Контрольная работа : Магнитные цепи. Величины и законы, характеризующие магнитные поля в магнитных цепях 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Контрольная работа >> Физика


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:

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

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

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

Параметры, характеризующие магнитное поле:

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

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

[] = [ Вб] = [ Вс]. ,

где - 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 a – абсолютная магнитная проницаемость среды.

r=a/0 – относительная магнитная проницаемость.

0=410-7 Гн/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 1, 2, …, w – 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;

 - 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 - угол между направлением силовых линий и направлением проводника.

По правилу левой руки (большой палец - сила):

В электротехнике все материалы делятся на немагнитные и магнитные. У немагнитных материалов (пара- и диамагнетики) относительная магнитная проницаемость r1: медь, алюминий, изоляторы, воздух, вода и др.

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

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

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

B(H) - кривая намагничивания.

B0=0H.

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 w раз:

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;

l0 – 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 ст >> 0 , 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

I

-

Поток

ЭДС

E

-

МДС

F

Сопротивление

-

Сопротивление

Напряжение

-

Напряжение

Проводник

-

Ферромагнетик

Изолятор

-

Немагнитное вещество

Удельная проводимость

-

Магнитная проницаемость

a

По аналогии можно записать законы Кирхгофа для магнитных цепей.

1-й закон Кирхгофа: Сумма магнитных потоков ветвей разветвленной магнитной цепи в узле равна нулю.

2-й закон Кирхгофа: МДС неразветвленной неоднородной магнитной цепи равна арифметической сумме падений магнитных напряжений на отдельных ее участках.

.

Принцип расчета магнитных цепей постоянного тока

Фр - магнитный поток рассеяния (он обычно мал).

ЗАДАНО: поток Ф, размеры магнитопровода, материал сердечника, марка стали, кривая намагничивания B(H).

ЗАДАЧА: Найти - намагничивающую силу обмотки, необходимую для создания этого магнитного потока Ф.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА:

  1. Цепь разбивается на участки с таким расчетом, чтобы индукция и напряженность магнитного поля на протяжении участка оставалась неизменной;

По конструктивным размерам магнитопровода определяются lk и Sk;

Предполагается, что поток Ф на каждом участке одинаков;

  1. По заданному магнитному потоку Ф определяем индукцию на каждом участке

;

Затем, зная Bk по кривой намагничивания определяем Hk

  1. Зная Hk, по закону полного тока находим МДС

и находим ток .

Похожие работы:

  • Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)

    Реферат >> Остальные работы
    ... кА/м;  = 06417. Величина относительной напряжённости размагничивающего магнитного поля . Магнитная проницаемость материала внешней магнитной цепи равна бесконечности ...
  • Вступительные вопросы по физике для заочников, поступающих в СГАУ.

    Реферат >> Физика
    ... цепи. Обычно закон Ома для замкнутой цепи записывают ... поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле - вихревое поле. Магнитный поток –величина ... Отношение характеризующее магнитные свойства среды, получило название магнитной ...
  • Билеты по физике

    Реферат >> Физика
    ... Отношение характеризующее магнитные свойства среды, получило название магнитной ... цепи. Обычно закон Ома для замкну­той цепи записывают ... поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле - вихревое поле. Магнитный поток –величина ...
  • Билеты по физике

    Реферат >> Физика
    ... Электроемкость физическая величина, характеризующая способность двух проводников ... замкнутой цепи. Обычно закон Ома для замкнутой цепи ... поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле - вихревое поле. Магнитный поток. –величина ...
  • Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока

    Реферат >> Физика
    ... на основе магнитного взаимодействия токов. Распределение тока по сечению проводника характеризуется вектором ... цепи: R + r. Закон Ома для полной цепи: I=e/R+r Сила тока в полной электрической цепи равна отношению ЭДС цепи ...
  • Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

    Реферат >> Физика
    ... . Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной.. Основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией ...
  • Определение горизонтальной составляющей магнитного поля земли

    Реферат >> География
    ... магнитное поле в 1820 г. датский физик Х.К. Эрстед. Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину ...
  • Поля и Волны

    Реферат >> Физика
    ... магнитного поля.  Н(х,у,z,t)  [А/М]  В - вектор магнитной индукции  В(x,y,z,t)  [Вб/м2]  Е, В - характеризуют силовые характеристики полей.  D,H - характеризуют ... величина, изменяющаяся по гармоническому закону. Как выражается такая величина ...
  • Билеты по физике за весь школьный курс

    Реферат >> Физика
    ... поля. Диэлектрическая проницаемость это физическая величина, характеризующая ... пропорциональна полному сопротивлению цепи. 42. Полупроводники. ... поля конденсатора Кинетическая энергия Энергия магнитного поля катушки Импульс Поток магнитной индукции Законы ...
  • Ответы к экзаменационным билетам по физике 11 класс (ответы к 29 билетам)

    Реферат >> Физика
    ... магнитного поля оказывать силовое воздействие на проводник с током вводится векторная величинамагнитная ... Закон Гука. Ряд растяжения или сжатия, характеризующегося вектором ... участка электрической цепи. Закон Ома для полной цепи. Короткое замыкание ...