Магнитные поля в магнитных цепях. Приминение

 

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ,МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КРАСНОАРМІЙСЬКИЙ  ІНДУСТРІАЛЬНИЙІНСТИТУТ

ДЕРЖАВНОГО ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

                                                        Кафедра «Естественных Наук»                                                                        

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 с дисциплины «Физика»

на тему:« МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ.ПРИМИНЕНИЕ»

Д 0301 43 43.5 177 РФ

 

 

 

 

 

Выполнил

студент гр.ГС-10А(1) ______________________________     Никифоров М.А.

                                              (подпись)                               (дата)

Проверил 
д.т.н. доцент                ______________________________     Гого В.Б.

                                               (подпись)                                (дата)

 

 

 

 

 

Краснормейск-2011г

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3

 

1. Параметры, характеризующие магнитное поле……………………………………..4

 

2. Закон электромагнитной индукции………………………………………………………….6

    

     3. Магнитные цепи………………………………………………………………………………………10

 

     4. Закон Ома для магнитной цепи………………………………………………………………12

 

     5. Аналогия между электрическими и магнитными цепями………………….…13

 

     6. Законы Кирхгофа………………………………………………………………………………………14

ВЫВОД

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

    Подобно тому, как  в пространстве, окружающем  электрические заряды, возникает  электростатическое заряды, возникает  электростатическое поле, в пространстве  окружающем токи и постоянные  магниты, возникает силовое поле , называемое магнитным.

     Наличие магнитного  поля обнаруживается по силовому  действию на внесенные в него  проводники с током или постоянные  магниты. Название «магнитное  поле» связывают с фактором  ориентации магнитной стрелки  под действием поля, создаваемого  током (это явление впервые  открыто датским физиком Х.  Эрстедом(177-1850) )

     Магнитные  поля в условиях угольных шахт являются влияющим фактором, для работы горных машин. Так как двигателя горных машин работают благодаря электрическому току который образует магнитное поле.

Параметры, характеризующие  магнитное поле.

 

Рис.1-Схема  расположения силовых линий в  магнитном поле.

 

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

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

 

[F] = [ Вб] = [ В×с]. ,                                                     (1.1)

где a - 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].                                                          (1.2)

 

Если  магнитное поле равномерное, то .

Поток вектора  индукции магнитного поля через замкнутую  поверхность равен нулю

 

  .                                                                                   (1.3)

 

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].

 

,                                                                                                (1.4)

 

где m_a – абсолютная магнитная проницаемость среды.

m_r=m_a/m₀ – относительная магнитная проницаемость.

m₀=4p×10^-7 Гн/м – магнитная постоянная, равная абсолютной магнитной проницаемости в вакууме.

 

 

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:

                               .                                                                       (2.1)

 

Знак  «минус» выражает правило Ленца:

 

Рис.2-Схема  электромагнитной индукции в замкнутом  контуре.

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                                                         (2.2)    

 

ЭДС, которая  индуцируется в обмотке, равна сумме  ЭДС каждого витка:

     _{,                                                                                  (2.3)}            

где w –  число витков в обмотке.

 

,

        где F₁, F₂, …, F_w – потоки, которые охватывают, соответственно, первый, второй и w витки обмотки.

 

 

  - полный магнитный поток – потокосцепление обмотки.

Тогда для  обмотки:

 

.                                                                                                 (2.4)

 

Если  каждый виток обмотки охвачен  одним и тем же потоком, тогда:

 и  .                                                                              (2.5)

 

Если  магнитное поле создается током  этой же обмотки, то такая индуцированная ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

 

Рис.3-Схема самоиндукции.

 

Если  магнитное поле создано током  других контуров, то такая ЭДС называется ЭДС взаимоиндукции.

 

                  ;   .                                                                   (2.6)

 

Если  проводник перемещается в постоянном магнитном поле, то индуцированная ЭДС равна:

 

,                                                                                         (2.7)

 

где l –  активная длина проводника;

V – скорость  перемещения проводника;

B – индукция  магнитного поля;

a - угол между направлением силовых линий и направлением перемещения проводника.

 

По правилу  правой руки (большой палец –  направление перемещения).

 

Рис.4-Схема  определения силы Ампера по правилу правой руки.

      Если проводник с током I находится в магнитном поле с индукцией B, то на проводник действует сила:          -закон Ампера.

где a - угол между направлением силовых линий и направлением проводника.

Магнитные цепи

         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.

 

,

Рис.5-Схема  магнитной цепи с постоянной МДС.

где

      l_ст – длина силовой линии на протяжении всего участка в стали;

      l₀ – длина воздушного зазора.

 

 

Для данной магнитной цепи запишем:

.                                                                (3.1)

           Но поэтому . Отсюда

Тогда запишем:

 и

                                                               (3.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Закон Ома для магнитной цепи.

 

                                                                         (4.1)

 

- магнитное сопротивление стального  участка (сравнить с  );

 

                                                                                (4.2)

 

- магнитное сопротивление воздушного  зазора.

Так как m_ст >> m₀ , 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

                                                                                                                                                      Таблица  1

Электрические величины			Магнитные величины
ток	I	-	Поток	F
ЭДС	E	-	МДС	F
Сопротивление		-	Сопротивление
Напряжение		-	Напряжение
Проводник		-	Ферромагнетик
Изолятор		-	Немагнитное вещество
Удельная проводимость		-	Магнитная проницаемость	ma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Законы Кирхгофа

 

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

где

     Ф_р - магнитный поток рассеяния (он обычно мал).

 

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

ЗАДАЧИ: 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 l_k и S_k;

 

 

Предполагается, что поток Ф на каждом участке  одинаков;

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

;

 

Затем, зная B_k по кривой намагничивания определяем H_k

3. Зная H_k, по закону полного тока находим МДС

 

 и находим ток  .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

 

     Магнитное поле, а также его характеристики являются важной частью горного производства, так как электрической ток возникающей в двигателях горных машин, трансформаторах и др. образуется магнитное поле. Для увеличение производительности сердечники трансформаторов изготавливают из ферромагнитного материала, который в свою очередь усиливает действия магнитного поля не увеличивая воздействия силы тока на него.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Дмитриева В.Ф. Физика. М., 1993г.
2. Павленко Ю.Г. Физика. Учебное пособие. М.,1998г.
3. Перельман Я.И. Занимательная физика, кн.2. Чебоксары,1994г.
4. Савельев И.В.. Курс общей физики, т.2. М.,1982г.
5. Сивухин Д.В.. Общий курс физики, т.3. М., 1977г