1) Приборы с постоянными магнитами учитывают среднее значение силы тока и поэтому при чисто переменном токе не дают никакого отклонения.

¹) При построении кривой намагничения В=f(H), по оси абсцисс будем откладывать силу тока, пропорциональную Н, причем под силой тока будем по­нимать сумму сил токов постоянного и переменного: i=i'+i".

¹) Математическая сторона этого вопроса весьма обстоятельно разобрана в работе Г. А. Акимова-Перетца „Проблема бесколлекторной машины постоянного тука", в извлечении напечатанной в „Электричестве", 1924 г., № 8, стр, 381.

§ 16. Магнитная цепь.

Из изложенного в предыдущих параграфах мы знаем, что ма­гнитный поток всегда проходит по некоторой замкнутой цепи. Та­кая „магнитная цепь", или „магнитопровод", имеется во всяком электромагнитном устройстве или механизме, и правильное кон-

88

струирование последних в значительной степени зависит от уменья рассчитать магнитную цепь.

Оказывается, величину магнитного потока можно весьма просто связать, с одной стороны, с общими причинами его возникновения и, с другой стороны, с геометрическими и физическими характе­ристиками частей магнитной цепи, совершенно подобно тому, как мы связываем величину электрического тока с величиной ЭДС и геометрическими и физическими характеристиками электрической цепи.

Заметим, что такая функциональная зависимость не является специфическим свойством, присущим исключительно магнитному потоку или электрическому току, что интенсивность всех вообще процессов кинетического характера является аналогичной функцией причин, их вызывающих, и обстоятельств, при которых они про­текают.

§ 17. Линейный интеграл магнитной силы.

Закон магнитодвижущей силы. Представим себе некоторую точку A₁ расположенную в магнитном поле (рис. 48).

Пусть магнитная сила поля в этой точке будет H. Составим выражение:

Hcosdl,

где dl — элементарное перемеще­ние вдоль некоторого пути пере­хода от точки a₁ до точки A₂, а  — угол между направлением этого перемещения и направле­нием магнитной силы поля.

Как мы уже знаем, величина механической силы, действующей на единицу северного (положительного) магнитизма, помещенную в данной точке поля, численно равна H, и, следовательно, составляющая этой силы по направле­нию перемещения точки А численно будет равна Hcos. Поэтому произведение

Hcosdl

дает нам численную величину работы, совершаемой силами магнит­ного поля при элементарном перемещении единицы северного магнитизма. Интеграл от этого выражения, взятый вдоль конечного отрезка некоторой линии (напр. А₁А₂):

дает численную величину работы, совершаемой при таком конечном перемещении единицы северного магнитизма, и называется линей­ным интегралом магнитной силы вдоль отрезка A₁A₂. Этот ин-

89

теграл называется также разностью магнитных потенциалов точек a₁ и А₂ или магнитодвижущей силой, действующей на дан­ном пути перехода от точки a₁ до точки A₂. Основания для вве­дения термина „магнитодвижущая сила" будут выяснены в § 18. Аналогичный интеграл в учении об электрическом поле носят, как известно, название разности электрических потенциалов.

Нас сейчас интересует величина линейного интеграла магнитной силы в одном частном случае, именно, когда линия, вдоль ко­торой мы берем интеграл, представляет собою замкнутый контур. Значение величины

в этом частном случае облегчает описание и расчет магнитных це­пей (знаком „" мы указываем, что интегрирование производится ко замкнутому контуру).

Обследование вопроса показывает, что величина

зависит только оттого, будет ли наш контур (будем называть его „контуром интегрирования") сцепляться с каким-либо контуром тока или нет. Именно, можно доказать, что

где I—величина полной силы тока, сцепляющегося с контуром .интегрирования. В данном случае под величиной полной силы тока мы разумеем алгебраическую сумму сил токов, сцепляющихся с контуром.

Соотношение (10) мы будем называть законом магнитодвижу­щей силы.

Если I=0, то и

т. е. работа, совершаемая силами магнитного поля при перемещении единицы северного магнитизма по замкнутому контуру, не сцепля­ющемуся ни с каким контуром тока, равна 0. Таким образом, мы можем вообще сказать, что величина выражения

является мерою силы тока, сцепляющегося с контуром интегриро­вания.

Докажем сначала справедливость равенства

.для простейшего случая.

Возьмем какой-либо контур тока (на рис. 49 он изображен в разрезе) и некоторую замкнутую линию, показанную на рис. 49 пунктиром и сцепляющуюся с контуром тока. Ее мы и примем за

90

контур интегрирования.

Представим себе на этой линии в точке С некоторое количество магнитизма, равное т. Оно может пере­мещаться под влиянием создаваемого током магнитного поля, я, следовательно, силами этого поля может быть совершена неко­торая работа. Если вообще при относительном перемещении кон­тура тока и магнитного поля происходит изменение потока, прони­зывающего контур, то работа, затрачиваемая на это перемещение, равна, как известно, произведению из силы тока в контуре на ве­личину изменения пронизывающего его потока, т. е.

dA=I•dФ.

Принимая в рассматриваемом данном случае I=const, мы мо­жем написать это выражение не в дифференциальной форме, а в форме конечных разностей:

A=I•Ф,

на основании чего заключаем, что работа, совершаемая за про­межуток времени, соответствующий некоторому конечному перемещению количества магнитизма m, равна произведению силы тока на полное изменение за данный проме­жуток времени потока, сцепляюще­гося с контуром тока, или, рассу­ждая по Фарадею, произведению из силы тока на полное число пере­сечений магнитных линий с конту­ром тока.

Чтобы рассчитать это число пе­ресечений для случая перемещения количества магнитизма m вдоль рас­сматриваемого замкнутого контура, вспомним, что с этим количеством магнитизма связан поток Ф=4m. Так как для нас по существу важно лишь относительное перемещение магнитного потока к контура с током, то для большей ясности можно предположить, что магнитная масса т остается неподвижной в точке С, а контур с током, оставаясь параллельным самому себе, перемещается таким образом, что точка С с находящейся на ней магнитной массой опишет относительно кон­тура тока как раз замкнутую линяю, помеченную на рис. 49 пункти­ром, пройдя при этом сквозь контур тока. Полное число магнитных линий, пересеченных контуром тока при таком перемещении, будет очевидно 4m, т. е.

Ф=4m.

Следовательно, работа, произведенная силами магнитного поля, при этом перемещении будет:

A=IФ=4mI.

91

Так как, с другой стороны, магнитная масса m при таком пере­мещении контура с током опишет в магнитном поле последнего замкнутую линию, то

Следовательно,

что и требовалось доказать.

Если контур интегрирования сцепляется не с одним, а с несколь­кими контурами токов, то мы должны были бы ввести в расчет алгебраическую сумму этих токов, т. е. написать:

Если бы мы перемещали магнитную массу т вдоль такого замкнутого контура, что она при этом не проходила бы сквозь контур тока, т. е. если бы контур интегри­рования не сцеплялся с контуром тока (рис. 50), то число линий, пересечен­ных контуром тока в одном направле­нии, было бы равно числу линий, пе­ресеченных им в направлении проти­воположном.

В таком случае резуль­тирующее изменение потока было бы равно нулю:

Ф=0,

а следовательно,

и

Таким образом, на величину линейного интеграла

взятого по замкнутому контуру, не влияют никакие токи, располо­женные хотя и сколь угодно близко от контура интегрирования, но не сцепляющиеся с ним.

Мы доказали справедливость закона магнитодвижущей силы:

на примере некоторого частного случая. Так как, однако, в ходе этого доказательства мы не делали никаких допущений, сколько-нибудь ограничивающих общность наших рассуждений, то мы имеем

92

право утверждать, что и полученный нами результат имеет вполне общее значение, т. е. что всегда имеет место соотношение:

т. е. что линейный интеграл магнитной силы, взятый вдоль любого замкнутого контура, всегда равен произведению полной силы тока, сцепляющегося с этим контуром, на 4¹).

¹) Покажем, как из полученного нами закона магнитодвижущей силы:

можно вывести некоторые соотношения, известные из курса физики.

1. Магнитная сила вокруг бесконечного прямолинейного проводника, по которому протекает ток I. Магнитные линии в этом случае имеют форму концентри­ческих окружностей с центром на оси проводника. Подсчитаем величину

для одной из таких окружностей с радиусом а. В этом случае cos=l Следовательно, можем написать

Так как в силу симметрии величина H будет одна а та же для всех точек денной окружности, то имеем:

или

откуда

H=2I/a

2. Магнитная сила внутри соленоида. Пусть кольцевой соленоид, состоит из n равномерно навитых витков и сила тока в нем пусть будет i. Так как в выражении

мы имеем в виду полное число сцеплений тока с контуром интегрирования, то, беря интеграл по контуру, образуемому осью соленоида, мы должны написать

Так как и в этом случае Н=const и cos=1, то

или

Следовательно,