Федеральное агентство по образованию
Тольяттинский государственный университет
Кафедра «Промышленная электроника»
Электромагнетизм
Учебно-методическое пособие
для студентов специальности 210100.62
Составитель: Прядилов А.В.
Тольятти 2013
Рецензент:
кафедра «Промышленная электроника»
Тольяттинского государственного университета
Составитель:
к.т.н., доцент А.В. Прядилов
Данное учебно-методическое пособие содержат материал, предназначенный для использования при изучении дисциплины «Магнитные элементы электронной техники».
Предназначены для студентов направления 210100.62 «Электроника и микроэлектроника», 210100.62 «Электроника и наноэлектроника»
Тольяттинский государственный университет, 2013.
Содержание
Электромагнетизм 4
Краткая историческая справка 4
Магнитное поле 5
Вектор магнитной индукции 5
Напряженность магнитного поля 7
Закон полного тока 8
Магнитный поток (Поток вектора магнитной индукции) 9
Потокосцепление 10
Закон Био-Савара-Лапласа 10
Закон Ампера (действие магнитного поля на проводник с током) 12
Сила Лоренца (действие магнитного поля на движущийся заряд) 13
Взаимодействие проводников с током 16
Электромагнитная индукция 17
ЭДС при движении проводника в магнитном поле. 21
Самоиндукция 22
Энергия магнитного поля 24
Эффект Холла 25
Действие магнитного поля на рамку с током 26
Устройство электроизмерительных приборов 26
Вихревое электрическое поле 26
Магнитная проницаемость 27
Типы магнитных материалов 27
Кривая намагничивания и петля гистерезиса 30
Основы теории Максвелла 34
Постоянные магниты 35
Применение электромагнетизма - электрический звонок 36
История развития электромагнетизма 39
Электромагнетизм Краткая историческая справка
Электромагнетизм — Начало учению об электромагнитных явлениях положено открытием Эрстеда. В 1820 г. Эрстед показал, что проволока, по которой течет электрический ток, вызывает отклонение магнитной стрелки. Он подробно исследовал это отклонение с качественной стороны, но не дал общего правила, по которому можно было бы определять направление отклонения в каждом отдельном случае. Вслед за Эрстедом открытия пошли одно за другим. Ампер (1820) опубликовал свои работы о действии тока на ток или тока на магнит. Амперу принадлежит общее правило для действия тока на магнитную стрелку: если вообразить себя расположенным в проводнике лицом к магнитной стрелке и притом так, чтобы ток имел направление от ног к голове, то северный полюс отклоняется влево. Далее мы увидим, что Ампер свел явления электромагнитные к явлениям электродинамическим (1823). К 1820 г. относятся также работы Араго, который заметил, что проволока, по которой течет электрический ток, притягивает к себе железные опилки. Он же намагнитил впервые железные и стальные проволоки, помещая их внутрь катушки медных проволок, по которым проходил ток. Ему же удалось намагнитить иглу, поместив ее в катушку и разрядив лейденскую банку через катушку. Независимо от Араго намагничивание стали и железа током было открыто Дэви.
Первые количественные определения действия тока на магнит точно так же относятся к 1820 г. и принадлежат Био и Савару. Эти ученые из своих опытов вывели следующее:Если укрепить маленькую магнитную стрелку sn вблизи длинного вертикального проводника AB и астазировать земное поле магнитом NS (рисунок 1), то можно обнаружить следующее: 1. При прохождении тока через проводник магнитная стрелка устанавливается своей длиной под прямым углом к перпендикуляру, опущенному из центра стрелки на проводник. 2. Сила, действующая на тот или другой полюс n и s перпендикулярна к плоскости, проведенной через проводник и данный полюс 3. Сила, с которой действует на магнитную стрелку данный ток, проходящий по очень длинному прямолинейному проводнику, обратно пропорциональна расстоянию от проводника до магнитной стрелки. |
Рисунок 1 – Опыт Био-Савара |
1820 г. X. Эрстед — датский физик, открыл магнитное действие тока. (Опыт: действие электрического тока на магнитную стрелку). 1820 г. А. Ампер — французский ученый, открыл механическое взаимодействие токов и установил закон этого взаимодействия. |
|
ТЕСЛА Никола (Tesla Nikola) (10.VII.1856 - 7.I.1943) — сербский ученый в области электротехники и радиотехники. Р. в с. Смелянах (Хорватия). Окончил Политехнический ин-т в Граце (1878) и Пражский ун-т (1880). Работал инженером в Будапеште, в 1882 —84 —в Париже, с 1884 — на заводах Эдисона и Вестин-гауза в США.
Разработал ряд конструкций многофазных (преимущественно двухфазных) генераторов, электродвигателей и трансформаторов, а также схемы передачи и распределения многофазных токов. Открыл в 1888 (независимо от Г. Феррариса) явление вращающегося магнитного поля, на основе которого построил в 1889 — 90 электрические генераторы частотой от 5000 до 20000 Гц. Изобрел (1891) высокочастотный трансформатор (трансформатор Теслы) и первые электромеханические генераторы высокой частоты. Исследовал возможность беспроволочной передачи сигналов и энергии на значительные расстояния и в 1899 демонстрировал лампы и двигатели, работающие без проводов на высокочастотных токах. Сконструировал ряд радиоуправляемых самоходных механизмов. Изучал физиологическое действие токов высокой частоты. Построил в 1899 радиостанцию на 200 кВт в Колорадо и радиоантенну высотой 57,6 м в Лонг-Айленде. Изобрел электрический счетчик, частотомер и др. В 1917 предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.