к силовой линии

/>[B] =[Вб/м2] = [Тл].

Если магнитное поле равномерное, то />.

Поток вектора индукции магнитного поля через замкнутую поверхность равен нулю

/>.

Силовые линии всегда замкнуты. Это принцип непрерывности силовых линий.

Напряженность магнитного поля />— это векторная величина, которая совпадает с направлением индукции и характеризует интенсивность магнитного поля в вакууме (при отсутствии магнитных веществ). [/>] = [А/м].

/>,

где ma– абсолютная магнитная проницаемость среды.

mr=ma/m– относительная магнитная проницаемость.

m=4p×10-7Гн/м – магнитная постоянная, равная абсолютной магнитной проницаемости в вакууме.

В 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции:

Электромагнитной индукцией называется явление возбуждения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, сцепленного с ним. Индуктированная ЭДС равна скорости изменения потока, сцепленного с контуром:

/>.

Знак «минус» выражает правило Ленца:

Ток, создаваемый в замкнутом контуре индуцированной ЭДС, всегда имеет такое направление, что магнитный поток тока противодействует изменению магнитного потока внешнего поля, его вызвавшего.

Поскольку

/>, то />

ЭДС, которая индуцируется в обмотке, равна сумме ЭДС каждого витка:

/>,

где w – число витков в обмотке.

/>,

где F1, F2, …, Fw – потоки, которые охватывают, соответственно, первый, второй и w витки обмотки.

— полный магнитный поток – потокосцепление обмотки.

Тогда для обмотки:

/>.

Если каждый виток обмотки охвачен одним и тем же потоком, тогда:

/>и />.

Если магнитное поле создается током этой же обмотки, то такая индуцированная ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

Если магнитное поле создано током других контуров, то такая ЭДС называется ЭДС взаимоиндукции.

/>; />.

Если проводник перемещается в постоянном магнитном поле, то индуцированная ЭДС равна:

/>,

где l – активная длина проводника;

V – скорость перемещения проводника;

B – индукция магнитного поля;

a — угол между направлением силовых линий и направлением перемещения проводника.

По правилу правой руки (большой палец – направление перемещения).

Если проводник с током I находится в магнитном поле с индукцией B, то на проводник действует сила:

— закон Ампера,

где a— угол между направлением силовых линий и направлением проводника.

По правилу левой руки (большой палец — сила):

--PAGE_BREAK--

В электротехнике все материалы делятся на немагнитные и магнитные. У немагнитных материалов (пара- и диамагнетики) относительная магнитная проницаемость mr»1: медь, алюминий, изоляторы, воздух, вода и др.

Магнитные материалы (ферромагнетики) имеют mr>>1: железо, никель, кобальт, сплавы – сталь, чугун и др.

Особенностью ферромагнитных материалов является то, что относительная магнитная проницаемость mr¹Const, а зависит от интенсивности магнитного поля.

Для ферромагнетиков зависимости B(H), m(H) нелинейны.

B(H) — кривая намагничивания.

B=mH.

При циклическом перемагничивании образуется петля гистерезиса:

Br– остаточная магнитная индукция;

Hc– коэрцитивная сила.

Ферромагнетики делятся на магнитомягкие (Hc< 4 кА/м) и магнитотвердые. У магнитомягких материалов петля гистерезиса узкая (используются для сердечников электротехнического оборудования). Площадь петли гистерезиса характеризует потери на гистерезис.

Магнитотвердые материалы имеют широкую петлю гистерезиса (используются для постоянных магнитов, систем носителей информации – компьютерные диски).

Закон полного тока устанавливает связь между напряженностью магнитного поля и током, которым это поле создано.

«Линейный интеграл от вектора напряженности магнитного поля вдоль любого замкнутого контура равен полному току, охватывающему данный контур».

/>.

Полный ток – это алгебраическая сумма токов.

В пространстве вокруг этих проводников с током образуется магнитное поле. В соответствии с законом полного тока:

/>.

Токи, которые при выбранном направлении обхода совпадают с направлением правоходового винта, считаются положительными.

Для многовитковой обмотки:

Контур интегрирования охвачен током wраз:

Величина />— называется намагничивающей или магнитодвижущей силой.

При практических расчетах контур интегрирования можно разбить на ряд участков с таким расчетом, чтобы напряженность магнитного поля на протяжении участка оставалась неизменной и ее направление совпадало с направлением dl. В этом случае интеграл меняется на сумму:

/>и

/>.

Магнитная цепь – это совокупность намагничивающих сил, ферромагнитных участков и других сред, по которым замыкается магнитный поток.

Магнитные цепи могут быть: простыми и сложными (один или несколько МДС); однородными и неоднородными (напряженность магнитного поля постоянна или непостоянна); разветвленными и неразветвленными (поток разветвляется или нет) и др.

Рассмотрим простую неразветвленную магнитную цепь с постоянной МДС.

lст– длина силовой линии на протяжении всего участка в стали;

l– длина воздушного зазора.

Для данной магнитной цепи запишем:

/>.

Но />/>поэтому/>. Отсюда />

Тогда запишем:

/>и

— закон Ома для магнитной цепи.

— магнитное сопротивление стального участка (сравнить с />);

— магнитное сопротивление воздушного зазора.

Так как mст>> m, то /><< />.

Поэтому в магнитную цепь вводят ферромагнитный материал (сердечник с малым магнитным сопротивление), что позволяет при одной и той же намагничивающей силе получать большой магнитный поток.

Аналогия между электрическими и магнитными цепями

Электрические величины

Магнитные величины

ток

Поток

ЭДС

МДС

Сопротивление

Напряжение

Проводник

—

Ферромагнетик