Сопромат
Электротехника
Курсовая
Типовой
Фото
Энергетика
Геометрия
Физика

Лекции

Математика
Искусство
Контрольная

Курс

Примеры
Архитектура
На главную

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ - курс лекций начало

 

РАБОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТЬ.

Примеры решения задач

Пример 5. Обмотка соленоида состоит из одного слоя плотно прилегающих друг к другу витков медного провода диаметром d=0,2 мм. Диаметр D соленоида равен 5 см. По соленоиду течет ток I=1 А. Определить количество электричества Q, протекающее через обмотку, если концы ее замкнуть накоротко. Толщиной изо­ляции пренебречь.

Решение. Возможны два способа решения, 1-й способ. Ко­личество электричества dQ, которое протекает по проводнику за время dt при силе тока I, определяется равенством

 (1)

Полное количество электричества, протекающее через проводник за время t, будет . Сила тока в данном случае убывает экспоненциально со временем и выражается формулой

Измерение физических величин в квантовых системах Пусть известна волновая функция, описывающая состояние частицы в квантовой системе. Каков будет результат измерения физической величины Q в этой системе?

Внося выражение силы тока I под знак интеграла и интегрируя от 0 до ¥ (при t®¥I®0), получим

Подставим пределы интегрирования и определим количество электричества, протекающее через обмотку:

 (2)

2-й способ. Подставив в формулу (1) вместо силы тока I выраже­ние ее через ЭДС индукции , и сопротивление R соленоида, т. е.

Но  связана со скоростью изменения потокосцепления Y по закону Фарадея —Максвелла: =-dY/dt, тогда

Интегрируя, получаем

 (3) 

Потокосцепление Y пропорционально силе тока в соленоиде. Следовательно, Y1=LI0; Y2=0, так как Y2 соответствует тому мо­менту, когда ток в цепи обратится в нуль. Подставив выражения Y1 и Y2 в формулу (3), получим Q=Y1/R, или

что совпадает с формулой (2). Для определения заряда, протекающего через обмотку соленои­да, следует найти индуктивность L соленоида и сопротивление R обмотки соленоида, которые выражаются формулами

где m0 — магнитная постоянная; N — число витков; l1 длина соленоида; S1 — площадь сечения соленоида; r — удельное сопро­тивление провода; l—длина провода; S—площадь сечения про­вода; dдиаметр провода; d1—диаметр соленоида.

Подставив найденные выражения L и R в формулу (2), получим

Заметим, что длина провода l может быть выражена через диа­метр d1 соленоида соотношением l=pd1 N, где N — число витков, тогда формуле (4) можно придать вид

Но l1/N есть диаметр провода, так как витки плотно прилегают друг к другу. Следовательно,

Произведя вычисления по формуле (5), получим

Q=363 мкКл.

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=Ф1+Ф2 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.

 


Справочник

Энергосбережение
Информатика
Расчет электроцепи
Атомная энергетика