Магнитное поле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

магнитный трансформатор ток заряд электрический

1. Основные понятия теории магнитного поля

2. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции

3. Закон полного тока

4. Магнитные цепи

5. Ферромагнитные материалы и их свойства

6. Принцип действия однофазного трансформатора

7. Режимы работы трансформатора

Список источников материала

1. Основные понятия теории магнитного поля

Магнитное поле -- составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.

Магнитное поле -- это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Направление магнитных линий и направление создающего их тока связаны между собой известным правилом правоходового винта (буравчика), а так же правилом левой руки. (рис. 1).

Рис. 1. Магнитное поле. Правило Буравчика и правило левой руки

Основной величиной, характеризующей интенсивность и направление магнитного поля является - вектор магнитной индукции, которая измеряется в Теслах [Тл].

Магнимтная индумкция -- векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой F магнитное поле действует на заряд q, движущийся со скоростью v.

Более конкретно, B -- это такой вектор, что сила Лоренца F, действующая со стороны магнитного поля[1] на заряд q, движущийся со скоростью v, равна

Вектор направлен по касательной к магнитной линии, направление вектора совпадает с осью магнитной стрелки, помещенной в рассматриваемую точку магнитного поля.

Величина определяется по механической силе, действующей на элемент проводника с током, помещенный в магнитное поле.

Если во всех точках поля имеет одинаковую величину и направление, то такое поле называется равномерным.

Второй важной величиной, характеризующей магнитное поле является - магнитный поток , который измеряется в Веберах [Вб].

Элементарным магнитным потоком Ф сквозь бесконечно малую площадку называется величина (рис. 2)

Рис. 2. Определение магнитного потока, пронизывающего: а) произвольную поверхность; б) плоскую поверхность в равномерном магнитном поле

dФ = B cos a dS,

где a - угол между направлением и нормалью к площадке dS.

Сквозь поверхность S [м2]

Если магнитное поле равномерное, а поверхность S представляет собой плоскость

Ф = B S.

При исследовании магнитных полей и расчете магнитных устройств пользуются расчетной величиной - напряженность магнитного поля [А/м]

где mа - абсолютная магнитная проницаемость среды.

Для неферромагнитных материалов и сред (дерево, бумага, медь, алюминий, воздух) mа не отличается от магнитной проницаемости вакуума и равна

mo = 4p · , Гн/м (Генри/метр).

У ферромагнетиков mа переменная и зависит от В.

Индуктивность

Индуктивность -- это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1А за 1с.

- магнитный поток самоиндукции контура,

где L -- индуктивность контура или коэффициент самоиндукции (L зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды).

, при

Единица индуктивности

Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при изменении силы тока на 1A за 1с возникает =1 В.

2. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции

Работу сил вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой индукции ().

Закон электромагнитной индукции

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

ЭДС наводимая в обмотке переменным магнитным полем.

Где w - число витков

(Кси) - потокосцепление

Самоиндукция. При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного пoтокa, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, вызывает появление ЭДС индукции в катушке, называемой ЭДС самоиндукции. Под действием ЭДС самоиндукции в катушке появляется ток самоиндукции, который противодействует изменению основного тока в цепи, вызывающего это явление, называемое самоиндукцией.

L - индуктивность

ЭДС индукции и направление индукционного тока в прямолинейном проводнике движущемся в магнитном поле.

B - магнтная индукция

L - длина проводника

V- скорость перемещения проводника

Напрвление ЭДС определяется по правилу правой руки

Если ладонь провой руки расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а отставленный большой палец совпадал с направлением скорости проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.

3. Закон полного тока

В основе расчета магнитных цепей лежит закон полного тока (рис. 3.)

Рис. 3

где: Н - напряженность магнитного поля в данной точке пространства;

dl - элемент длины замкнутого контура L;

S I - алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L.

Для обмотки

Для однородной магнитной цепи

Lср - длнина ср силовой линии

Lw - магнитодвижущая сила

Для неоднородной магнитной цепи с водушным зазором

Н - напряжонность в сердечнике

Нd -напряжонность МП в зазоре

4. Магнитные цепи

Всякий электромагнит состоит из стального сердечника - магнитопровода и намотанной на него катушки с витками изолированной проволоки, по которой проходит электрический ток.

Совокупность нескольких участков: ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух), по которым замыкаются линии магнитного потока, составляют магнитную цепь.

5. Ферромагнитные материалы и их свойства

Известно, что магнитная проницаемость mа ферромагнитных материалов переменная величина и зависит от В. Это влечет за собой непостоянство магнитного сопротивления Rм и значительно усложняет расчеты магнитных цепей. Поэтому для расчета магнитных цепей, содержащих ферромагнитные участки, необходимо располагать кривыми намагничивания, представляющими собой зависимость B = f(H). Эти зависимости получают экспериментальным путем - испытанием замкнутых магнитопроводов с распределенной обмоткой.

Первоначальному намагничиванию образца соответствует кривая a, называемая кривой первоначального намагничивания (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость В(Н) - петля гистерезиса

Если образец подвергать циклическому намагничиванию при изменении напряженности магнитного поля в пределах +Нх до -Нх, то график будет представлять замкнутую кривую, известную под названием петли гистерезиса.

Если процесс циклического намагничивания повторять для постепенно увеличивающихся значений напряженности магнитного поля, то можно получить семейство петель гистерезиса, и так называемую предельную петлю гистерезиса, которой соответствует изменение напряженности магнитного поля в пределах от +Нmax до -Нmax, увеличение Н сверх Нmax не повлечет за собой увеличение площади петли гистерезиса. Предельная петля гистерезиса определяет значение остаточной магнитной индукции и коэрцетивной силы Нс. Кривая, соединяющая вершины петель гистерезиса, называется основной кривой намагничивания. Эти кривые приводятся в справочных руководствах и используются в расчетах магнитных цепей.

Процесс циклического перемагничивания требует затраты энергии, как известно из курса физики, пропорциональной площади петли гистерезиса.

В связи с этим магнитопроводы электротехнических устройств, работающих в условиях непрерывного перемагничивания (например, трансформаторы), целесообразно выполнять из ферромагнитных материалов, имеющих узкую петлю гистерезиса (на рис. 5, кривые a). Такие ферромагнитные материалы называют магнитомягкими (листовая электротехническая сталь и ряд специальных сплавов, например пермаллой, состоящий из никеля, железа и других компонентов).

Рис. 5. Петли гистерезиса магнитомягих (кривые a) и магнитотвердых (кривые d) материалов

Для изготовления постоянных магнитов рекомендуется использовать ферромагнитные материалы с широкой петлей гистерезиса (кривые d), имеющих большую остаточную индукцию и большую коэрцетивную силу. Такие ферромагнитные материалы называют магнитотвердыми (ряд сплавов железа с вольфрамом, хромом и алюминием).

6. Принцип действия однофазного трансформатора

7. Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода

Режим короткого замыкания

Режим нагрузки

Список источников материала

1. http://model.exponenta.ru/electro/0050.htm.

2. http://www.in-nov.ru/doc/_Lantsev/Fizika/mag_pole.pdf.

3. http://sfiz.ru/page.php?id=62.

Размещено на Allbest.ru