Контрольные вопросы

1. Что такое электрический контакт?

2. Какие виды электрических контактов существуют?

3. Что такое площадь контакта и чем она отличается от кажущейся видимой поверхности контактов?

4. Что такое переходное сопротивление контактов?

5. Как определить сопротивление стягивания по формуле Хольма?

6. По какому закону изменяется температура проводника при удалении от электрического контакта?

7. Какие точки характеристики R(U) контакта определяются свойствами контактного материала?

8. Что такое эрозия и коррозия материала контакта?

3. Электромагнитные явления в электрических аппаратах

Работа любого электрического аппарата связана с элек-тромагнитными явлениями.

При анализе работы электрических аппаратов применяется упрощенная модель электромагнитного поля, в которой не учитываются волновые процессы.

3.1. Основные понятия теории ферромагнетизма

Все вещества по магнитным свойствам можно разделить на три группы: ферромагнетики, диамагнетики и парамагнетики. Последние две ‑ это немагнитные вещества.

В отличие от других веществ, ферромагнитные вещества обладают магнитным моментом в отсутствие внешнего магнитного поля. Откуда берется этот магнитный момент?

Известно, что полный, или собственный, магнит-ный момент атома создает-ся за счет вращения элек-трона вокруг ядра (орби-тальный магнитный момент) Рис. 29

и вращения электрона вокруг своей оси (спиновой магнитный момент) (рис. 29). Магнитные моменты протонов и нейтронов значительно (в 650 раз) меньше магнитных моментов электрона, поэтому магнитные свойства атома в основном определяются магнитными свойствами его электронов.

Магнитный момент количественно характеризует магнитные поля электронов. Магнитные моменты всех электронов имеют одинаковую величину и сонаправлены или направлены навстречу друг другу. При этом магнитные моменты пары электронов в случае противоположного направления взаимно компенсируются.

Но в атомах ферромагнитных материалов имеются не полностью заполненные внутренние электронные оболочки, которые вызываются некомпенсированными спинами. Магнитные свойства ферромагнитных веществ определяются этими некомпенсированными (спиновыми) магнитными моментами электронов.

Вторым условием возникновения ферромагнетизма является электростатическое взаимодействие между некомпенсированными спинами соседних атомов.

П ри не заполнении электронных оболочек часть электронов одного атома располагается вблизи ядра другого атома, в результате чего происходит обмен электронами. Между соседними атомами действуют не только магнитные силы, вызванные взаимодействием спинов, но и силы, обусловленные обмен-ными электронами. Эти силы называются обменными.

Обменное взаимодействие может привести к параллельной ориентации некомпенсированных спинов. Области, где некомпенсированные спины соседних атомов параллельны, называются областями с самопроизвольной (спиновой) намагниченностью или доменами (рис. 30,а).

Между соседними доменами с различным направлением намагниченности имеются переходные слои, называемые стенками или границами доменов.

Ферромагнитные материалы содержат большое число доменов, магнитные моменты которых имеют различные направления. Объем отдельных доменов может колебаться от 10^-6 до 10^-1 см³.

Без внешнего магнитного поля ферромагнетик состоит из доменов, намагниченных под действием обменных сил почти до насыщения, разделенных доменными границами. Но домены расположены таким образом по отношению друг к другу, что результирующий магнитный момент равен нулю.

Под действием внешнего магнитного поля происходит перестройка доменной структуры, то есть смещение границ доменов и вращение векторов намагниченности отдельных областей. Это называется процессом намагниченности во внешнем магнитном поле (рис. 30,б).

При нагревании магнитного вещества энергия теплового движения стремится разрушить состояние спонтанной намагниченности. При температуре, называемой точкой Кюри, вещество теряет магнитные свойства. Например, для железа Tk=1043 К.

Основные параметры магнитного поля.

J – вектор намагниченности - равен сумме элементарных магнитных моментов в единице объема ферромагнитного тела, определяет магнитное поле, создаваемое магнитными моментами движущихся электронов, то есть самим веществом.

Величина намагниченности существенно зависит от величины магнитного поля, которое вызвало ориентировку элементарных магнитных моментов в направлении вектора магнитной индукции поля J = χН,

где χ – магнитная восприимчивость,

Н – напряженность магнитного поля – это величина, измеряемая силой, действующей на ток в вакууме, определяет напряженность внешнего приложенного к ферромагнетику магнитного поля.

В – магнитная индукция ‑ векторная величина, определяемая по силовому воздействию магнитного поля на ток, характеризует суммарное магнитное поле в веществе. Зависимость B=f(H) широко используется на практике для характеристик магнитных свойств материала:

В=µµ₀Н, (38)

где µ₀ – абсолютная магнитная проницаемость, характеризующая магнитные свойства в вакууме;

µ – относительная магнитная проницаемость, которая показывает, во сколько раз проницаемость вещества больше или меньше проницаемости в вакууме.

Индукция В измеряется в теслах [Т]; 1Т = 1В^.с/м² .

Напряженность Н – в амперах на метр [А/м],

Магнитная проницаемость µ₀ = 4π^.10^-7 Гн/м = 1,256^.10^-6 Гн/м – в СИ;

µ₀ = 1 – в СБСМ.

Для ферромагнитных веществ µ является функцией Н.

Ф – магнитный поток – это поток вектора магнитной индукции через поверхность S, измеряемый в веберах [Вб], 1Вб=В^.с.

^{Ф = • dS, где dS - элемент поверхности S.}

Если магнитный поток Ф проходит по сердечнику с обмоткой, имеющей w витков, то возникает потокосцепление Ψ, которое тоже измеряется в веберах [Вб]:

Ψ = Ф^.w . (39)

Индуктивность L – коэффициент пропорциональности между током и потокосцеплением, возникающим при прохождении данного тока по виткам обмотки, L измеряется в генри [Гн],

L= Ψ /I.

Магнитодвижущей силой (м.д.с.), или намагничивающей силой катушки или обмотки с током называют произведение числа витков катушки w на проходящий по ней ток I:

F = I^.W. (40)

М. д. с. вызывает магнитный поток в магнитной цепи, как э.д.с. вызывает электрический ток в электрической цепи. Как и э.д.с., м.д.с. имеет направление в схемах (рис. 31).

Положительное направление м.д.с. совпадает с движением острия правоходового винта, если его вращать по направлению тока в обмотке.

ℓср

Рис. 31 Рис. 32

Правило правой руки: если сердечник мысленно обхватить правой рукой, расположив её пальцы по направлению тока в обмотке, то отогнутый большой палец укажет направление м.д.с.