ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Электромагнетизм Магнитное поле тока

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитное поле тока
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
При пропускании по прямолинейному горизонтальному проводнику постоянного
тока силой I находящаяся под ним магнитная стрелка поворачивается вокруг
своей вертикальной оси, стремясь расположиться перпендикулярно проводнику
с током.
Ось стрелки тем точнее совпадает с этим направлением, чем больше сила тока
и чем слабее влияние магнитного поля Земли.
Эрстед обнаружил, что направление поворота северного полюса (N) стрелки
под действием электрического тока изменяется на противоположное
при изменении направления тока в проводнике.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитное поле тока
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
Для наглядности магнитное поле, как и электрическое принято изображать
магнитными линиями.
Линии магнитного поля всегда замкнуты.
Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая
вектором магнитной индукции B. Магнитная индукция – величина векторная.
Для линейного проводника с током направление магнитных линий можно
определить по правилу буравчика.
Правило буравчика.
Если поступательное движение
буравчика совместить с направлением
электрического тока в проводе,
то направление вращения
рукоятки буравчика укажет
направление магнитных линий.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитное поле тока
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
В случае витка или катушки направление линий поля определяется следующим
образом: если направление вращения рукоятки совместить с направлением
движения электрического тока в витке (катушке), то направление поступательного
движения буравчика укажет направление магнитных линий, пронизывающих
поверхность ограниченную контуром.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитное поле тока
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
О. Магнитное поле называется однородным, если во всех точках пространства
поле имеет одинаковое направление и интенсивность.
Неоднородное магнитное поле Однородное магнитное поле

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитодвижущая сила. Напряженность магнитного поля
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
О. Свойство электрического тока возбуждать магнитное поле характеризуется
магнитодвижущей силой (м.д.с.) → Fм
М.д.с. Вызывает магнитное поле (магнитный поток) подобно тому, как э.д.с.
вызывает электрический ток в цепи.
В СИ м.д.с. Принимается численно равной силе тока, вызывающего магнитное
поле. Fм=I
Если ток проходит по катушке с числом витков – ω, то
Fм=ωI
Размерность [F] = [I] = A

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитодвижущая сила. Напряженность магнитного поля
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
М.д.с. В симметричных полях (например кольцевая катушка) равномерно
распределяется вдоль магнитной линии.
О. Доля м.д.с. На единицу длины магнитной линии называется напряженностью
магнитного поля – H.
Напряженность магнитного поля Н в заданной точке пространства зависит от силы тока, формы проводника, и в однородной среде не зависит от свойств среды.
Напряженность магнитного поля является величиной векторной.
[H] = [Fм/L] = A/м
Используется другая величина – Эрстэд. 1Э = 80 А/м

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Закон полного тока
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
О. Полным током называется алгебраическая сумма токов, пронизывающая поверхность ограниченную замкнутым контуром.
Для симметричного поля в точке А на расстоянии R от проводника:
H = I/L = I/2πa
I = H2πa = HL = Fm (м.д.с.)
Если внутри контура расположено несколько проводников, то
ΣI = I; ΣI = Fm
Если напряженность поля на различных участках магнитной линии различна, то м.д.с. находится как сумма произведений HL всех участков
Fm = ΣHL

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитная индукция, магнитная прницаемость, магнитный поток.
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
При внесении внутрь катушки с током стального сердечника интенсивность поля внутри катушки возрастает за счет молекулярных токов сердечника.
О. Интенсивность магнитного поля в точке с учетом влияния среды характеризуется магнитной индукцией - B.
B = μaH ; μa - абсолютная магнитная проницаемость среды.
Интенсивность магнитного поля и магнитная индукция зависит от среды, в которой существует.
По сравнению с вакуумом возрастает – парамагнетики.
По сравнению с вакуумом уменьшается – диамагнетики.
О. Произведение магнитной индукции B однородного магнитного поля и площади площадки перпендикулярной к вектору магнитной индукции называется магнитным потоком Ф = BS

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Электромагнитная сила. Провод в магнитном поле.
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
Провод длиной L расположенный в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитного поля испытывает действие электромагнитной силы со стороны поля:
F = IBL
В общем случай (α≠90) F = IBL Sinα
α
Если провод под действием силы переместится на расстояние b, то он пересечет магнитный поток
Ф=BS = BLb → электромагнитная сила совершит работу:
A = Fb = IBLb = IФ
О. Работа, совершаемая силами магнитного поля по перемещению проводника с током равна произведению величины силы тока в проводе и пересеченного магнитного потока.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Взаимодействие параллельных проводов с током
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
Т.к. вокруг каждого из проводов с током существует магнитное поле, следовательно на каждый из проводов действует сила со стороны поля, созданного током другого провода.
I1
F1
B2
I2
F2
B1
Сила действующая на первый провод:
F1 = I1B2L =μaI1I2L/2πa
Сила действующая на второй провод:
F2 = I2B1L =μaI1I2L/2πa
Следовательно F1 = F2
B1 =μaI1/2πa B2 =μaI2/2πa

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитное поле катушки с током
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
Катушку используют для концентрации магнитного поля в определенной части пространства.
Увеличение магнитной индукции достигается путем увеличения числа витков катушки (ω) и размещением её на стальном сердечнике.
R
R1
R2
R
Поверхность ограниченная окружностью R пронизывается полным током Iω
Напряженность во всех точках серединной линии Fm=HL=H2πR.
По закону полного тока: Iω = HL → H = Iω/L

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнетизм
Магнитное поле тока
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
Магнитная индукция: B = μaH = μaIω/L
При R1 – R2 << R1 Ф = BS = μaIωS/L ,
S – площадь поперечного сечения катушки Т.к. Iω = Fm
Закон Ома для магнитной цепи
Ф – магнитный поток
Fm - м.д.с.
Rm = L/(μaS) – Сопротивление магнитной цепи

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнитная индукция
Э.д.с. Наведенная в проводе
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
При движении провода со скоростью v с той же скоростью перемещаются свободные электроны и положительно заряженные ионы.
Если провод перемещается в магнитном поле, то на каждую частицу со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила.
Под действием этих сил свободные электроны приходят в движение – перемещаться на один конец провода, на другом образуется избыточный положительный заряд.
Разделение зарядов прекратится, если электромагнитные силы уравновесятся электрическими силами притяжения.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнитная индукция
Э.д.с. Наведенная в проводе
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
Под действием электромагнитных сил в проводнике возникает э.д.с. Электромагнитной индукции.
E = εL, ε − напряженность электрического поля
Т.к. ε = Fм/L, сила действующая на электрон F = BvL → E = BLv
О. Э.д.с. Электромагнитной индукции пропорциональна магнитной индукции поля, в котором движется проводник, длине проводника и скорости его движения в направлении, перпендикулярном магнитным линиям.
Если проводник движется под некоторым углом α к вектору магнитной индукции:
E = BLv Sin α

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электромагнитная индукция
Э.д.с. Наведенная в проводе
Геолого-географический факультет. Кафедра минералогии и петрографии. Левченко С.В.
При перемещении проводника со скорость v = Δb/Δt :
E = BLv = BL (Δb/Δt), т.к. L Δb = ΔS, B ΔS = Ф – магнитный поток, пересеченный за время Δt
E = BL (Δb/Δt) = ΔФ/Δt
О. Наведенная в проводнике э.д.с. Электромагнитной индукции равна скорости пересечения проводником магнитного потока.