§ 3.4. Проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, находящимся в магнитном поле, действует сила. Т.к., ток в металлическом проводнике обусловлен движением электронов, то силу, действующую на проводник, можно рассматривать как сумму сил, действующих на все электроны проводника длиной l. В результате получаем соотношение

,

где - сила Лоренца, действующая на электрон; n – концентрация электронов (число электронов в единице объема); l, S – длина и площадь поперечного сечения проводника.

Направление силы определяется по правилу левой руки: левую руку нужно расположить так, что бы магнитное поле входило в ладонь, вытянутые 4 пальца располагаются по направлению тока; тогда, отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы.

§ 3.5. Закон электромагнитной индукции.

Суть закона электромагнитной индукции, открытым английским физиком Фарадеем, заключается в следующем: всякое изменение магнитного поля, в котором помещен проводник произвольной формы, вызывает в последнем появление ЭДС электромагнитной индукции.

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки: правую руку располагают так, что бы магнитные линии входили в ладонь, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением скорости; тогда вытянутые 4 пальца покажут направление ЭДС.

§ 3.6. Вихревые токи.

В сердечнике катушки или трансформатора за счет явления взаимоиндукции возникает кольцевой ток, который называется вихревым. Протекание вихревых токов в сердечнике вызывает большие тепловые потери. Для уменьшения этих потерь ферромагнитные сердечники набирают из тонких, изолированных друг от друга, листов электротехнической стали с повышенным удельным электрическим сопротивлением.

В том случае, когда переменное магнитное поле, созданное током одной катушки, пересекает витки другой катушки, и, наоборот, на зажимах последней катушки возникает ЭДС взаимоиндукции.

Контрольные вопросы:

1. Принцип преобразования механической энергии в электрическую?

2. Как рассчитать электромагнитную силу?

3. Принцип работы электрического генератора.

4. Принцип преобразования электрической энергии в механическую.

5. С чем связано преобразование электрической энергии в механическую?

6. Принцип работы электродвигателя.

7. Как рассчитывается мощность электродвигателя?

8. Что такое магнитное поле?

9. Характеристики магнитного поля.

10. Как ведут себя проводники с током в магнитном поле?

11. Закон электромагнитной индукции.

12. Что такое вихревые токи?

Глава 4

Однофазные электрические цепи переменного тока

§ 4.1. Переменный ток, получение, параметры.

Переменным называется периодический ток, значения которого повторяются через определенные промежутки времени, называемые периодом. Период (Т, секунды) одного полного колебания.

Рис.4-1. Модель генератора переменного тока.

Рис.4-2. График синусоидального тока.

Источником силовых линий магнитного поля является постоянный магнит NS, между полюсами которого расположен цилиндрический ротор (вращающаяся часть). Ротор, с целью уменьшения потерь на вихревые токи набран из отдельных тонких листов электротехнической стали, изолированных лаковой пленкой друг от друга. Полюсам придается такая форма, что в воздушном зазоре между ними и ротором магнитная индукция изменяется по закону синуса

,

где  - угол между плоскостью катушки, расположенной на роторе, и нейтральной плоскостью ОО^’. При вращении ротора с угловой скоростью ω в каждой активной стороне витка катушки (число витков W), согласно явлению электромагнитной индукции, наводится ЭДС. Тогда, ЭДС индуктируемая на концах этой катушки, будет равна

, (1)

e_i – ЭДС, индуктируемая в одной активной стороне витка катушки; 2 – число активных сторон в одном витке; W – число витков; ωt=. Здесь .

Из выражения (1) вытекает, что при создании такой модели генератора ЭДС, возникающая в обмотке, закрепленной на роторе, изменяется по закону синуса. Для подключения к такому генератору нагрузки надо:

1. концы обмотки подключаются к контактным кольцам;

2. к контактным кольцам приложить щетки, с помощью которых снимаем ЭДС, и подключаем нагрузку.

Параметры переменного тока.

1. Период.

2. Циклическая частота – число полных колебаний в секунду.

.

Единицей измерения служит Гц=1/с.

3. Мгновенной значение тока i, напряжения u, ЭДС e – значение этих величин в произвольный момент времени, например, времени t, мгновенное значение тока i (см. график).

4. Амплитудное или максимальное значение тока I_max, напряжения U_max, ЭДС E_max - наибольшее из мгновенных.

5. Действующее значение – это величина тока, которая определяется в цепях переменного тока с помощью измерительных приборов.

.

Здесь U, E и I – действующие значения.

6. Среднее значение величины за период. Т.к., в течении одной половины периода ток течет в одном направлении, а в течении другой то же количество электричества протекает в обратном направлении, то среднее значение тока за период равно 0.