ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПАРАНЮК В.О.

ТЕОРЕТИЧНІ ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМУ ДЛЯ ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЙ В АПК

навчальний посібник

ДЛЯ НАПРЯМУ ПІДГОТОВКИ ОКР «БАКАЛАВР» 6.100.101 ЕНЕРГЕТИКА ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ В АПК

ГАЛУЗЬ ЗНАНЬ 100.101 «ТЕХНІКА ТА ЕНГРГЕТИКА АГРАРНОГО ВИРОБНИЦТВА»

МАТЕРІАЛИ ЛЕКЦІЙНО КУРСУ

ЛЬВІВ 2015

Рекомендовано до друку

методичною радою університету,

методичною радою університету

Протокол № _______

від „___“________2015

Укладач к.т.н., доц. Паранюк В.О.

Відповідальний за випуск д.т.н., в.о. проф.. Василів К. М.

Редактор Д.Б. Дончак

Коректор Л.Г.Лісович

Львівський державний аграрний університет

ВСТУП

Електромагнітне поле – вид матерії, що має хвильовий характер, розповсюджується в пустоті (вакуумі) та матеріальних середовищах і несе в собі енергію в двох проявах: магнітну і електричну із адекватним їх переходом із одної в другу та інформацію про закономірності взаємодії із середовищем у якому воно розповсюджується.

В практичному розумінні електромагнетизм, проявом якого є електромагнітне поле – це вироблення електромагнітної енергії, передача, перенесення, розповсюдження у просторі та перетворення в інші енергії та носії інформації. На макрорівні електромагнітне поле розглядається як суцільне середовище Частоти і амплітуди коливань електромагнітних хвиль визначають характер і щільність енергії та, із врахуванням властивість середовищ, швидкість розповсюдження. При збільшенні частоти електромагнітного випромінювання до певного кількісного рівня передача енергії у простір набуває квантового (корпускулярного) характеру.

Значення застосування емпірично сформованих законів електромагнітного поля є визначальним для науково-технічного прогресу. Пізнання електромагнетизму, як основного прояву електрики, базується на проникненні людського погляду як вглиб матерії так і у безмежність простору космосу. Особливе значення набуває застосування знань про електромагнітне поле при виробленні електричної енергії, її передачі, перетворення в інші види енергії в матеріальному виробництві, матеріальному забезпеченні соціальної сфери життя людей, створення системи зв’язку і передавання інформації на відстань, а також вирішення інших питань науково-технічного та соціального прогресу. Саме завдяки пізнання сутності електромагнетизму та розвитку на базі отриманих знань інформаційних систем людство змогло перейти до нового етапу еволюції цивілізації – інформаційного суспільства.

В даному посібнику з вивчення лекційного курсу з третього розділу теоретичних основ електротехніки – електромагнітного поля навчальний матеріал представлений в у відповідності до робочої програми згаданого курсу із врахуванням та особливостей майбутньої діяльності випускників. Львівського національного аграрного університету. Ці особливості полягають в сутності підготовки майбутніх фахівців в галузі знань з 100.101 «Техніка та енергетика аграрного виробництва» із напряму підготовки освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» 6.100.101 енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі.

Навчальний матеріал представлено в трьох частинах: 1. Електричні заряди та електричне поле. 2. Магнітне поле. 3. Змінне електромагнітне поле. Виклад матеріалу розділів здійснено на підставі знань студентів із математики та фізики із врахуванням змісту безпосередньо базованих на ньому таких навчальних дисциплін, як електричні машини, електроніка, електротехнології, електроосвітлення, електропостачання та інших. При формуванні посібника враховано методичні розробки з викладання теоретичних основ електротехніки для електроенергетичних спеціальностей для галузей агропромислового виробництва та інших.

Розділ 1 електричні заряди та електричне поле

1.1. Електричні заряди

Електричний заряд та його властивості

В системі СІ за одиницю зарядів прийнято Кулон. При цьому 1Кулон= 1А 1с. Джерелом та носієм зарядів є електрони і протони. Заряд електрона має негативну полярність і складає е^– = 1,6×10^-19, Кл.

Вільні заряди

Вільні заряди завжди змінюються в часі і просторі з певною швидкістю.

_v (1.1)

де – швидкість зміни вільного заряду в певному об’ємі зайнятого речовиною простору, Кл/с; – сумарний електричний заряд одної полярності, Кл; – час зміни заряду, с; _v – радіус-вектор визначення просторової координати в зайнятому зарядом об’ємі, м.

Упорядкований рух вільних електричних зарядів являє собою струм електропровідності

і_пр = (1.2a)

де і_пр – струм електропровідності, А; – одиничний радіус-вектор, який вказує напрям струму.

В електромагнетизмі використовується поняття щільності струму електропровідності

(1.2b)

де – щільність струму електропровідності, А/м²; – поперечній перетин трубки струму електропровідності, м²; – одиничний радіус-вектор, який вказує напрям щільності струму.

Диполь – це два різної полярності заряди, які розташовані на певній відстані один від одного. Схема диполя поляризованого діелектрика показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема диполя

+q , -q - різнойменні заряди, l - відстань між зарядами, с - незмінний в об’ємі тіла центр руху диполя.

Електричний момент диполя

= q , (1.3

де – момент диполя, Кл×м; q – велична заряду диполя, Кл; – плече диполя, м.

Таким чином носієм електричного заряду є занятий речовиною певний простір, який може бути представлений, як об’єм, поверхня, чи лінія, в яких електричний заряд має відповідну щільність (густину): об’ємну, поверхневу та лінійну .

, (1.4)

де , , – щільності електричних зарядів, відповідно, об’ємна, Кл/м³; поверхнева, Кл/м²; лінійна, Кл/м.

В кожному зі згаданих випадків існує гранична (критична) максимальна щільність заряду , , при досягненні якої заряди вже не вміщуються в матеріальному об’єкті, тобто в об’ємі, на поверхні чи на лінії і “стікають” у навколишній простір із цього об’єкту.

1.2. Поняття про електромагнітне поле

Електричні заряди, як змінна в часі та просторі форма матерії породжують електромагнітне поле.

Електромагнітне поле – особливий вид матерії, який є носієм у простір енергії та має характерні для нього електричні та магнітні властивості.

Електромагнітне поле (ЕМП) має дві взаємодіючі між собою складові: поле електричне і поле магнітне. Кожне із цих полів, змінюючись, перетворюється в друге.

Електричне поле – це невід’ємна складова електромагнітного поля, створюваного електричним зарядом чи просторовою їх системою. Вивчення електричного поля здійснюється в нерухомій щодо заряду системі відліку, або такій, що рухається відносно заряду чи системи зарядів з постійною швидкістю за умови відсутності або незмінності в часі поля магнітного

Магнітне поле є функцією функції (1.1) зміни електричного заряду . Таким чином, прийнявши = 0 і отримаємо постійне магнітне поле.

При повній відсутності магнітного поля електричне поле вважається полем електростатичним В основу визначення електростатичного поля покладено механічний його прояв, який визначається законом Кулона. При цьому вводиться поняття точкового заряду, тобто зарядів, розмірами тіл, які є їх носіями, нехтують.