18256

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Лекция

Физика

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Магнитное поле одна из двух сторон электромагнитного поля характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой пропорциональной заряду частицы и ее скорости. Магнитное поле изображается...

Русский

2013-07-07

294.5 KB

30 чел.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости.

Магнитное поле изображается силовыми линиями, касательные к которым совпадают с ориентацией магнитных стрелок, внесенных в поле (рис. 3.1).

Рис.     3.1. Магнитное поле плоского магнита

Таким образом, магнитные стрелки как бы являются пробными элементами для магнитного поля.

За положительное направление магнитного поля условно принимают направление северного полюса магнитной стрелки.

Можно утверждать, что магнитное поле и электрический ток — взаимосвязанные явления.

Вокруг проводника, в котором существует ток, всегда имеется магнитное поле, и, наоборот, в замкнутом проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает ток.

Рассмотрим количественные характеристики магнитного поля.

Магнитная индукция В — векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Эта характеристика является основной характеристикой магнитного поля, так как определяет электромагнитную силу, а также ЭДС индукции в проводнике, перемещающемся в магнитном поле.

Единицей   магнитной   индукции   является   вебер, деленный на квадратный метр, или тесла (Тл): [В] =1Вб/1 м2 = 1 Тл.

Абсолютная магнитная проницаемость среды μа — величина, являющаяся коэффициентом, отражающим магнитные свойства среды:

μа = μ0 μг (3.1).

где μ0— магнитная постоянная, характеризующая магнитные свойства вакуума.

0] =Гн/м.

Величину μг называют относительной магнитной проницаемостью среды. Она показывает, во сколько раз индукция поля, созданного током в данной среде, больше или меньше, чем в вакууме, и является безразмерной величиной.

Для большинства материалов проницаемость μг постоянна и близка к единице. Для ферромагнитных материалов μг является функцией тока, создающего магнитное поле, и достигает больших значений (102— 105).

Напряженность магнитного поля Н— векторная величина, которая не зависит от свойств среды и определяется только токами в проводниках, создающими магнитное поле. 

Направление вектора Н (рис. 3.1) для изотропных сред совпадает с вектором В и определяется касательной, проведенной в данной точке поля (точка А) к силовой линии. Напряженность связана с магнитной индукцией соотношением

B = μа H. (3.2)

Единица напряженности магнитного поля — ампер на метр:

[Н] =1 А/1 м.

Приведенные характеристики магнитного поля являются основными. Теперь рассмотрим производные характеристики.

Магнитный поток Ф — поток магнитной индукции. На рис. 3.2 показано однородное магнитное поле, пересекающее площадку S. Магнитный поток Ф через площадку S в однородном магнитном поле равен произведению нормальной составляющей вектора индукции Вn на площадь S площадки:

Ф = BnS=BS cos β.                                  (3.3)

Магнитное напряжение UM на участке АВ (рис. 3.3, а) в однородном магнитном поле определяется как произведение проекции HL вектора Н на отрезок АВ и длину этого отрезка /: Uм=HLL           3.4

                                                                                           

Рис. 3.3. К определению магнитного напряжения

Рис.   3.2. Однородное магнитное поле

а)

б)

Единица   магнитного   напряжения — ампер   (А).

В том случае, когда поле неоднородное или участок, вдоль которого определяется Uм не прямолинейный (рис. 3.3, б), необходимо разбить этот участок на элементарные отрезки ΔL. Тогда в пределах малого участка ΔL  поле можно считать однородным или сам участок прямолинейным и найти ΔUM на участке ΔL:

ΔUм=HL ΔL               

Полное магнитное напряжение на участке CD

UмCD=∑HL ΔL           3.5

ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА

Закон полного тока в ряде случаев позволяет установить зависимость между напряженностью магнитного поля и создающими его токами.

Рассмотрим произвольный контур длиной L (рис. 3.4), ограничивающий поверхность S. Через эту поверхность проходят токи I1 и I2, создающие магнитное поле.

Рис. 3.4. К определению закона полного тока

Алгебраическую сумму токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называют полным током и обозначают ∑I.

Выберем положительное направление обхода контура, как показано на рис. 3.4. Тогда в соответствии с правилом буравчика тока I1 положителен, а ток I2 отрицателен. Для нашего случая полный ток ∑I=I1-I2

Так как магнитное поле неоднородно, магнитное напряжение определяется по формуле (3.5).

Следует помнить, что произведение HLΔL берут со знаком плюс, если направление проекции HL  совпадает с выбранным направлением обхода.

Магнитное напряжение, вычисленное вдоль замкнутого контура, называют магнитодвижущей силой (МДС) или намагничивающей силой (HC)F.

Опытным путем установлено, что

F=I=HL ΔL                    3.6

Намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. В этом заключается смысл закона полного тока.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ТОКА

Магнитное поле прямолинейного проводника с током имеет вид концентрических окружностей (рис. 3.5, а). Направление поля определяют по правилу буравчика. Вследствие симметрии напряженность поля во всех точках, равноудаленных от оси проводника, одинакова. В качестве контура выберем окружность радиусом г, совпадающую с силовой линией поля. Так как контур совпадает с магнитной линией, длина вектора напряженности и его проекция на касательную в любой точке равны между собой: HL = Hr.

НС находим по формуле (3.5): F=∑HL ΔL= ∑Hr ΔL. Так как Нг во всех точках контура радиуса r одинакова, то

F=∑Hr ΔL =2πrHr

Полный ток ∑I =I. Следовательно,

I=2πrHr (3.7) откуда Нг = I/2πr Эта формула справедлива для проводника бесконечной длины, но практически ею пользуются и тогда когда длина проводника значительно больше расстояния r.

Рис. 3.5. Магнитное поле прямолинейного тока (а), определение Я при г, соизмеримом с / (б)

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ КОЛЬЦЕВОЙ И ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КАТУШЕК

Магнитное поле кольцевой катушки имеет вид концентрических окружностей и сосредоточено внутри катушки (рис. 3.6). Направление поля определяется по правилу правой руки: если правую руку расположить вдоль катушки так, чтобы четыре пальца совпадали с направлением тока в витках катушки, то отогнутый большой палец покажет направление поля.

Рис. 3.6. Магнитное поле кольцевой катушки

Рис. 3.7. Магнитное поле длинной (а) и короткой   (б)   цилиндрических   катушек

При симметричной намотке катушки напряженность Н во всех точках, равноудаленных от центра, будет одинакова. Рассмотрим контур, совпадающий с магнитной линией радиусом г. Поверхность, ограниченную этим контуром, пересекает полный ток ∑I =Iw , где w — число витков катушки.

НС вдоль этого контура F = Нг-2πr = НгL, где L = 2πr — длина контура.

Применив закон полного тока, получим

Hr = Iw/r. (3.8)

Эта формула справедлива для определения напряженности поля в точках средней части цилиндрической катушки (рис. 3.7, а) при условии, что L>>D. Необходимо обратить внимание на то, что конфигурация поля такой катушки аналогична конфигурации поля плоского магнита.

НАМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Материалы, обладающие большой магнитной проницаемостью, называют ферромагнитными. К ним относятся железо, никель, кобальт и их сплавы. Оказавшись во внешнем магнитном поле, эти материалы значительно усиливают его. Это явление упрощенно можно объяснить таким образом.

Ферромагнитные материалы имеют области самопроизвольного намагничивания. Магнитное состояние каждой из таких областей характеризуется вектором намагниченности. Векторы намагниченности отдельных областей (доменов) ориентированы случайным образом. Поэтому намагниченность ферромагнитных тел в отсутствие внешнего магнитного поля не проявляется.

Если ферромагнитное тело поместить во внешнее магнитное поле, то под его воздействием произойдут изменения, в результате которых векторы намагниченности отдельных областей самопроизвольного намагничивания будут ориентированы в направлении внешнего поля. Индукция результирующего магнитного поля будет определяться как индукцией внешнего поля, так и магнитной индукцией отдельных доменов, т. е. результирующее значение индукции будет намного превышать ее начальное значение. Таким образом, суммарное магнитное поле значительно превысит внешнее поле.

Магнитное состояние ферромагнитного поля и характеризуется кривой намагничивания. Рассмотрим процесс намагничивания ферромагнитного сердечника, помещенного в катушку с током (рис. 3.8).

Предположим сначала, что сердечник отсутствует. Тогда при увеличении тока в катушке магнитная индукция меняется по линейному закону, так как

В0 = μ0Н (рис. 3.9).

Рис. 3.8. К описанию процесса намагничивания ферромагнитного сердечника Рис. 3.9. Кривая намагничивания железа

Теперь будем полагать, что катушка имеет сердечник, который в исходном состоянии размагничен. По мере увеличения тока в катушке магнитная индукция в сердечнике быстро возрастает (участок 0—1 кривой намагничивания; рис. 3.9). Это объясняется ориентацией векторов намагниченности ферромагнитного сердечника. Затем интенсивность ориентации замедляется   (участок  1—2 кривой  намагничивания); точка 2 соответствует магнитному насыщению, т.е. при некотором значении напряженности поля Hнас все домены сориентированы и при дальнейшем увеличении тока в катушке индукция поля растет так же, как она росла бы при отсутствии сердечника.

ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕМАГНИЧЕВАНИЕ

Если через катушку пропускать ток, меняющий свое направление, то сердечник будет перемагничиваться. Рассмотрим этот процесс. При увеличении тока в катушке магнитная индукция возрастает до индукции насыщения (точка а). При уменьшении тока магнитная индукция снижается, но так, что при тех же значениях Н она оказывается больше значений магнитной индукции, соответствующих увеличению тока. Это объясняется тем, что часть доменов еще сохраняет свою ориентацию. Таким образом, при H = 0 в сердечнике сохраняется

Рис. 3.10. К    описанию процесса циклического      перемагничивания

Рис.3.11. Петли гистерезиса для различных материалов

магнитное поле, характеризуемое остаточной индукцией Вг (точка Ь). При увеличении тока в противоположном направлении магнитное поле катушки компенсирует магнитное поле, созданное доменами сердечника. При напряженности поля Нс (точка с), которая называется коэрцитивной силой, результирующая магнитная индукция окажется равной нулю. Дальнейшее увеличение тока в катушке вызовет перемагничивание сердечника, т. е. поворот векторов намагниченности на 180°. При некотором значении Н (точка d) сердечник снова будет насыщаться. При уменьшении тока в катушке до нуля индукция будет уменьшаться до остаточной индукции (точка е). Увеличение тока в положительном направлении вызовет намагничивание сердечника до исходного состояния (точка а). Полученную кривую называют петлей гистерезиса (запаздывания). Участок Оа характеристики намагничивания называют основной кривой намагничивания.

Процесс  перемагничивания  связан  с  затратами энергии и сопровождается выделением теплоты. Энергия, которая затрачивается за один цикл перемагничивания, пропорциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса.

В зависимости от вида петли гистерезиса ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания  и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Для магнитотвердых материалов характерны пологость основной кривой намагничивания и большая площадь гистерезисной петли.

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, в которой при наличии магнитодвижущей силы образуется магнитный поток, и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции, называют магнитной   цепью.

Рис. 3.12. Схема   магнитной цепи

Примером таких цепей являются сердечники трансформаторов, магнитных усилителей, электрических машин и т. д. (рис. 3.12). Задача расчета., магнитной цепи сводится к определению НС катушки или системы катушек, необходимой для создания заданного магнитного потока. Часто встречается и обратная задача, когда по заданной намагничивающей силе необходимо определить магнитные потоки. Расчет магнитной цепи производят с помощью законов для магнитных цепей. Рассмотрим эти законы.

Первый закон Кирхгофа. За счет тока, протекающего через катушку, показанную на рис. 3.12, возникает магнитное поле и в левом стержне создается магнитный поток Ф. Этот поток в точке А сердечника разветвляется на потоки Ф1 и Ф2. Так как силовые линии магнитного поля непрерывны и замкнуты, должно выполняться соотношение

Ф=Ф12 или Ф — Ф1— Ф2 = 0.        (3.9)

Следовательно, алгебраическая сумма магнитных потоков для любого узла магнитной цепи равна нулю.

Это уравнение выражает первый закон Кирхгофа для магнитной цепи.

Второй закон Кирхгофа. Применим закон полного тока к контуру ABCD (рис. 3.12). Полный ток, проходящий через поверхность, ограниченную этим контуром,

I =Iw. НС вдоль этого контура F = H(L1 + L2) +H1L1, где Н — напряженность магнитного поля на участке BCDA, в пределах которого оно однородно, так как магнитный поток Ф и площадь поперечного сечения сердечника S на этом участке неизменны; H1 — напряженность магнитного поля на участке АВ.

На основании закона полного тока Iw =H(L1 + L2) +H1L1

т. е. для данного контура НС катушки равна сумме магнитных напряжений на отдельных участках. Если имеется не одна, а несколько катушек и во всех стержнях напряженность поля различна, то уравнение приобретает вид

I 1w1+ I 2w2 + I 3w3 +…=H1 L1 + H 2L2 +H3L3+…

Таким образом, алгебраическая сумма НС для любого замкнутого контура магнитной цепи равна алгебраической сумме магнитных напряжений на отдельных его участках.

Это определение является вторым законом Кирхгофа для магнитной цепи. Знак НС катушки определяют по правилу буравчика, а знак магнитного напряжения — по направлению напряженности поля; если направление напряженности совпадает с выбранным направлением обхода контура, то магнитное напряжение берут со знаком плюс, и наоборот.

Закон Ома. Магнитное напряжение на данном участке цепи Uм=HLL. Выражение закона Ома для участка магнитной цепи примет вид

Ф = Uм/Rм,

Rм- магнитное сопротивление участка цепи.

Магнитный поток для участка цепи прямо пропорционален магнитному напряжению на этом участке.

Из выражения для Rм следует, что магнитное сопротивление ферромагнитных материалов мало. Необходимо отметить, что закон Ома справедлив только для линейных участков магнитной цепи.

ЭЛЕКТРОН В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

На электрон, движущийся в магнитном поле (рис. 3.15), действует электромагнитная сила. Эта сила возникает в результате взаимодействия данного магнитного поля с магнитным полем, которое образуется в результате движения электрона. Она называется силой Лоренца и определяется соотношением

Fo =q0Bvsin α, (3.11)

где q0 — заряд электрона; В — магнитная индукция; v — скорость движения электронов; α — угол между направлениями магнитного поля и электронного тока. Направление силы определяется по правилу левой руки: левую руку следует расположить так, чтобы магнитное поле входило в ладонь, вытянутые четыре

пальца располагаются по направлению тока; тогда отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы.

Необходимо помнить, что ток, вызванный движением электрона, направлен в сторону, противоположную этому движению.

Рис. 3.15. Электрон в  магнитном  поле

ПРОВОДНИК С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ

г

Рис. 3.16. Проводник с током в магнитном поле

На проводник с током, находящийся в магнитном поле (рис. 3.16), действует сила. Так как ток в металлическом проводнике обусловлен движением электронов, то силу, действующую на проводник, можно рассматривать как сумму сил, действующих на все электроны проводника длиной L. В результате получаем соотношение F = FonLS, где Fo — сила Лоренца, действующая на электрон; п — концентрации электронов (число электронов в единице объема); L, S — длина и площадь поперечного сечения проводника.

Рис. 3.17. Электромагнитные силы взаимодействия параллельных проводников с током

С учетом формулы (3.11) можно записать F =q0nvSBLsin α

Легко понять, что произведение qonv является плотностью тока J; следовательно, F=JSBlsinα.

Произведение JS есть ток I, т. е. F=IBLsinα

Полученная зависимость отражает закон Ампера.

Направление силы определяется по правилу левой руки. Рассмотренное явление положено в основу работы электрических двигателей.

На практике часто приходится встречаться с взаимодействием параллельных проводников, по которым проходят токи.

Рассмотрим это явление. Проводник с током I2 находится в магнитном поле тока I1  (рис. 3.17). Применим формулы (3.12) для определения электромагнитной силы, действующей на проводник с током I2: F1,2= I2B1L. В данном случае α = π/2. Магнитная индукция, как известно, В1аН1.

Напряженность магнитного поля прямолинейного проводника с током, по формуле (3.7), Н1=I1/ (2πα). Тогда выражение для F1,2 примет вид F1,2 = μа I1I2L/ (2 πα).

Согласно третьему закону Ньютона, проводник с током I2 действует на проводник с током I 1 с такой же силой, как проводник с током I1 на проводник с током I2, т. е.

F = μа I1I2L/ (2 πα).

Направление действия сил F12 и F21, определяется по правилу левой руки. Как видно из рис. 3.17, если токи проходят в одном направлении, то проводники притягиваются, если в разном — отталкиваются.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Суть закона электромагнитной индукции, открытого английским физиком М. Фарадеем, заключается в следующем: всякое изменение магнитного поля, в котором помещен проводник произвольной формы, вызывает в последнем появление ЭДС электромагнитной индукции.

Рассмотрим этот закон с количественной стороны при движении прямолинейного проводника в однородном магнитном поле (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Схема индуцирования ЭДС в проводнике, движущемся в однородном   магнитном   поле

Пусть проводник длиной L движется со скоростью v. Тогда на свободные электроны, движущиеся вместе с проводником, будет действовать сила Лоренца, направление которой определяется по правилу левой руки. Под действием этой силы электроны движутся вдоль проводника, что приводит к разделению зарядов: на конце А проводника накапливаются положительные заряды, на конце Б — отрицательные. Но при разделении зарядов возникает электрическое поле, препятствующее этому процессу. Когда силы поля уравновесят силу Лоренца, разделение  прекратится. В процессе разделения зарядов силы Лоренца производят работу. Определим значение этой работы по отношению к единичному заряду,   т.   е.   напряжение между точками А и Б. Это напряжение равно ЭДС электромагнитной индукции и в общем случае, выражается формулой   E = Bvlsinα. (3.14)

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки: правую руку располагают так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением скорости; тогда вытянутые четыре пальца покажут направление ЭДС.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ   МЕХАНИЧЕСКОЙ    ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

Пусть в магнитном поле проводник длиной L скользит под действием груза по направляющим (рис. 3.24). Тогда в соответствии с законом электромагнитной индукции в этом проводнике наводится ЭДС индукции E = ВLv. Под действием этой ЭДС в цепи начнет проходить токI. Согласно закону Ома для всей цепи,

E=IR+IRBT, где R — сопротивление нагрузки; RBT — сопротивление проводников.

Очевидно, что в резисторах R и RBT расходуется энергия и происходит процесс преобразования механической энергии в электрическую. При этом на проводник длиной L действует электромагнитная сила F = BIL, направление которой определяется    по    правилу   левой руки. При установившейся скорости сила G = F.
Найдем соотношения между механической и электрической мощностями для этого состояния. Умножим уравнение для Е на ток
I:

Pис. 3.24. Модель, иллюстрирующая преобразование механической энергии в электрическую

 

EI=I2R+I2RBT

То  Fv= I2R+I2RBT (3-17)

где Fv — механическая мощность, развиваемая при движении груза; I2R — электрическая мощность, потребляемая в нагрузке; I2RBT - мощность потерь в проводнике.

Таким образом, механическая энергия при перемещении проводника в магнитном поле преобразуется в электрическую. Рассмотренная модель является моделью простейшего генератора электрической энергии.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ   ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ   ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ

К проводнику длиной L, помещенному в магнитное поле, приложено напряжение источника U, и в цепи существует ток I (рис. 3.25). На проводник действует электромагнитная сила F = BLI, направление которой определяется по правилу левой руки.

Рис. 3.25. Модель, иллюстрирующая преобразование электрической энергии в механическую

Под действием этой силы, если F> G,
проводник длиной
L начнет перемещаться и груз станет подниматься. Следовательно, электрическая энергия источника будет преобразовываться в механическую энергию груза. Найдем количественное соотношение,  характеризующее это преобразование.   При   движении проводника в магнитном
поле в нем будет индуцироваться   ЭДС   
E = BLv.
Согласно принципу Ленца,  направление этой ЭДС противоположно направлению тока и, следовательно,

U = E + IRBT, (3.18)

где RBT — сопротивление проводника длиной L. Отсюда ток в цепи I = (U-E)/RBT. (3.19)

Умножив уравнение (3.18) на ток I и имея в виду, что E = BLv, получим

UI = EI + l2RBT    BLvI + I2RBT    Fv + I2 RBT

Pэ = Pмх + Pт (3.20)

где Рэ = UI — электрическая мощность; Pмх=Fv — механическая мощность; Pt = I2Rbt - тепловая мощность.

Таким образом, полученная проводником электрическая энергия источника преобразуется в механическую и тепловую энергию.

Эта модель является простейшим электрическим двигателем.

ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕ И ИНДУКТИВНОСТЬ КАТУШКИ

Если через катушку проходит изменяющийся ток, то ее витки пересекаются переменным магнитным полем, вызываемым этим током, и на зажимах катушки возникает ЭДС индукции. Для количественной характеристики этого процесса введем понятия потокосцепления и индуктивности катушки. На рис. 3.26 показана катушка с током, витки которой пронизывают различное число силовых линий: центральные витки — все силовые линии, крайние — только часть силовых линий. Следовательно, магнитные потоки различных витков различны. Эти магнит

ные потоки  называют потоками самоиндукции Ф, так как они создаются током катушки. Сумму потоков самоиндукции всех витков катушки называют  потокосцеплением самоиндукции. В том случае, когда магнитная проницаемость среды постоянна, между потокосцеплением  ψ и создающим его током существует линейная зависимость

ψL = LI,                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

где L — коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью катушки.

Единицей индуктивности является генри (Гн). [Ц=\ Вб/1 А=1 Гн.

На практике, как правило, пользуются более мелкими единицами: миллигенри (1 мГн=10~3 Гн) и микрогенри (1 мкГн=10~6 Гн).

L=μaw2S/L

ЭДС САМОИНДУКЦИИ.  ЭНЕРГИЯ  МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Рассмотрим процесс, происходящий в цепи (рис. 3.27) при замыкании ключа К. До замыкания ключа ток в цепи I = 0. После замыкания ключа ток в цепи устанавливается не мгновенно и лишь через определенное время достигает значения I=U/RK. Следовательно, ток, проходящий через катушку, изменяется, а значит, изменяется поток ФL каждого витка и потокосцепление катушки ψL 

В каждом витке и во всей катушке наводится  ЭДС. ЭДС eL называют ЭДС самоиндукции, а рассмотренное явление возникновения ЭДС в катушке вследствие изменения тока в этой катушке — самоиндукцией.

ЭДС самоиндукции, согласно принципу Ленца, препятствует изменению тока в катушке, поэтому ток достигает установившегося значения I=U/RK постепенно (рис. 3.28). Если замкнуть катушку на резистор, то ток в цепи не исчезает мгновенно, так как ЭДС самоиндукции препятствует его уменьшению. Прохождение тока через Rк сопровождается выделением тепловой энергии, что свидетельствует о накоплении энергии в магнитном поле катушки.

ЭДС ВЗАИМОИНДУКЦИИ. ВИХРЕВЫЕ ТОКИ

В том случае, когда переменное магнитное поле, созданное током одной катушки, пересекает витки другой катушки (рис. 3.29), и наоборот, на зажимах последней катушки возникает ЭДС, которую называют ЭДС взаимоиндукции.

Ток , проходящий через катушку w2, создает магнитное поле, часть которого сцеплена с витками катушки w2 (рис. 3.29, а), и количественно определяется потокосцеплением взаимоиндукции. Соответственно ток  катушки w2 (рис. 3.29, б) создает   потокосцепление   взаимоиндукции.

рис. 3.29. Магнитосвязанные цепи

Здесь Ф 12 и Ф21 — магнитные потоки взаимоиндукции, пропорциональные токам, их создающим. Следовательно, и потокосцепление взаимоиндукции пропорциональны этим токам.

Взаимная индуктивность М зависит от числа витков катушек, их размеров и взаимного расположения, а также от магнитных свойств среды.

Единица взаимной индуктивности М — генри (Гн).

При изменении потокосцепления взаимоиндукции первой катушки во второй катушке наводится ЭДС взаимоиндукции.

Соответственно изменение потокосцепления взаимоиндукции второй катушки вызывает ЭДС взаимоиндукции в первой катушке:

Явление взаимоиндукции находит широкое применение в различных электро- и радиотехнических устройствах. В частности, оно используется для трансформации электроэнергии в целях переменного тока.

Однако это явление может проявлять себя и как вредное. Например, в сердечнике катушки (рис. 3.30) или трансформатора за счет явления взаимоиндукции возникает кольцевой ток, который называют вихревым. Протекание вихревых токов в сердечнике вызывает большие тепловые потери. Для уменьшения этих потерь ферромагнитные сердечники  набирают  из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали с повышенным удельным электрическим сопротивлением.

Рис.3.30. Образование вихревых токов в магнитопроводе

12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

702. Технология составления интерактивного кроссворда средствами Excel 83 KB
  Набор названия или заголовка кроссворда. Заполнение скелета кроссворда. Создание рамочки клеток кроссворда.(вкладка Главная. Панель Шрифт). Проверки правильности результатов.
703. Реализация модели Ханойские башни 56.5 KB
  Разработать программу на языке C#, реализующую модель игры Ханойские башни. В данной курсовой работе спроектирована и разработана программа на языке C#, которая на основе запрошенных у пользователя входных данных моделирует Ханойские башни или позволяет разложить их вручную.
704. Особенности проведения корреляционно-регрессионного анализа 133 KB
  Используя метод наименьших квадратов определить наличие линейной зависимости между двумя признаками f1 и f2. Коэффициент линейной корреляции между признаками η.
705. Погрузочно-разгрузочные машины напольного действия и область их применения 35 KB
  Погрузочно-разгрузочные машины напольного действия предназначены для погрузки-выгрузки тарно-штучных, сыпучих грузов на транспортные средства, а также для перемещения на складах (складирование и сортировка).
706. Комплексная механизация и автоматизация погрузо-разгрузочных работ и складских операций с зерновыми грузами 43 KB
  Характеристика зерновых грузов и типы зернохранилищ. Зерновые склады по назначению подразделяются на заготовительные, перевалочные, производственные и базисные. Элеватор состоит из рабочей башни и силосных корпусов. КМАПРР и складские операции для вяжущих строительных материалов.
707. Лекарственные средства, влияющие на функции органов дыхания 58.5 KB
  Классификация лекарственных средств, влияющих на дыхание. Противокашлевые средства. Отхаркивающие средства. Бронхолитические средства. Аналептики прямого и рефлекторного действия.
708. Утренняя гигиеническая гимнастика 97 KB
  Сущность утренней гигиенической гимнастики. Методические указания к использованию физических упражнений в комплексах утренней гигиенической гимнастики. Комплекс упражнений утренней гигиенической гимнастики. Самоконтроль для занимающихся утренней гигиенической гимнастикой.
709. Территориальная организация хозяйства 131.5 KB
  Территориальная организация хозяйства России. Территориальная организация хозяйства Мурманской области. Отрасли с наибольшим удельным весом в структуре промышленного производства страны.
710. Социология социальной сферы: предметная область 176 KB
  Предмет социологии социальной сферы и место в структуре социологического знания. Функции социологии социальной сферы и уровни организации изучения социальных процессов. Понятийный аппарат социологии социальной сферы.