1.3 Магнитные и нелинейные цепи.

1.3.1 Магнитное поле и его параметры.

Работа многих электротехнических устройств основана на использовании индукционного и силового действия магнитного поля.

Магнитное поле — один из видов материи, один из видов её проявления. Магнитное поле может наблюдаться как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. Ему не мешают ни камни, ни дерево, ни металлы — оно как бы пронизывает их. Железо и подобные ему металлы способны усиливать магнитное поле. Электромагнитное поле — вид материи, характеризующийся силовым воздействием на электрические заряженные частицы.

Индукционное действие магнитного поля состоит в том, что в катушке, пронизываемой переменным магнитным потоком, а также в проводнике, движущемся относительно магнитного поля, индуктируется ЭДС. На использовании индуктированных ЭДС основан принцип действия генераторов, трансформаторов, многих приборов контроля, управления и автоматизации производственных процессов.

Силовое действие магнитного поля заключается в том, что на электрические заряды, проводники с токами и детали из ферромагнитных материалов, находящиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы.

Использование силового действия магнитного поля лежит в основе принципа действия электродвигателей, электромагнитов, многих электроизмерительных приборов и электротехнических аппаратов.

С помощью электромагнитных сил осуществляется управление движением заряженных частиц в электронно-лучевых трубках, электронных микроскопах, ускорителях заряженных частиц.

Электротехнические устройства, принцип действия которых основан на использовании индукционного или силового действия магнитного поля, называются электромагнитными.

В магнитном поле как особом состоянии среды распределение энергии обусловлено движением электрических зарядов или изменением электрического поля т.е. электрическим током.

Магнитное поле в любой его точке, характеризуется по интенсивности и направленности действия вектором магнитной индукции В. За направление магнитной индукции принимаемся направление, указываемое северным полюсом магнитной стрелки, помешенной в данную точку поля.

Магнитное поле представляется в виде направленного магнитного потока Ф, линии которого всегда замкнуты и может быть изображено с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым во всех точках поля совпадают по направлению с векторами магнитных индукций.

В качестве физической величины, характеризующей интенсивность магнитного потока Ф, служит вектор магнитной индукции B, направление которого совпадает с направлением магнитного потока. Когда магнитный поток проходит сквозь плоскость, расположенную перпендикулярно линиям магнитной индукции однородного поля, при В=const и соsα=1, тогда поток:

Ф = BS

Единицей магнитного потока является вебер (Вб); 1Вб=1В*с

Линии индукции магнитного поля представляют собой непрерывные линии,

замкнутые сами на себя и не имеющие ни начала, ни конца.

За единицу магнитной индукции принимают индукцию, при которой через площадь S в 1м² , расположенную перпендикулярно направлению магнитного потока, проходит поток в 1Вб. Магнитную индукцию выражают в теслах (Тл):

1Тл=1Вб/м²=1В*с/м²

Способность источника магнитного поля (электрического тока) создавать магнитный поток характеризуется напряжённостью магнитного поля Н, выражаемой в А/м.

В воздухе направление векторов магнитной индукции B и напряжённости магнитного поля Н совпадают и связаны соотношением:

Н= B/μ₀

Где μ₀=4 _*10^-7 Гн/м – магнитная постоянная магнитная постоянная или магнитная проницаемость вакуума.

Количественные соотношения характеризующие магнитное поле, основаны на законе полного тока. Этот закон устанавливает связь между напряжённостью магнитного поля Н в любой точке замкнутого контура вокруг проводника с током I.

где 2πr – длина контура, охватывающего проводник, r – радиус контура.

Напряжённость поля в центре однослойной катушки, когда r с числом витков w равна

Произведение называют магнитодвижущей силой (МДС) и выражают в амперах.

Намагниченность измеряется в тех же единицах, что и магнитная индукция. В большинстве случае направление вектора намагниченности совпадает с направлением напряжённости магнитного поля и её можно представить как

где κ – коэффициент магнитной восприимчивости (пропорциональности).

Коэффициент пропорциональности k зависит от физических свойств среды и от выбора единиц измерения. В международной системе единиц СИ коэффициент k для вакуума равен , где μ₀=4 _*10^-7 Гн/м – магнитная постоянная магнитная постоянная или магнитная проницаемость вакуума.

Для любой другой среды где μμ₀ - абсолютная магнитная проницаемость среды.