Проводник с током в магнитном поле

Энергия, заключенная в магнитном поле, может проявлять себя в виде электромагнитных сил, которые возникают при взаимодействии магнитного поля с движущимися электрическими зарядами.

Если поместить в магнитное поле проводник с током I, то между электронами, проходящими по проводнику, и магнитным полем возникнут электромагнитные силы, которые, складываясь, образую т результирующую силу F, стремящуюся вытолкнуть проводник из магнитного поля. Электромагнитная сила F, действующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле и расположенный перпендикулярно направлению поля, равна произведению силы тока I, индукции магнитного поля В и длины проводника.

 

Если проводник расположен под углом к силовым магнитным, то сила, Н,

 

 

Направление действия силы F обычно определяют по правилу левой руки (см. рис..3). В результате воздействия таких механических сил при одинаковом направлении тока лежащие рядом проводники будут притягиваться друг к другу (рис. 6, а), при разном

направлении тока — отталкиваться (рис. 6, б). На явлении взаимодействия магнитного поля и проводника с током основано устройство различных электрических машин и при­

боров, например измерительных приборов магнитоэлектрической

системы.

Особенно большие силы между проводниками возникают в электрических цепях при коротких замыканиях.

 

Рис.6. Взаимодействие двух проводников с током:при одинаковом направлении тока; б — при разном направлении тока

 

 

Пример.3. Определить, с какой силой магнитное поле, созданное током, действует на проводник, если магнитная индукция поля В = 1,5 Тл, рабочая длина проводника = 0,5 м и по нему протекает ток I = 0,4 А.

Решение

Сила, действующая на проводник:

 

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Каково правило определения направления силы, действующей на про­

водник с током, помещенный в магнитное поле?

2. От каких параметров зависит сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле?

3. Будет ли действовать сила на проводник, помещенный в магнитное поле параллельно силовым магнитным линиям?

 

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Магнитной цепью называется совокупность источника МДС(электромагнита или постоянного),а также ряда тел и средств (магнитопровода), по которым замыкается основная часть магнитных линий созданного поля.

 

Магнитная цепь электромагнитного реле (рис. 7) состоит из трех участков: сердечника 2, якоря 4 и воздушного зазора 6.

По замкнутому контуру, образованному этими участками, проходит магнитный поток 3, создаваемый током индуктивной катушки 1. При переходе через воздушные зазоры, разделяющие сердечник и якорь, часть магнитного потока замыкается по воздуху, т. е.

не проходит через якорь, — возникает поток рассеяния 5.При расчете магнитной цепи могут быть поставлены две задачи:

 

1) прямая, когда известны геометрические размеры и магнитные свойства

материала магнитопровода, а также значение магнитного потока Ф — определяются магнитодвижущая сила и ток I витках обмотки;

2) обратная, когда задается МДС, геометрические размеры и материалы магнитопровода — определяется магнитный поток Ф.

 

Расчет магнитных цепей производится на основе закона полного тока с помощью

уравнений магнитного состояния. Как и в электрических цепях, здесь используют уравнения магнитного состояния.

Узловое уравнение — алгебраическая сумма магнитных потоков, сходящихся в любом узле (поток через замкнтую поверхность), всегда равна нулю:

 

 

 

 

Рис. 7. Магнитная цепь электромагнитного реле:

1 — индуктивная катушка; 2 — сердечник; 3 — магнитный поток; 4 — якорь;

5 —поток рассеяния; В — воздушный зазор

 

Контурное уравнение — алгебраическая сумма падений магнитных напряжений в любом замкнутом контуре магнитной цепи равна алгебраической сумме МДС в контуре:

 

Падение магнитного напряжения на заданном участке магнитной цепи определяют как произведение напряженности магнитного поля на длину участка цепи (или магнитного сопротивления участка на магнитный поток) и выражают в амперах:

 

 

где — магнитное сопротивление участка .

Например, для магнитной схемы, содержащей источник МДС и два участка с магнитными сопротивлениями (рис. 8), можно записать следующее уравнение магнитного состояния:

 

где — магнитное напряжение на участке ферромагнетика;

магнитное напряжение на участке воздушного зазора.

 

Рис.8.Эквивалентная схема магнитной цепи

Аналогия электрических и магнитных цепей формальна. По своему внутреннему

содержанию они существенно различаются: ЭДС источника существует и остается неизменной при любом режиме электрической цепи (при холостом ходе, номинальном режиме и коротком замыкании), МДС всегда связана с одновременным

существованием магнитного потока. Тем не менее аналогия позволяет для каждой

магнитной цепи составить эквивалентную схему замещения.

 

Области применения магнитных полей в технике разнообразны и все более расширяются. Магнитные поля используют в элетрических машинах и трансформаторах, электрических аппаратах, измерительных приборах и других электротехнических устройствах. Магниты необходимы в магнитофонах и проигрывателях, радиоприемниках и телевизорах, электробритвах и пылесосах.

Мощные магнитные поля необходимы в современных энергетических и физических установках: например, для формирования потока заряженных частиц в ускорителях, удержания плазмы в камерах магнитных ловушек в физических установках. Сильное магнитное поле создают в магнитогидродинамических генераторах, с которыми связано прогрессивное направление в развитии электроэнергетики.

Электромагниты являются элементами конструкций многих технологических установок и механизмов. Так, для подъема и транспортировки ферромагнитных материалов применяют подъемные электромагниты; для пуска, торможения и переключения скоростей в кинематических цепях станков широкое распространение получили электромагнитные муфты; для удержания деталей на плоскошлифовальных станках — электромагнитные плиты; для извлечения стальных и чугунных тел из массы сыпучего обрабатываемого материала — магнитные сепараторы; для управления потоками газов и жидкостей — электромагнитные краны и клапаны.

Электромагнитное поле используют и непосредственно в технологических процессах.

 

Запомните

■ Расчет магнитных цепей с ферромагнитными материалами аналогичен расчету электрических цепей постоянного тока.

■ При расчете магнитных цепей, как и электрических, используют

узловые и контурные уравнения.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1, Что называют магнитной цепью?

2. В чем различие между уравнением участка электрической ветви и его аналогом для магнитной цепи?

3. Как определить магнитное сопротивление участка магнитной цепи?

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ