1.3 Электромагнетизм

Основные свойства и характеристики магнитного поля: силовое действие магнитного поля; закон Ампера; магнитная индукция; маг­нитный поток и потокосцепление.

Индуктивность: собственная индуктивность, индуктивность катушки; взаимная индуктивность, коэффициент магнитной связи.

Электромагнитные силы: сила, действующая на проводник с током в магнитном поле; правило левой руки; силы, действующие на парал­лельные провода с токами; тяговое усилие электромагнита; энергия магнитного поля.

Магнитные свойства веществ: намагничивание веществ; магнитная проницаемость: абсолютная и относительная; напряженность магнит­ного поля; ферромагнитные материалы; их свойства и применение. Ра­бота А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств железа. Понятие о расчете магнитных цепей; общие сведения о магнитных цепях; закон полного тока; неразветвленные магнитные цепи; разветв­ленные магнитные цепи.

Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, вихревые токи. ЭДС в провод­нике, движущемся в магнитном поле, правило правой руки; принципы преобразования механической энергии в электрическую, электрической энергии в механическую.

Лабораторная работа 2. Изучение магнитных цепей. Влияние воздушного зазора и магнитных шунтов па магнитное сопротивление цепи.

Литература: [3] (§3.1-3.18); [4] (§3.1-3.6); [5] (задачи 3.1; 3.3; 3.8; 3.14-3.17).

Задачи и вопросы для самопроверки

1. Как установить наличие магнитного поля в данной точке пространства?

2. Сформулируйте определение основных магнитных величин: ин­дукции, магнитного потока, напряженности, абсолютной магнитной проницаемости, магнитной проницаемости, намагничивающей силы. В каких единицах они измеряются?

3. Поперечное сечение магнитопровода 5·10^-4 м², а магнитная индукция в нем 1,2 Тл. Чему равен магнитный поток в магнитопроводе? Ответ: 6·10^-4 Вб.

4. В чем заключается закон Ампера? Напишите его математиче­ское выражение.

5. Приведите определение собственной индуктивности и взаимной индуктивности катушки. Что оценивает собой индуктивность ка­тушки?

6. В каком случае имеет место взаимная индуктивносгь? Что показывает коэффициент магнитной связи между обмотками?

7. Определите коэффициент магнитной связи между обмотками с индуктивностями 2 и 12,5 мГн, если при их последовательном соединении и одинаковом направлении токов эквивалентная индуктивность 17 мГн. Ответ: 0,25.

8. Определите коэффициент магнитной связи между обмотками с индуктивностями 4 ·10^-2 и 10^-2 Гн. Их взаимная индуктивность 5 мГн. Ответ: 0,25.

9. Как определить электромагнитную силу, действующую на про­водник с током, находящимся в магнитном поле?

10. Что можно определить на основании правила левой руки?

11. По проводнику обмотки двигателя проходит ток 20 А. При этом на проводник действует сила 1 Н, а длина проводника 20 см. Чему равна магнитная индукция поля? Ответ: 0,25 Тл.

12. Напишите формулу, определяющую силу взаимодействия двух параллельных проводников с токами.

13. По двум параллельным проводникам длиной 20 м протекают токи 1000 А. На каком расстоянии друг от друга нужно разместить проводники, чтобы действующие на них силы не превышали 10 Н? Ответ: ≥ 0,4 м.

14. Напишите формулу для определения тяговой силы электромаг­нита. Решите следующую задачу: обмотка электромагнита с числом витков 100 намотана на магнитопровод из литой стали сечением 5·10^-3 м² и длиной 0,2 м. Определите ток в обмотке, чтобы при зазоре 0,5 мм тяговая сила была равна 10 кН. Ответ: 13 А.

15. Определите энергию, заключенную в магнитном поле.

16. Поясните процесс намагничивания ферромагнитного материала. Что называется магнитными доменами?

17. Почему у ферромагнитных материалов при воздействии на них даже слабого внешнего магнитного поля, внутреннее магнитное поле возрастает в сотни и тысячи раз?

18. Поясните процесс перемагничивания ферромагнитного материала и связанное с ним явление гистерезиса. Что называется остаточной индукцией и коэрцитивной силой?

19. Как формулируется закон полного тока? Поясните, каким образом на его основе рассчитывают магнитную цепь. Какие величины определяют в результате расчета магнитной цепи?

20. Начертите неразветвленную и разветвленную магнитные цепи и покажите пути, по которым замыкаются магнитные потоки.

21. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Напишите формулу для определения ЭДС, наведенной в проводнике и контуре. Почему в формуле для ЭДС в контуре стоит знак минус?

22. Сформулируйте закон Ленца для определения направления наведенной ЭДС. Используя этот закон, поясните, почему размыкание цепи с током приводит к появлению устойчивой дуги.

23. В чем заключается правило правой руки? Пользуясь этим правилом, поясните, почему ЭДС в замкнутом проводящем контуре, движущемся в однородном магнитном поле, равна нулю.

24. Поясните явление самоиндукции. Какая формула определяет ЭДС самоиндукции?