Avtoargon.ru

АвтоАргон
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое магнитодвижущая сила, закон Гопкинсона

Что такое магнитодвижущая сила, закон Гопкинсона

Во второй половине XIX века, английский физик Джон Гопкинсон и его брат Эдвард Гопкинсон, разрабатывая общую теорию магнитных цепей, вывели математическую формулу, получившую название «формула Гопкинсонов» или закон Гопкинсона, являющийся аналогом закона Ома (применяемого для расчета электрических цепей).

Так, если классический закон Ома математически описывает связь между током и электродвижущей силой (ЭДС), то закон Гопкинсона аналогичным образом выражает связь между магнитным потоком и так называемой магнитодвижущей силой (МДС).

В результате оказалось, что магнитодвижущая сила — это физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки. И закон Гопкинсона, в связи с этим, может успешно использоваться в расчетах магнитных цепей, так как МДС в магнитных цепях является аналогом ЭДС в электрических цепях. Датой открытия закона Гопкинсона считается 1886 год.

Величина магнитодвижущей силы (МДС) изначально измеряется в амперах, либо, если речь идет о катушке с током или об электромагните, то для удобства расчетов пользуются ее выражением в ампер-витках:

где: Fm — магнитодвижущая сила в катушке [ампер*виток], N – количество витков в катушке [виток], I – величина тока в каждом из витков катушки [ампер].

Если сюда ввести значение магнитного потока, то Закон Гопкинсона для магнитной цепи примет вид:

где: Fm — магнитодвижущая сила в катушке [ампер*виток], Ф — магнитный поток [вебер] или [генри*ампер], Rm – магнитное сопротивление проводника магнитного потока [ампер*виток/вебер] или [виток/генри].

Текстовая формулировка закона Гопкинсона изначально такова: «в неразветвленной магнитной цепи магнитный поток прямо пропорционален магнитодвижущей силе и обратно пропорционален полному магнитному сопротивлению». То есть данный закон определяет связь между магнитодвижущей силой, магнитным сопротивлением и магнитным потоком в цепи:

здесь: Ф — магнитный поток [вебер] или [генри*ампер], Fm — магнитодвижущая сила в катушке [ампер*виток], Rm – магнитное сопротивление проводника магнитного потока [ампер*виток/вебер] или [виток/генри].

Здесь важно отметить, что фактически магнитодвижущая сила (МДС) имеет принципиальное отличие от электродвижущей силы (ЭДС), которое заключается в том, что непосредственно в магнитном потоке никакие частицы не движутся, тогда как ток, возникающий под действием ЭДС, предполагает движение заряженных частиц, например электронов в металлических проводниках. Однако представление о МДС помогает решать задачи расчета магнитных цепей.

Рассмотрим, например, неразветвленную магнитную цепь, в которую входит ярмо площадью поперечного сечения S, одинаковой по всей длине, при этом материал ярма имеет магнитную проницаемость мю.

Зазор в ярме — из другого материала, магнитная проницаемость которого мю1. Катушка, надетая на ярмо, содержит N витков, по каждому из витков катушки течет ток i. Применим к средней линии ярма теорему о циркуляции магнитного поля:

здесь: H – напряженность магнитного поля внутри ярма H1 – напряженность магнитного поля внутри зазора, l — длина средней линии индукции ярма (за исключением зазора), l1 — длина зазора.

Поскольку магнитный поток внутри ярма и внутри зазора имеет одну и ту же величину (в силу непрерывности линий магнитной индукции), то расписав Ф = BS и B=мю*H, распишем напряженности магнитного поля более подробно, а затем подставим в вышеприведенную формулу:

Легко видеть, что подобно ЭДС в законе Ома для электрических цепей, МДС

играет здесь как-бы роль электродвижущей силы, а магнитное сопротивление

роль сопротивления (по аналогии с классическим Законом Ома).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Электронная библиотека

Основой большинства магнитных элементов служит магнитный сердечник. Под воздействием внешнего магнитного поля происходит изменение некоторых свойств этого сердечника. Физические процессы, происходящие в сердечнике, используются для создания магнитных элементов различного функционального назначения. Внешнее магнитное поле создается либо током проводника, либо источником постоянного магнитного поля, в частности, постоянным магнитом. Для продуктивного усвоения излагаемого материала напомним некоторые основные магнитные величины, их взаимозависимость и единицы измерения в международной системе единиц.

Читать еще:  Электромеханические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

Намагничивающая (НС) или магнитодвижущая (МДС) сила F.

Создается током, проходящим по проводнику. Обычно это не одиночный проводник, а катушка с числом витков w, поэтому намагничивающую силу определяют как:

F = I×w.

Единица измерения – ампер, А. Часто НС называют ампер-витками.

Магнитный потокФ.

Под действием намагничивающей силы вокруг проводника с током возникает магнитный поток Ф. Если магнитный поток создается в магнитном сердечнике с обмоткой, имеющей w витков, то он образует с этой обмоткой потокосцепление:

Единица измерения – Вебер, Вб. Размерность В·с.

Размерность легко определить на основании закона электромагнитной индукции:

Магнитная индукцияВ.

Характеризует плотность магнитного потока, приходящегося на единицу площади поперечного сечения S сердечника:

Единица измерения – Тесла, Тл. Размерность – Веберы на метр квадратный Вб/м 2 или В·с/м 2 .

Напряженность магнитного поляН.

Магнитное поле проводника с током характеризуется также напряженностью Н в каждой точке пронизываемого магнитным потоком пространства. Определяется на основании закона полного тока:

Сумма ампер-витков, пронизывающих некий замкнутый контур, равна интегралу по замкнутому контуру от H по dl, где l – длина контура.

Здесь величины H и I векторные. Нетрудно видеть, что для одиночного проводника с током I в однородной среде на расстоянии r от проводника:

Напряженность в кольцевом сердечнике с обмоткой с числом витков и длиной средней силовой линии l будет:

Наименование единица напряженности не имеет. Размерность – ампер на метр, А/м.

Индуктивность.

Различные проводники или контуры, при прохождении по ним одинакового по величине тока, образуют различное потокосцепление. Свойство контуров с током образовывать потокосцепление характеризуется индуктивностью:

Это не что иное, как коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и создавшим его током:

Измеряется в Генри, Гн. Размерность B∙c/A или Ом∙с.

Магнитная проницаемость.

В различных веществах при одной и той же напряженности Н создается различная по величине индукция:

Это свойство вещества характеризуется абсолютной магнитной проницаемостью mа. Чаще всего связь между Н и В устанавливают через относительную магнитную проницаемость m, которая показывает во сколько раз магнитная проницаемость вещества больше или меньше магнитной проницаемости вакуума m:

Следовательно, индукция в любой среде:

Размерность Вб/м 2 м/А или Гн/м.

Это фундаментальная величина носит название магнитная постоянная.

Отметим, что напряженность внешнего магнитного поля не зависит от свойств среды, где создается магнитный поток. Магнитная же индукция определяется как напряженностью, так и свойствами среды.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Индукция магнитного поля и магнитный поток

Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая называется магнитной индукцией, обозначается буквой Bи измеряется в Теслах (Тл).

На практике чем больше величина B, тем сильнее притягивает (или отталкивает) магнит. Ближе к магниту B будет больше, дальше – меньше.

Модуль магнитной индукции можно определить через силу Ампера.

B = F/(IL), где – это значение индукции, F – величина силы Ампера, I – сила тока, проходящего через проводник, L – длина проводника. Формула работает, лишь если проводник расположен перпендикулярно B (и F тогда перпендикулярно и проводнику, и B).

Направление B совпадает с направлением линий магнитного поля в данной точке.

Также магнитное поле часто характеризуют магнитным потоком – потоком вектора B через некоторый заданный контур. Поток рассчитывается по формуле:

Ф = B * S * cos(α), где Ф – это поток, B – индукция, S – площадь контура, α – угол между вектором индукции и перпендикуляром к контуру.

Чтобы лучше «ощутить» поток, взглянем на картинки.

На картинке 2 поток больше, чем на картинке 1, так как при равной площади больше индукция. На картинке 3 поток тоже больше, чем на картинке 1 – при равной индукции больше площадь. На картинке 4 поток меньше, чем на картинке 1 – индукция и площадь такие же, на cos(α) околонулевой.

Читать еще:  Шум в двигателе на холодном тойота рав 4

Удобно представлять себе поток как ветер, дующий в парус. Парус побольше – корабль идёт быстрее. Ветер посильнее – опять же, корабль ускорился. Парус поставили параллельно ветру – усилие пропало и корабль потерял скорость.

Поток магнитного поля измеряется в Веберах (Вб).

Когда магнитный поток изменяется, в контуре возникает ток, называемый индукционным током. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Индукционный ток направлен в соответствии с правилом Ленца – то есть так, чтобы этотток порождал магнитное поле, противодействующее изменению магнитного потока. То есть если магнитный поток ослабевает, то индукционный ток идёт так, что порождает магнитное поле, усиливающее поток.

Редактировать этот урок и/или добавить задание Добавить свой урок и/или задание

Добавить интересную новость

Добавить анкету репетитора и получать бесплатно заявки на обучение от учеников

user->isGuest) < echo (Html::a('Войдите', ['/user/security/login'], ['class' =>»]) . ‘ или ‘ . Html::a(‘зарегистрируйтесь’, [‘/user/registration/register’], [‘class’ => »]) . ‘ , чтобы получать деньги $$$ за каждый набранный балл!’); > else < if(!empty(Yii::$app->user->identity->profile->first_name) || !empty(Yii::$app->user->identity->profile->surname))< $name = Yii::$app->user->identity->profile->first_name . ‘ ‘ . Yii::$app->user->identity->profile->surname; > else < $name = ''; >echo ‘Получайте деньги за каждый набранный балл!’; > ?>—>

При правильном ответе Вы получите 3 балла

Вася попал в Средневековье и пытается сделать электрогенератор. Он что-то помнит об электромагнитной индукции, он так же помнит, что генератор состоит из источника магнитного поля и подвижной рамки. Но Вася не помнит, как именно надо делать генератор. И тогда он создаёт несколько конструкций генераторов. Какие из них будут вырабатывать ток? Жирная стрелка показывает, как именно движется рамка.

Выберите те ответы, которые считаете верными.

При правильном ответе Вы получите 1 балл

В магнитное поле поместили прямолинейный проводник длины 10 см перпендикулярно линиям магнитного поля. Через проводник пропустили ток в 5 А. Магнитная индукция была равна 2 Тл. Чему равна сила Ампера?

Выберите всего один правильный ответ.

При правильном ответе Вы получите 1 балл

Петя сделал рамку 10 на 20 сантиметров и поместил её в магнитное поле индукцией 3 Тл. Пока Петя отходил за чаем, его кот повернул рамку, и теперь она ориентирована на 30 градусов относительно магнитного поля, как на картинке.

​​​​​​​

Какой поток пронизывает контур?

Выберите всего один правильный ответ.

При правильном ответе Вы получите 1 балл

Маша взяла магнит и внесла его в металлический контур следующим образом

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

  • главная
  • инфо
  • блог
  • словарь электромеханика
  • электроника
  • крюинговые компании
    • Одесса/Odessa
    • Николаев/Nikolaev
  • Обучение
    • Предметы по специальности
      • АГЭУ
      • АСЭЭС
      • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
      • Мехатронные системы
      • Микропроцессоры
      • Моделирование электромеханических систем
      • МПСУ
      • САЭП
      • САЭЭС
      • СДВС
      • СИВС
      • Силовая электроника
      • Судовые компьютерные ceти
      • СУЭ и ОСУ
      • ТАУ
      • Технология судоремонта
      • ТЭП
      • ТЭЭО и АС
    • Общие предметы
      • Безопасность жизнедеятельности
      • Высшая математика
      • Ділова українська мова
      • Интеллектуальная собственность
      • Культурология
      • Материаловедение
      • Охрана труда
      • Политология
      • Системы технологий
      • Судовые вспомогательные механизмы
      • Судовые холодильные установки
    • I курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • II курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • III курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • IV курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • V курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
  • Теория
    • английский
    • интернет-ресурсы
    • литература
    • тематические статьи
  • Практика
    • типы судов
    • пиратство
    • видеоуроки
  • мануалы
  • морской словарь
  • технический словарь
  • история
  • новости науки и техники
    • авиация
    • автомобили
    • военная техника
    • робототехника

26.01.2013

Магнитный поток. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость

Произведение магнитной индукции на величину площадки, перпендикулярной направлению поля, называется магнитным потоком через данную площадку.

Магнитный поток через площадку можно рассматривать как совокупность магнитных линий, пронизывающих всю площадку, расположенную перпендикулярно направлению магнитного поля.

Магнитный поток обозначается буквой Ф и вычисляется по формуле: Ф = B * S, где В — магнитная индукция; S — площадь площадки.

В качестве единицы магнитного потока принят вебер (обозначение вб).

Читать еще:  Двигатель ваз 124 не заводится причины

Магнитную индукцию можно представить произведением двух сомножителей, один из которых μ — магнитная проницаемость, зависит от физических свойств тела, а второй H — напряженность магнитного поля от величины и расположения электрических токов, создающих это поле, B = μ * H.

Количественная связь между электрическим током и напряженностью окружающего его магнитного поля определяется законом полного тока.

Рассмотрим магнитное поле, образованное кольцевой катушкой, имеющей w витков, равномерно распределенных по всей длине сердечника (рис. 1).

Проведем замкнутый контур, совпадающий с магнитной линией в сердечнике. Поверхность, ограниченная этим контуром, пронизывается w витками. В каждом витке течет ток, равный I.

Полный ток, пронизывающий контур, равен произведению силы тока на число витков.
Вследствие осевой симметрии катушки напряженность поля во всех точках контура имеет одинаковое значение.

В этом случае закон полного тока выражается следующими соотношениями:

где l — длина всего замкнутого контура.

Произведение напряженности магнитного поля на всю длину замкнутого контура, совпадающего с магнитной линией, равно полному току, пронизывающему контур.

Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (обозначение а/м).

Закон полного тока лежит в основе расчетов магнитных цепей электрических машин.

Магнитная проницаемость определяется формулой:

Тела, у которых μ меньше единицы (например, медь), называются диамагнитными.

Тела, у которых μ больше единицы (например, воздух), называются парамагнитными.

Магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных веществ очень близка к единице.
Особую группу составляют так называемые ферромагнитные вещества. Основными ее представителями являются железо, никель, кобальт и их сплавы.

Магнитная проницаемость ферромагнитных тел очень велика, поэтому все электромагниты снабжаются сердечниками из ферромагнитных материалов. При незначительном токе в обмотках в таких сердечниках возникают весьма большие магнитные потоки.

Характерным признаком ферромагнитных тел является зависимость их магнитной проницаемости от магнитной индукции и от предыдущих магнитных состояний тела.

Таким образом, магнитная проницаемость ферромагнитных тел является величиной непостоянной и изменяется в зависимости от магнитной индукции.

Следовательно, в формуле B = μ * H одновременно с Н изменяется В и μ. Поэтому для того, чтобы характеризовать магнитные свойства ферромагнитных тел, выражают зависимость между В и H графически в виде кривой. На представленном графике (рис. 2) по горизонтальной оси, называемой осью абсцисс, отложены значения напряженности поля в стали, а по вертикальной, называемой осью ординат, — соответствующие величины магнитной индукции в той же стали. Такую кривую называют кривой намагничивания.
Кривые намагничивания стали (железа) впервые были определены в 1871 г. знаменитым русским физиком А. Г. Столетовым.

При рассмотрении кривых намагничивания стали можно установить, что с увеличением напряженности магнитного поля H магнитная индукция В в железе вначале сильно возрастает, а затем приближается к максимальному значению и при дальнейшем увеличении H увеличивается незначительно, или, как говорят, достигает насыщения.

Большое значение для практических целей имеет построение графической зависимости В от H при так называемом циклическом намагничивании железа, т. е. при изменении величины H от нуля до некоторого максимального значения и уменьшении H до нуля, затем изменении направления H и увеличении H до максимального значения, уменьшении H до нуля и увеличении H до максимального значения в первом направлении и т. д. (см. рис. 2).

Полученная замкнутая кривая АСА1С1А называется гистерезисной петлей. Гистерезисом называют отставание В от H в процессе намагничивания и размагничивания.

Теоретически доказано, что площадь, охватываемая гистерезисной петлей, пропорциональна электрической энергии, расходуемой на нагревание железа при его перемагничивании за один цикл. Потери энергии в электрических машинах и аппаратах, связанные с перемагничиванием, называются потерями на гистерезис.

Каждый сорт стали имеет свои кривые намагничивания, определяющие его магнитные свойства.

Определим величину магнитного потока Ф в кольцевой катушке (длина магнитопровода которой равна l, сечение магнитопровода S, магнитная проницаемость его материала μ), имеющей w витков, при прохождении по ней тока l.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector