2. Электромагнитное поле

Электромагнитное поле - особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Электромагнитное поле в вакууме характеризуется вектором напряжённости электрического поля Е и магнитной индукцией В, которые определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и движущиеся заряженные частицы. В среде электромагнитное поле характеризуется дополнительно двумя вспомогательными величинами: напряжённостью магнитного поля Н и электрической индукцией D.

1. Эдс индукции

Входы: скорость.

Выходы: ЭДС.

Рис.2.37. Возникновение ЭДС индукции в замкнутом контуре

Сущность:

При изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в последнем возникает ЭДС индукции, пропорциональная скорости изменения магнитного потока через этот контур. В соответствии с правилом Ленца, направление индукционного тока таково, что его собственное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукцию.

В постоянном магнитном поле ЭДС индукции возникает лишь в том случае, когда магнитный поток через замкнутый контур изменяется во времени, например, при движении.

На (рис.2.37) показан процесс возникновения ЭДС индукции в рамке, двигающейся к постоянному магниту. Внешние силы, двигающие магнит, встречают сопротивление со стороны проводящего контура. Собственное поле контура таково, что магнитная рамка и магнит отталкиваются, а при удалении притягиваются.

Математическое описание:

, где

- ЭДС индукции в замкнутом контуре;

–магнитный поток, пронизывающий контур;

t – время.

Применение.

ЭДС индукции лежит в основе работы генераторов электрического тока, трансформаторов и т.п.

Патент США № 3787770: Способ обнаружения снаряда, вылетающего из ствола орудия, и прибор для его осуществления. Магнит располагают вблизи дула орудия для того, чтобы вылетающий из ствола снаряд пересекал некоторые магнитные силовые линии магнита. При отделении снаряда от орудия и при прохождении снаряда над постоянным магнитом, в считывающей катушке, намотанной на магните, наводятся импульсы напряжения, которые после прохождения через усилитель подводятся к осциллографу или хронографу для обеспечения отсчета.

2. Взаимная индукция

Входы: ток.

Выходы: ЭДС.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.38. Взаимная индукция

Сущность: Взаимная индукция (рис.2.38) - явление, в котором обнаруживается магнитная связь двух (или более) электрических цепей. Благодаря этой связи возникает ЭДС индукции в одном из контуров при изменении тока в другом.

Математическая модель:

- ЭДС взаимной индукции;

M – взаимная индуктивность первого контура относительно второго (второго относительно первого);

I₁ – ток подмагничивающего контура.

Применение: Используется в трансформаторах, электродвигателях.

3. Индукционный нагрев

Входы: электромагнитное поле.

Выходы: температура.

Графическая иллюстрация:

Рис.2.39. Индуктор для закалки крупномодульных зубчатых колес:

1 – водоохлаждаемые экраны; 2 – макнитопровод; 3 – индуктирующий провод

Сущность:

Индукционный нагрев - нагрев токопроводящих тел за счёт возбуждения в них электрических токов переменным электромагнитным полем. Мощность, выделяющаяся в проводнике при И. н., зависит от размеров и физических свойств проводника (удельного электрического сопротивления, относительной магнитной проницаемости), а также от частоты и напряжённости электромагнитного поля. Источниками электромагнитного поля при И. н. служат индукторы (рис. 2.39). Индукционный нагрев характеризуется неравномерным выделением мощности в нагреваемом объекте. В поверхностном слое, называемом глубиной проникновения, выделяется 86% всей мощности. Для создания переменного электромагнитного поля при индукционном нагреве используются токи низкой (50 Гц), средней (до 10 кГц) и высокой (свыше 10 кГц) частоты. Для питания индукторов токами средней и высокой частоты применяют машинные и статические преобразователи, а также ламповые генераторы.

Математическое описание:

–глубина проникновения тока в массивном проводнике;

- удельное электрическое сопротивление; – магнитная постоянная;

μ – относительная магнитная проницаемость; ω– циклическая частота.

Применение: Плавка металлов, зонная плавка, нагрев.