2.7.2.1. Контур с током в магнитном поле

Входы: магнитное поле, ток.

Выходы: сила, вращающий момент.

Графическая иллюстрация:

Рис.2.33. Контур с током в магнитном поле

Сущность:

Поворот рамки с током под действием вращающего момента, возникающего при нахождении рамки в однородном магнитном поле. Сила действует на ребро и стремится повернуть виток так, чтобы его плоскость стала перпендикулярна к вектору магнитной индукции B (угол между нормалью к рамке и вектором В равен 0).

Математическое описание:

,

,

M – магнитный момент,

P_m – магнитный момент контура,

i – ток протекающий в рамке,

S – площадь рамки,

α – угол между нормалью рамки и направлением магнитного поля.

Применение: Двигатели, генераторы, измерительные приборы.

2. Сила Лоренца

Входы: скорость, магнитное поле.

Выходы: сила.

Графическая иллюстрация:

Рис.2.34. Направление движения частицы в зависимости от её заряда при векторе магнитной индукции, перпендикулярном вектору скорости

Рис.2.35. Взаимное расположение векторов В, V и Fл

Сущность:

Сила Лоренца — сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Сила Лоренца пропорциональна векторному произведению v и В,

т. е. она перпендикулярна скорости частицы (направлению её движения) и вектору магнитной индукции; следовательно, она не совершает механической работы и только искривляет траекторию движения частицы, не меняя её энергии. Таким образом, сила Лоренца максимальна, если направление движения частицы составляет с направлением магнитного поля прямой угол, и равна нулю, если частица движется вдоль направления поля. В вакууме в постоянном однородном магнитном поле (В = Н, где Н - напряжённость поля) заряженная частица под действием силы Лоренца движется по винтовой линии с постоянной по величине скоростью v. При этом её движение складывается из равномерного прямолинейного движения вдоль направления магнитного поля Н (со скоростью v||, равной составляющей скорости частицы v в направлении Н) и равномерного вращательного движения в плоскости, перпендикулярной Н (со скоростью v_у, равной составляющей v в направлении, перпендикулярном Н). Проекция траектории движения частицы на плоскость, перпендикулярную Н, есть окружность радиуса R = cmv_у/(eH). Ось винтовой линии совпадает с направлением поля Н, и центр окружности перемещается вдоль силовой линии поля. Если электрическое поле Е не равно нулю, то движение носит более сложный характер. Происходит перемещение центра вращения частицы перпендикулярно полю Н, называемое дрейфом.

Математическое описание:

,

F – сила Лоренца,

V – вектор скорости,

В – вектор магнитной индукции.

Применение.Датчики магнитного поля.

2. Магнитострикция

Вход: магнитное поле.

Выход: деформация материала.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.36. Принцип магнитострикции

Сущность.

Магнитострикция – изменение формы и размеров тела при намагничивании. Любой ферромагнитный материал состоит из доменов - областей спонтанного намагничивания. При воздействии на материал магнитного поля домены намагничиваются и начинают смещаться относительно своего первоначального положения (рис. 2.36). Смещение доменов приводит к механической деформации ферромагнитного материала - изменению формы и размеров тела.

Величина эффекта для объемной магнитострикции – 3*10^-5, а для линейной – 10^-4.

Математическое описание:

,

механическая деформация [мкм],

- механическое напряжение [н/м²].

, где

М- намагниченность.

,

,

напряженность подмагничивания [А/м²],

, где:

- индукция магнитного поля,

- магнитная восприимчивость материала,

-магнитострикционная постоянная [Н/м²Тл],

- модуль Юнга [Н/м²],

- коэффициент магнитострикции насыщения.

Применение.

Магнитострикция нашла широкое применение в технике. На явлении магнитострикции основано действие магнитострикционных преобразователей (датчиков), реле, излучателей. Магнитострикция позволила создать высокочувствительные магнитострикционные механизмы микроперемещений и нажимных устройств, принципиально новые генераторы мощного звука и ультразвука, сверхчувствительные приемники звука. Были улучшены характеристики линий задержки звуковых и электрических сигналов, а также других устройств для радиотехники и электросвязи.