Магнитодинамика суперпозиции полей в радиотехнических задачах
Физический смысл возникновения электромагнитной индукции при изменении магнитного натяжения вблизи проводника с динамикой тока во времени. Функциональные возможности зигзагообразных обмоток, когда вторичный провод находится между коленами первичного.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.07.2016 |
| Размер файла | 20,9 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
Размещено на http://www.allbest.ru
1. Возникновение задачи
После интенсивных экспериментальных исследований в начале XIX века результаты опытов Х. Эрстеда, А. Ампера, М. Фарадея и других исследователей были использованы Дж. Максвеллом в качестве аксиоматической основы электродинамики в виде известных уравнений Максвелла:
(1),
(2),
(3),
(4)
Так как в период создания классической электродинамики природа магнетизма была неизвестна, до создания теории атомно-молекулярной структуры вещества, на основе которой и была в начале XX века разработана теория ферромагнетизма, феномен магнетизма воспринимался самостоятельно, то направление магнитной стрелки около провода с током было воспринято Х. Эрстедом непосредственно как ориентация магнитных сил. Именно вследствие этой неадекватности одной из аксиом в основаниях классической электродинамики сразу же возник так называемый «электромагнитный парадокс», заключающийся в несоответствии направления электромагнитного взаимодействия электрических токов третьему закону динамики И. Ньютона. Многочисленные попытки объяснить или снять этот " парадокс" за всю историю электродинамики лишь запутывали сущность вопроса и приводили к новым противоречиям в ней.
После замены в фундаментальной системе уравнений классической электродинамики неадэкватного положения, что:
(4),
которое означает отсутствие источников магнитного поля, на соответствующий действительности принцип, что:
(5),
оказалось возможным не только снять «электромагнитный парадокс», но и решить многие теоретические проблемы электродинамики и практические задачи электротехники.
Сводя полученные результаты с известными уравнениями Максвелла для стационарного тока, получим систему:
, (6),
(7),
(8),
на основе которой оказалось возможным решение задач в трехмерном пространстве (“электромагнитный парадокс”, взаимодействие тороидальных обмоток, взаимодействие длинных соленоидов и др.).
Одной из ярких иллюстраций изложенному является самоочевидный вывод магнитодинамики об электромагнитной индукции при изменении магнитного натяжения вблизи проводника с изменением тока во времени:
,
.
В традиционном электродинамическом анализе этот выражение (10) можно получить лишь путем длительных преобразований по избавлению из выражений самой величины силовой характеристики - магнитной напряженности H через многоэтапные замены переменных параметров, заранее зная на основании эмпирического закона Фарадея о существовании такой величины - электродвижущей силы электро- магнитной индукции. То есть, если в законе Фарадея:
принять во внимание, что
,
Где:
,
а по закону Био-Савара-Лапласа
,
то можно величину ЭДС выразить:
,
обозначив через константу -А все постоянные коэффициенты всех предыдущих преобразований. Тогда лишь, выполнив дифференцирование выражения, получим, что
,
которое отличается лишь масштабной константой -А. К сказанному по выражениям для ЭДС электромагнитной индукции можно добавить, что величина ЭДС состоит из двух частей:
,
где:
Ясно, что Е1 возникает вследствие изменения тока I со временем, а E2 возникает в результате взаимодействия вторичного тока I2 с первичным I1 при изменении расстояния между ними. Данное обстоятельство , выраженное в зависимости необходимо отметить здесь особенно. Дело в том, что с позиций классической электродинамики эта функциональная зависимость не является самоочевидной, а нами выше она выявлена уже по заранее эмпирически известному выводу. Но зависимость ЭДС от () означает принципиальную возможность создания сверхвысоких напряжений в непосредственной близости от первичных проводников с переменными токами.
Так, например, электролиты, проводимость которых на 5-6 порядков меньше проводимости металлических проводников, традиционной электротехникой не рассматриваются в качестве возможных электрических цепей. Вместе с тем, из выражения непосредственно следует, что при погружении первичной обмотки в электролит возможно образовать в нем значительные токи и, следовательно, вызвать заметные электромагнитные (см. патенты РФ № 2041779, № 2026768 и др.) электромеханические (см. патенты РФ № 1424998, № 1574906 и др.) или электрохимические (см. патенты РФ №2147555, № 2197550 и др.) и другие эффекты. На последних научно-практических конференциях «Сибресурс» и др. мне уже пришлось докладывать о технических решениях на основе этих принципов, поэтому ниже я лишь кратко напомню суть дела.
2. Индуктивный токосъём
Среди многочисленных практических следствий магнитодинамики из этого выражения самоочевидным является вывод об отсутствии ЭДС при относительном вращении двух коаксиальных цилиндрических обмоток, если сохраняется условие, чтобы r = Const. Другими словами, известное из электротехники условие трансформации, что:
,
является одинаково справедливым для неподвижных и для вращающихся относительно друг друга коаксиальных цилиндрических обмоток. Данный вывод и положен в основу нового способа осуществления индуктивного токосъема для этой технической задачи.
Зигзагообразные обмотки.
Из выражения:
непосредственно следует и не самоочевидный в традиционной электротехнике вывод о новых функциональных возможностях зигзагообразных обмоток, когда вторичный провод находится между коленами первичного провода. Из выражения сразу следует, что общая Э.Д.С. в таком случае можно выразить уравнением:
физический электромагнитный индукция зигзагообразный
Но в традиционной электротехнике к этому выводу, теперь зная о его возможности, удаётся подойти лишь после целеустремленных преобразований взаимной индуктивности обмоток любых форм, которая определяется их геометрическими размерами, взаимными расположением и ориентацией в пространстве. Действительно, так как ЭДС индукции:
,
где потокосцепление:
Так как взаимная индуктивность:
,
то при известном:
,
получаем зависимость ЭДС индукции в прямом проводе при изменении тока во втором (первичном) проводе на заданном расстоянии от первого:
.
Если теперь разместить провод с индуцируемым током между двумя сторонами колена изогнутого первичного провода с током, то и направления соответствующих ЭДС индукции во вторичном проводе противоположны друг другу, что можно выразить уравнением по:
Основания радиотехнических решений. Придерживаясь здесь понятий и определений магнитодинамики, можно отметить, что вектор-функция натяжения магнитных полей электрических токов ориентирована нормально к своим токам, являющимися «монополями» магнетизма по:
.
Другими словами, решая задачи суперпозиции магнитных потоков в классической электродинамике, приходится изначально сталкиваться с неопределенностью, порождаемой несвойственным скалярным величинам векторным характером, приписываемым им в силу неадэкватности аксиомы:
.
В построении радиотехнических цепей, как известно, широко применяются преобразователи сигналов, основанные на дифференцирующих и интегрирующих свойствах цепей типа RC, LC и LR и их различные параллельные и последовательные соединения, где символами R, C и L обозначены участки, содержащие резистор, емкость и индуктивность соответственно.
В подобных задачах возникает неопределенность при использовании таких элементов цепей в качестве общих участков двух или большего числа контуров электрических токов или магнитных потоков, как это происходит, например, при разветвлении или схождении в узле нескольких электрических токов или магнитных потоков. Подобные задачи особенно усложняются при большом количестве потоков, сходящихся в узле, поэтому на практике законы Кирхгоффа для электрических и магнитных цепей применяют к небольшому числу таких потоков. В случае суперпозиции электрических токов, направления которых соответствуют силовой характеристике электрических полей - напряженности электрического поля, неопределенностей в задачах суперпозиции электрических токов не возникает, то есть цепи RC- типа рассчитываются и проектируются с допустимой на практике погрешностью.
В случаях суперпозиции магнитных потоков в задачах с использованием цепей LC и LR - типов такой однозначности в решении задач суперпозиции получить невозможно, так как вектора , и в сущности таковыми и не являются, они даже и не направлены по силам взаимодействия электрических токов. Вследствие этого положения и на основании основного принципа магнитодинамики, что:
напряженность магнитного поля в действительности является величиной скалярной, а её силовые линии - это эквипотенциальные линии, которые в трёхмерном пространстве образуют сложные эквипотенциальные поверхности в полях магнитного натяжения. Данное обстоятельство вскрывает истинные причины неопределенностей в решениях задач электродинамики, связанных с суперпозицией магнитных потоков. Действительно, как мы видели выше суперпозиция магнитных потоков с позиций классической электродинамики не является самоочевидной, магнитодинамика непосредственно позволяет получить вывод:
так как:
,
,
что подтверждается рядом технических решений на уровне изобретений.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общие понятия, история открытия электромагнитной индукции. Коэффициент пропорциональности в законе электромагнитной индукции. Изменение магнитного потока на примере прибора Ленца. Индуктивность соленоида, расчет плотности энергии магнитного поля.
лекция [322,3 K], добавлен 10.10.2011Введение в магнитостатику, сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля и его графическое изображение. Сущность принципа суперпозиции. Примеры расчета магнитного поля прямого тока и равномерно движущегося заряда.
лекция [324,8 K], добавлен 24.09.2013Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Изучение явления электромагнитной индукции. Способы получения индукционного тока в постоянном и переменном магнитном поле. Природа электродвижущей силы электромагнитной индукции. Закон Фарадея.
презентация [339,8 K], добавлен 24.09.2013Введение в магнитостатику. Сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля, его графическое изображение. Примеры расчета магнитных полей прямого тока и равномерно движущегося заряда. Сущность закона Био–Савара-Лапласа.
лекция [324,6 K], добавлен 18.04.2013История открытия явления электромагнитной индукции. Исследование зависимости магнитного потока от магнитной индукции. Практическое применение явления электромагнитной индукции: радиовещание, магнитотерапия, синхрофазотроны, электрические генераторы.
реферат [699,1 K], добавлен 15.11.2009Содержание закона Ампера. Напряженность магнитного поля, её направление. Закон Био-Савара-Лапласа, сущность принципа суперпозиции. Циркуляция вектора магнитного напряжения. Закон полного тока (дифференциальная форма). Поток вектора магнитной индукции.
лекция [489,1 K], добавлен 13.08.2013Процесс формирования и появления магнитного поля. Магнитные свойства веществ. Взаимодействие двух магнитов и явление электромагнитной индукции. Токи Фуко — вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении магнитного потока.
презентация [401,5 K], добавлен 17.11.2010Сила взаимодействия магнитного поля и проводника с током, сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных проводников с током, нахождение результирующей силы по принципу суперпозиции. Применение закона полного тока.
презентация [120,6 K], добавлен 03.04.2010Расчет объемной плотности энергии электрического поля. Определение электродвижущей силы аккумуляторной батареи. Расчет напряженности и индукции магнитного поля в центре витка при заданном расположении проводника. Угловая скорость вращения проводника.
контрольная работа [250,1 K], добавлен 28.01.2014Однородное магнитное поле. Силовые линии поля. Время полного цикла изменения магнитной индукции. Зависимость магнитной индукции от времени. Определение площади поперечного сечения катушки. Построение графика изменения электродвижущей силы от времени.
задача [58,7 K], добавлен 06.06.2015Основное расчетное уравнение маломощных трансформаторов. Выбор электромагнитных нагрузок, магнитной индукции и тока. Укладка обмоток на стержнях и проверка размещения их в окне выбранного сердечника. Определение тока холостого хода, сопротивление обмоток.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 13.12.2013Виды геометрической симметрии источников магнитного поля. Двойственность локальной идеализации токового источника. Опытное обнаружение безвихревого вида электромагнитной индукции. Магнито-термический эффект.
статья [57,7 K], добавлен 02.09.2007Регулирование скорости тягового электродвигателя при изменении магнитного поля. Пересчет характеристик при изменении магнитного поля и смешанном возбуждении. Особенности магнитного потока при шунтировании сопротивления и изменением числа витков обмотки.
презентация [321,9 K], добавлен 14.08.2013Выбор индукции магнитопровода и плотности тока в обмотках. Определение токов обмотки. Расчет сечения стержня и ярма магнитопровода, тока холостого хода. Укладка обмоток на стрежнях. Проверка трансформаторов на нагрев. Построение схемы соединения обмоток.
контрольная работа [171,2 K], добавлен 18.05.2016Наиболее известные работы Ома. Сила тока, напряжение и сопротивление. Физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Закон Ома в интегральной форме, для участка цепи и переменного тока.
презентация [152,6 K], добавлен 21.02.2013Определение плотности тока на поверхности и на оси провода. Численное значение частоты тока. Влияние обратного провода на поле в прямом проводе. Особенности распространения электромагнитной волны в проводящей среде. Плотность тока и напряженности поля.
задача [46,9 K], добавлен 06.11.2011Электромагнитная индукция. Закон Ленца, электродвижущая сила. Методы измерения магнитной индукции и магнитного напряжения. Вихревые токи (токи Фуко). Вращение рамки в магнитном поле. Самоиндукция, ток при замыкании и размыкании цепи. Взаимная индукция.
курсовая работа [729,0 K], добавлен 25.11.2013Характеристики магнитного поля и явлений, происходящих в нем. Взаимодействие токов, поле прямого тока и круговой ток. Суперпозиция магнитных полей. Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля. Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды.
курсовая работа [840,5 K], добавлен 12.02.2014Электромагнитная индукция - явление порождения вихревого электрического поля переменным магнитным полем. История открытия Майклом Фарадеем данного явления. Индукционный генератор переменного тока. Формула для определения электродвижущей силы индукции.
реферат [634,5 K], добавлен 13.12.2011Геомагнитное поле земли. Причины возникновения магнитных аномалий. Направление вектора напряженности земли. Техногенные и антропогенные поля. Распределение магнитного поля вблизи воздушных ЛЭП. Влияние магнитных полей на растительный и животный мир.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 19.09.2012
