Теоретический материал к заданию. Основные характеристики магнитного поля

Основные характеристики магнитного поля

Магнитным полем называется одна из двух сторон электромагнитного поля, возбуждаемая электрическими зарядами движущихся частиц или изменением электрического поля, и характеризующаяся силовым воздействием на электрически заряженную частицу.

Важные для практики свойства и характеристики магнитного поля зависят от формы проводника, значения и направления тока в нем, от свойств среды и т.д. Поэтому магнитные поля, созданные при различных условиях, отличаются по форме и количественным показателям.

Для того, чтобы сопоставлять магнитные поля, оценивать возможности их использования и вести соответствующие расчеты, установлены и применяются их силовые и энергетические характеристики.

Магнитная индукция

Магнитная индукция – векторная величина, численно равная отношению силы, действующей на заряженную частицу, к произведению заряда и скорости частицы, если направление скорости таково, что эта сила максимальна.

Вектор магнитной индукции В является силовой характеристикой магнитного поля.

Для катушки длиной l и количеством витков W магнитная индукция определяется по формуле:

(2.1)

Рисунок 2.1 Магнитное поле катушки с ферромагнитным сердечником

Напряженность магнитного поля

Напряженность в каждой точке магнитного поля – это расчетная величина, характеризующая интенсивность магнитного поля в этой точке, созданного током, без учета среды, в которой создается это поле.

Напряженность обозначается буквой Н и измеряется в А/м. Напряженность является расчетной величиной, не имеющей физического смысла.

Соотношения между В и Н в какой-либо точке магнитного поля выглядит следующем образом:

В = μ₀μ_r Н (2.2)

Учитывая конструктивные особенности катушки, можно определить напряженность по формуле:

(2.3)

Напряженность – векторная величина, причем направление вектора напряженности в каждой точке совпадает с направлением магнитного поля в этой точке (касательная к магнитной линии в этой точке)

Если магнитное поле создано несколькими токами, то напряженность в каждой точке этого поля определяется геометрической суммой напряженностей, созданных каждым током в этой точке.

Магнитный поток

В качестве характеристики магнитного поля катушки, кроме величины магнитной индукции, определяется магнитный поток (поток магнитной индукции). При В=const и α=0 магнитный поток выражается произведением:

Ф = ВS (2.4)

Единицы измерения магнитного потока Вб (Вебер)

Магнитные цепи

Магнитная цепь представляет собой сочетание тел преимущественно из ферромагнитных материалов, в которых замыкается магнитный поток.

Простейшей магнитной цепью является сердечник кольцевой катушки, в котором замыкается магнитный поток, созданный током этой катушки. Магнитные цепи трансформаторов, электрических машин, измерительных приборов и других электрических аппаратов имеют более сложную форму.

Отдельные участки магнитных цепей могут изготавливаться из различных ферромагнитных материалов различной формы и размеров. Одним из участков магнитной цепи может быть воздушный зазор.

Конструктивно различают неразветвленные и разветвленные магнитные цепи.

Характерной особенностью неразветвленной магнитной цепи является то, что магнитный поток Ф, созданный токами обмоток для всех участков и сечений магнитной цепи, имеет одинаковое значение (как ток в неразветвленной электрической цепи).

Для разветвленной магнитной цепи характерно то, что созданный током магнитный поток Ф разветвляется, при этом его величина определяется алгебраической суммой магнитных потоков в разветвлениях Ф = Ф₁ + Ф₂ (как и ток в разветвленной электрической цепи – по первому закону Кирхгофа).

Разветвленная магнитная цепь может быть симметричной и несимметричной. Цепь считается симметричной, если правая и левая ее части имеют одинаковые размеры, выполнены из одинакового материала (включая воздушные зазоры) и действующие в каждой части магнитодвижущие силы одинаковы.

Магнитные цепи могут быть однородными и неоднородными. Однородная магнитная цепь представляет собой замкнутый сердечник, который по всей длине имеет одинаковое сечение и выполнен из определенного материала.

Неоднородная магнитная цепь состоит из нескольких однородных участков, каждый из которых по всей своей длине имеет одинаковое сечение и выполнен из определенного материала.

При расчете магнитных цепей используют закон полного тока. (по аналогии со вторым законом Кирхгофа в электрической цепи)

ΣIW= ΣHl

С + намагничивающую силу берут в том случае, если ее направление совпадает с направлением обхода

С + магнитное напряжение берут в том случае, если его направление совпадает с направлением обхода

Расчет магнитной цепи предусматривает решение одной из двух задач: прямой задачи и обратной задачи.

Прямая задача предусматривает определение магнитодвижущей силы F=IW по заданному магнитному потоку Ф в магнитной цепи. Если одна из величин I или W заданы, то определяется другая.

Рассмотрим решение прямой задачи для неразветвленной однородной цепи без учета потоков рассеяния.

1. По данному магнитному потоку Ф и известной площади поперечного сечения определяют магнитную индукцию В

2. По кривой намагничивания материала определяют напряженность ферромагнитного материала. Кривая намагничивания для стали нелинейная, а относительная магнитная проницаемость величина непостоянная.

3. Определив длину средней линии сердечника по закону полного тока (второй закон Кирхгофа для магнитной цепи) вычисляют намагничивающую силу рассчитываемой магнит ной цепи IW. Затем определяют либо количество витков, либо ток.

Обратная задача По заданной намагничивающей силе требуется найти магнитный поток в магнитопроводе.

1. Определяют напряженность магнитного поля в сердечнике Н

2. По кривой намагничивания данного сорта стали находят магнитную индукцию В.

3. Определяют магнитный поток Ф

При расчете неразветвленной однородной цепи магнитной цепи может быть предусмотрено определение других параметров магнитной цепи, например магнитной проницаемости материала сердечника в заданном режиме работы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: