М

255

инистерство образования Украины

Национальная металлургическая академия Украины

КРИВОРОЖСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра электромеханического оборудования

Основные характеристики электрического, магнитного полей и явлений, вызываемых ими

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПРИ

ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Введение в электропривод и автоматизацию»

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ: 7.092.203 «ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРОПРИВОД»

Утверждено

на заседании кафедры ЭМОМЗ

Протокол № __________________

«_____»____________________ 2000 г.

Кривой Рог

2001

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО, МАГНИТНОГО ПОЛЕЙ И ЯВЛЕНИЙ, ВЫЗЫВАЕМЫХ ИМИ

Учебное пособие для самостоятельной работы при подготовке к практическим занятиям по дисциплине «Введение в электропривод и автоматизацию» для специальности: 7.092.203 «Электромеханические системы автоматизации и электропривод»

Разработал Ликаренко А.Г. доцент, к.т.н.

Рецензент Учитель А.Д. профессор, д.т.н.

Содержание

Стр.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 4

1.1. Определение и изображение электрического поля 4

1.2. Закон Кулона. Напряженность электрического поля 6

1.3. Потенциал. Электрическое напряжение 7

1.4. Электрическая прочность 9

1.5. Атмосферное электричество 9

1.6. Электрическое поле в проводящей среде 9

1.7. Электрическая емкость. Плоский конденсатор 9

1.8. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля 10

2. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 12

2.1. Магниты и магнитные поля 12

2.2. Магнитное поле тока 12

2.3. Аналогия между электрическим и магнитным полями 13

2.4. Электромагниты 14

2.5. Характеристика магнитного поля 15

2.5.1. Магнитный поток 15

2.5.2. Магнитное напряжение 16

2.5.3. Магнитное сопротивление 17

2.5.4. Напряженность магнитного поля 17

2.5.5. Напряженность поля и магнитная индукция 18

2.6. Действие магнитного поля на проводник с током 18

2.7. Взаимодействие проводников с током 20

2.8. Закон электромагнитной индукции 21

2.8.1. Изменение магнитного поля создает электродвижущую силу 21

2.8.2. Неподвижный проводник в изменяющемся магнитном поле 22

2.8.3. Движущийся проводник в неизменном магнитном поле 23

2.9. Самоиндукция и индуктивность 24

2.9.1. Соединение индуктивностей 26

3. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 27

ЛИТЕРАТУРА 28

1. Электрическое поле

1.1. Определение и изображение электрического поля

Электрические свойства тел объясняются присутствием в них, заряженных частиц. Такие частицы как электрон и протон, имеют равные по абсолютному значению заряды, при этом заряд у электрона отрицательный, а протона - положительный. Указанные частицы вместе с нейтронами входят в состав атомов вещества, однако, они могут находиться и в свободном состоянии. Если тело заряжено, то в нем преобладают положительные или отрицательные заряды. Если число тех и других зарядов одинаково, то тело в электрическом отношении нейтрально.

Тела с одноименными зарядами отталкиваются, а с разноименными притягиваются. В этом легко убедиться на опыте, подвешивая, например, на шелковых нитках легкие пробковые шарики и сообщая им электрические заряды посредством прикосновения к ним натертым шелком стеклом (+) и шерстью смолой (-). (рис.1.1)

Рис.1.1. Легкие шарики, подвешенные на шелковых нитях,

если они заряжены одинаковым электричеством («+» и «+» или «-» и «-»), то отталкиваются, если заряжены различно («+» и «-») – то притягиваются.

Поскольку электрические заряды взаимодействуют на расстоянии, то значит электрические свойства заключены не только в заряженных телах, но и в окружающем их пространстве. Электрически заряженное тело неразрывно связано с окружающим его электрическим полем, через которое и осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел. Электрическое поле - это один из видов материи, одна из форм ее проявления. В электрическом поле заключена энергия, за счет которой и производится работа, связанная с перемещением электрических зарядов. Электрическое поле воздействует на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависит от ее скорости.

Из определения электрического поля следует, что оно является силовым или векторным. Для обнаружения и изучения электрического поля используются пробные неподвижные точечные заряженные тела с очень малым положительным зарядом q. Линейные размеры точечных заряженных тел очень малые по сравнению с расстоянием до точек, в которых рассматривается их электрическое поле. Ввиду малости линейных размеров и значения заряда пробного тела исследуемое электрическое поле практически можно считать неискаженным.

В данной теме будут рассмотрены электростатические поля, т.е. такие которые создаются неподвижными заряженными телами. Для краткости будем называть их просто электрическими полями.

На рис. 1.2 а представлено электрическое поле уединенного неподвижного точечного заряженного тела с зарядом Q, расположенного в произвольной точке горизонтальной плоскости.

Р ис.1.2. Электрическое поле уединенного заряженного тела

а) электрическое поле уединенного неподвижного точечного заряженного тела;

б) условное изображение электрического поля.

Поместим в точку А этой плоскости пробное заряженное тело с зарядом q. Поскольку сила отталкивания, действующая на пробное заряженное тело, лежит на линии, соединяющей центры взаимодействующих заряженных тел, то пробное заряженное тело будет перемещаться в радиальном направлении. Также будет перемещаться и пробное заряженное тело, помещенное в точку В. Помещая пробное заряженное тело в другие точки, получим картину, которая условно изображает электрическое поле с помощью линий, называемых силовыми (рис 1.2 б).

В частном случае уединенного точечного заряженного тела силовые линии представляют собой прямые, проведенные через точку, в которой находится это тело. В общем случае вектор силы, с которой поле действует на пробное заряженное тело в данной точке поля, совпадает с касательной к силовой линии в этой точке (рис.1.3).

Рис.1.3 .Электрическая силовая линия. q - пробный заряд. F - сила,

действующая на пробный заряд.

На рис 1.4. показаны силовые лини электрического поля, образованного одинаковыми и разноименными зарядами.

При графическом построении электрического поля нужно помнить следующее:

• силовые линии направляют от положительных зарядов к отрицательным;

• силовые линии начинаются на положительном заряде и кончаются на отрицательном;

• силовые линии должны быть направлены всегда перпендикулярно поверхности заряженного тела.

а б

Рис.1.4. Силовые линии электрического поля, образованные двумя

разноименными (а) и двумя одноименными (б) зарядами.