Реферати українською » Физика » Магнітне поле, ланцюги та індукція


Реферат Магнітне поле, ланцюги та індукція

Зміст

Запровадження

Основні поняття теорії магнітного поля

>Электромагнитная індукція

Магнітні ланцюга

Закон повного струму

Закон Ома для магнітної ланцюга. Лінійні інелинейние магнітні опору

>Ферромагнитние матеріали і їхні властивості

Розрахунокнеразветвленной магнітної ланцюга

>Электромагнитная індукція.ЭДС індукції

Укладання

Список джерел матеріалу


Запровадження

 

Історія магнетизму сягає корінням у сиву давнину, до античним цивілізаціям Малої Азії. На території Малої Азії, вМагнезии, знаходили гірську породу, зразки якої притягалися друг до друга. За назвою місцевості такі зразки і вони називати ">магнетиками". Будь-який магніт у вигляді стрижня чи підкови має дві торця, які називаються полюсами; саме тут місці найсильніше і виявляються його магнітні властивості. Якщо підвісити магніт на нитці, один полюс завжди буде вказувати північ. У цьому принципі грунтується компас.Обращенний північ полюс вільно висячого магніту називається північним полюсом магніту (N). Протилежний полюс називається південним полюсом (P.S).

Магнітні полюси взаємодіють друг з одним: однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні - притягуються. Аналогічно концепції електричного поля, навколишнього електричний заряд, вводять уявлення про магнітному полі навколо магніту.

У 1820 р.Эрстед (1777-1851) виявив, що магнітна стрілка, розташована поруч із електричним провідником, відхиляється, коли з провідника тече струм, т. е. навколо провідника із течією створюється магнітне полі. Якщо взяти рамку із течією, то зовнішнє магнітне полі взаємодіє зі магнітним полем рамки і неабияк впливає її уориентирующее дію, т. е. існує становище рамки, у якому зовнішнє магнітне полі надає її у максимальневращающее дію, і є становище, коли поводить момент сил нульовий.


Основні поняття теорії магнітного поля

Магнітне полі — складова електромагнітного поля, з'являється за наявності мінливого у часі електричного поля. З іншого боку, магнітне полі може створюватися струмом заряджених частинок, або магнітними моментами електронів в атомах (постійні магніти). З погляду квантової теорії поля електромагнітне взаємодія переноситьсябезмассовимбозон-фотоном (часткою, що можна уявити, як квантове порушення електромагнітного поля). Основний характеристикою магнітного поля є сила, обумовлена вектором магнітної індукції (вектор індукції магнітного поля). У СІ магнітна індукція вимірюється втеслах (>Тл), у системіСГС вгауссах.

Магнітне полі — це особливий вид матерії, з якої здійснюється взаємодія між рухливими зарядженими частинками чи тілами, з магнітним моментом.

Магнітне полі, і його параметри

Напрям магнітних ліній і напрям що створює їх струму пов'язані між собою відомим правиломправоходового гвинта (>буравчика), а як і правилом лівої руки. (рис. 1).

>Рис. 1. Магнітне полі. ПравилоБуравчика і правило лівої руки.


Основною величиною, що характеризує інтенсивність і напрям магнітного поля є – вектор магнітної індукції, яка вимірюється вТеслах [>Тл].

Вектор спрямований дотично до магнітної лінії, напрям вектора збігаються з віссю магнітної стрілки, вміщеній в аналізовану точку магнітного поля.

Розмір визначається по механічної силі, діючої на елемент провідника із течією, поміщений у магнітне полі.

Якщо на всіх точках поля має однакову величину і напрям, то таке полі називається рівномірним.

 залежить тільки від величини I, а й від магнітних властивостей довкілля.

Другий важливою величиною, що характеризує магнітне полі є – магнітний потік , який вимірюється вВеберах [>Вб].

>Элементарним магнітним потоком Ф крізь нескінченно малу майданчик називається величина (рис. 2)

>Рис. 2. Визначення магнітного потоку, пронизуючого: а) довільну поверхню; б) пласку поверхню в рівномірному магнітному полі

>dФ = Bcos adS,


де a – кут між напрямом інормалью до майданчикаdS.

Крізь поверхню P.S [м2]

Ф =sdФ =s BcosdS,

Якщо магнітне полі рівномірний, а поверхню P.S є площину

Ф = B P.S.

При дослідженні магнітних полів і розрахунку магнітних пристроїв користуються розрахункової величиною – напруженість магнітного поля [>А/м]

деmа – абсолютна магнітна проникність середовища.

Длянеферромагнитних матеріалів і середовищ (дерево, папір, мідь, алюміній, повітря)mа не відрізняється від магнітної проникності вакууму і дорівнює

>mo =4p · ,Гн/м (>Генри/метр).

Уферромагнетиковmа змінна і від У.

Магнітні ланцюга

Кожен електромагніт складається з сталевого сердечника –магнитопровода і намотаної нею котушки з витками ізольованій дроту, через яку проходить електричний струм.

Сукупність кількох ділянок:ферромагнитних (сталь) інеферромагнитних (повітря), якими замикаються лінії магнітного потоку, становлять магнітну ланцюг.


Закон повного струму

У основі розрахунку магнітних ланцюгів лежить закон повного струму (рис. 3.)

де: М – напруженість магнітного поля була в даної точці простору;

>dL – елемент довжини замкнутого контуру L;

a – кут між напрямами векторів і ;

P.S I – алгебраїчна сума струмів, пронизуючих контур L.

>Рис. 3. Закон повного струму.

Струм Ік, пронизуючий контур L вважається позитивним, якщо прийняте напрям обходу контуру і напрям цього струму пов'язані правиломправоходового гвинта (>буравчика).

Застосування закону повного струму до розрахунку магнітних ланцюгів

Розглянемо найпростішу магнітну ланцюг, виконану вигляді кільцятороида з однорідної матеріалу (рис. 4).


>Рис. 4. Кільцева магнітна ланцюг

>Обмотка має W витків іобтекается струмом I. Магнітні лінії всередині кільця є концентричні окружності з центрів точці Про.Применим до контуруCх, що з одній з магнітних ліній, які відбуваються щомагнитопроводе, закон повного струму. У цьому вважатимемо:

і збігаються, отже a = 0;

величинаНх переважають у всіх точках контуру однакова;

сума струмів, пронизуючих контур, дорівнюєIW.

Тоді

Звідси

деLx – довжина контуру, вздовж якого велося інтегрування;

>rx – радіус окружності.

Вектор всередині кільця залежить від відстаніrх. Якщо a – ширина кільця <<d, ця відмінність між значеннями М не більше сердечника невелика. Причому у розрахунок припустимо прийняти для поперечного перерізумагнитопровода одне значення напруженості магнітного поля:

>Hср =IW / L ,

де L – довжина середньої магнітної лінії.

Закон Ома для магнітної ланцюга. Лінійні інелинейние магнітні опору

У кільцевомумагнитопроводе з рівномірної обмоткою все полі концентрується всередині кільця.

>Определим у разі магнітний потік вмагнитопроводе з розподіленої обмоткою.

З співвідношень Ф =Bср P.S іBср =mаHср одержимо

Ф =Bср P.S =mаHср P.S .

>Магнитний потік Ф залежить від твориIW = F, що отримало назвумагнитодвижущей сили (>МДС).

Значимість L /(>mа P.S) =Rм – прийнято назвати магнітним опороммагнитопровода (за аналогією з електричним опоромr = L / P.S).

Магнітне опір повітря (проміжків) лінійне,т.к.mа =mo =const. Магнітне опір сердечника нелінійно –mа залежить від У.

Якщонамагничивающую силу F, уподібнити діїЭДС, отримають співвідношення, наче вираз закону Ома для ланцюга постійного струму. У зв'язку з цим формулу

прийнято назвати законом Ома для магнітної ланцюга. Слід зазначити, що ця аналогія – формальна, а фізична сутність процесів в електричних і магнітних ланцюгах різна.

 

>Ферромагнитние матеріали і їхні властивості

Відомо, що магнітна проникністьmаферромагнитних матеріалів змінна величина і від У. Це спричиняє у себе мінливість магнітного опоруRм і ускладнює розрахунки магнітних ланцюгів. Тож розрахунку магнітних ланцюгів, містять феромагнітні ділянки, необхідно розташовувати кривиминамагничивания, котрі представляють собою залежність B =f(H). Ці залежності отримують експериментальним шляхом – випробуванням замкнутихмагнитопроводов з розподіленої обмоткою.

>Первоначальномунамагничиванию зразка відповідає крива a, звана кривою початковогонамагничивания (рис. 5).


>Рис. 5. ЗалежністьВ(Н) – петлягистерезиса

Якщо зразок піддавати циклічномунамагничиванию за зміни напруженості магнітного поля була в межах +>Нх до –>Нх, то графік представлятиме замкнуту криву, відому під назвою петлігистерезиса.

Якщо процес циклічногонамагничивания повторювати для поступово збільшуються значень напруженості магнітного поля, можна отримати сімейство петельгистерезиса, й дуже звану граничну петлюгистерезиса, який відповідає зміна напруженості магнітного поля була в межах від +>Нmax до –>Нmax, збільшення М понадНmax не потягне збільшення площі петлігистерезиса. Гранична петлягистерезиса визначає значення залишкової магнітної індукції ікоерцетивной силиНс. Крива, з'єднує вершини петельгистерезиса, називають основною кривоюнамагничивания. Ці криві наводяться в довідкових довідниках й закони використовують під час розрахунків магнітних ланцюгів.

Процес циклічногоперемагничивания вимагає витрати енергії, як знаємо з курсу фізики, пропорційної площі петлігистерезиса.

У зв'язку з циммагнитопроводи електротехнічних пристроїв, що працюють у умовах безперервногоперемагничивания (наприклад трансформатори), доцільно виконувати зферромагнитних матеріалів, мають вузьку петлюгистерезиса (на рис. 6, криві a). Такі феромагнітні матеріали називаютьмагнитомягкими (>листовая електротехнічна сталь і кілька спеціальних сплавів, наприклад пермалой, що з нікелю, заліза та інших компонентів).

>Рис. 6.Петлигистерезисамагнитомягих (криві a) імагнитотвердих (кривіd) матеріалів

Для виготовлення постійних магнітів рекомендується використовувати феромагнітні матеріали з широкою петлеюгистерезиса (кривіd), які мають велику залишкову індукцію ще більшукоерцетивную силу. Такі феромагнітні матеріали називаютьмагнитотвердими (ряд сплавів заліза з вольфрам, хромом і алюмінієм).

Розрахунокнеразветвленной магнітної ланцюга

Формула, якою виражено закон повного струму магнітної ланцюга, отримали для кільцевогомагнитопровода постійного поперечного перерізу й з рівномірно розподіленої обмоткою. Цю формулу поширюють і магнітні ланцюга, денамагничивающая обмотка зосереджена обмеженій ділянцімагнитопровода, а окремі ділянки ланцюга виконані із різнихферромагнитних інеферромагнитних матеріалів і мають різне поперечне перетин.

У наближених розрахунках магнітних ланцюгів приймають, що магнітний потік усім ділянках ланцюга залишається у тому ж, хоча насправді в магнітної ланцюга утворюються також потоки розсіюванняФр, які замикаються повітрям, а чи не йдуть шляхоммагнитопровода.

У розрахунках магнітних ланцюгів розрізняють пряму і зворотний завдання.

Пряма завдання

>Задано: 1) геометричні розміри магнітної ланцюга; 2) характеристика B =f(H) (криванамагничивания)ферромагнитних матеріалів, у тому числі виконано магнітна ланцюг; 3) магнітний потік Ф, які треба створення у магнітної ланцюга. Потрібна знайтинамагничивающую силу обмотки F =IW. Рішення завдання розглядається стосовномагнитопроводу, поданому на рис. 7.

>Рис. 7. Магнітна ланцюг

1. Магнітна ланцюг розбивається на цілий ряд ділянок з поперечним перерізом P.S, виготовлений із однорідної матеріалу.

2. Намічається шлях проходження середньої магнітної лінії (на рис. 4.7 показано пунктиром).

3.Т.к. магнітний потік усім ділянках ланцюга постійний, то магнітна індукція B = Ф / P.S кожному із дільниць і напруженість магнітного поля М незмінні. Це дозволяє порівняно просто визначити значення для контуру, освіченого середньої магнітної лінією, отже, знайти потрібну величинунамагничивающей сили, оскільки .

Запишемо інтеграл як суми з дитинства інтегралів з кордонами інтегрування, збігаються з початком і кінцем кожної ділянки ланцюга.

де:L1 іL2 – довжиниферромагнитних ділянок ланцюга [м].

>d – ширина повітряного зазору, [м].

4. ЗначенняН1 іН2 визначають по відомим величинам магнітної індукції У з допомогою кривихнамагничивания, відповіднихферромагнитних матеріалів.

Щодо повітряного зазору

Зворотний завдання

>Задано:

>1)Геометрические розміри магнітної ланцюга;

>2)Характеристикиферромагнитних матеріалів;

>3)Намагничивающая сила обмотки F.

Потрібна визначити магнітний потік Ф.

Безпосереднє використання формули


визначення магнітного потоку Ф виявляється неможливим, оскільки магнітне опір ланцюга змінне і саме залежить від величини магнітного потоку. Такі завдання вирішуються методом послідовного наближення у порядку.Задаются поруч довільних значень магнітного потоку у ланцюги й у кожного з цих значень визначають необхіднунамагничивающую силу обмотки оскільки це під час вирішення прямий завдання.

За отриманими даним будують кривуФ(F) –вебер-амперную характеристику. Маючи цю залежність, неважко для заданого значеннянамагничивающей сили знайти величину магнітного потоку.

Для оцінки необхідного значення Ф можна знехтувати опоромферромагнитного дільниці і вважати потік, який вийде під впливомнамагничивающей сили F при опір повітряного ділянки. Це значення Ф явно більше розрахункового.

Інші значення можна давати менше.

>Электромагнитная індукція. >ЭДС індукції

 

Роботу сил вихрового електричного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду вздовж замкнутого контуру називають електрорушійної силою індукції ().

Закон електромагнітної індукції

>ЭДС індукції у замкненому контурі дорівнює по модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

>ЭДС індукції і напрям індукційного струму у замкненому круговому провіднику (в котушці)

 

 

Напрям індукційного струму визначається за правиломЛенца: що виникає у замкненому контурі індукційний струм протидіє тому зміни магнітного потоку, яким викликаний даний струм.

 

>Рис. 8. Напрям індукційного струму за правиломЛенца

магнітне полі закон ом

>ЭДС індукції і напрям індукційного струму в прямолінійному провідникудвижущемся у магнітному полі.

 

=

 


 

Напрям індукційного струму, визначається правилом правої руки: якщо долонюпровой руки розмістити те щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а відставлений великого пальця збігався і розсилання їх швидкості провідника, то чотири витягнутих пальця вкажуть напрям індукційного струму.

 

>Рис. 9. Напрям індукційного струму за правилом правої руки.

 

>Самоиндукция. При зміні сили струму в котушці відбувається зміна магнітногопoтокa, створюваного цим струмом. Зміна магнітного потоку, пронизуючого котушку, викликає появаЭДС індукції в котушці, званоїЭДСсамоиндукции. Під впливомЭДСсамоиндукции в котушці з'являється струмсамоиндукции, який протидіє зміни основного струму у ланцюзі, що викликає це явище, званесамоиндукцией.


>Рис. 10. Наростання (убування) струму з часом при замиканні (>размикании ланцюга).

 

Явище виникненняЭДС в електричної ланцюзі у результаті зміни сили струму у цій самій ланцюга називаєтьсясамоиндукцией.

>Индуктивность

 

 – магнітний потіксамоиндукции контуру,

де L —индуктивность контуру чи коефіцієнтсамоиндукции (L залежить від ж розмірів та форми провідника, від магнітних властивостей середовища).

 -ЭДСсамоиндукции

>Индуктивность — це фізична величина, чисельно рівнаЭДСсамоиндукции, виникає в контурі за зміни сили струму на1А за1с.

 


 

, при

Одиниця індуктивності

>Индуктивность провідника дорівнює 1Гн, якщо у неї за зміни сили струму на1A за1с виникає =1 У.


Укладання

Магнітне полі, одне з форм електромагнітного поля. Складається рухливими електричними зарядами іспиновими магнітними моментами, і навіть змінним електричним полем. Діє на рухомі електричні заряди й тіла, які мають магнітним моментом. Характеризується магнітної індукцією (чи напруженістю). Індукція магнітного поля Землі (в одиницях СІ) близько 0,00005Тл, найсильнішими великомасштабними магнітними полями мають нейтронні зірки (близько 100 млн.Тл).

У лабораторних умовах й лазерній техніці щоб одержати постійного магнітного поля (0,05 - 25Тл) використовують постійні магніти, електромагніти,сверхпроводящиесоленоиди.Импульсниесверхсильние магнітні поля (160 - 1000Тл) отримують з допомогою імпульснихсоленоидов і методом спрямованого вибуху. Технічні застосування магнітного поля (поруч із електричним полем) лежать у основі всієї електротехніки, радіотехніки і електроніки. Магнітні поля використовують у дефектоскопії, для утримання гарячої плазми за умов керованого термоядерного синтезу, в прискорювачах заряджених частинок тощо.


Список джерел матеріалу

>model.exponenta/electro/0050.htm

>in-nov/doc/_Lantsev/Fizika/mag_pole.pdf

>sfiz/page.php?id=62

 


Схожі реферати:

Навігація