14.2. Магнитная цепь и её конструктивная схема

По аналогии с электрической цепью под магнитной цепьюпонимаетсясовокупность устройств, обеспечивающих возможность создания магнитного потока. Магнитная цепь содержит магнитопровод (предназначенный для замыкания и усиления магнитного потока), а также катушку, выполненную из проводника (предназначенную для протекания электрического тока и создания магнитного потока), которая питается от источника постоянного электрического тока. Магнитопроводы выполняются из ферромагнитных материалов и могут иметь различные длины и сечения, а также воздушные промежутки. Ферромагнитные материалы – это железо, никель, кобальт, их сплавы.

Приведём пример конструктивной схемы неразветвлённой магнитной цепи (рис.14.3).

Магнитопровод содержит два участка:

1-й участокдлинойl₁, сечениемS₁;

2-й участокдлинойl₂, сечениемS₂.

Катушка содержит число витков w. К катушке подведено напряжениеU, под действием которого протекает намагничивающий токI. В результате будет наблюдаться явление электромагнетизма: катушка с намагничивающим токомIсоздаст магнитный потокФ.

14.3. Кривая намагничивания

Для однородного магнитного поля известен закон полного тока: намагничивающая сила (произведение числа витков катушки на силу тока) прямо пропорциональна произведению напряженности магнитного поля на длину магнитопровода:

F = wI = Hl , (14.6)

где F– намагничивающая сила катушки,А;

w – число витков катушки;

I– сила тока, протекающего в катушке,А;

Н– напряженность магнитного поля,А/м;

l– длина магнитопровода катушки,м.

.

Из (14.6) можно найти зависимость напряжённости магнитного поля от намагничивающего тока:

. (14.7)

Если по катушке пропускать электрический ток, изменяя силу электрического тока от нуля до определенного значения, то в соответствии с (14.4) будет изменяться и магнитная индукция по закону:

В = _с Н . (14.8)

Магнитный поток будет изменяться по закону:

Ф = _с Н S . (14.9)

Из курса физики известно, что с ростом магнитного потока в ферромагнетике его магнитная проницаемость будет уменьшаться. Поэтому зависимостьФ = f (Н)илиВ= f (Н)будет нелинейной. Такая кривая называетсякривой намагничивания(рис.14.4), которая впервые была экспериментально установлена для мягкого железа русским физикомАлександром Григорьевичем Столетовымв 1871году.

Как видно из кривой намагничивания на рис.14.4 с ростом напряжённости постепенно наступает насыщение ферромагнитного материала и магнитная индукция далее практически не возрастает.

14.4. Петля гистерезиса

Если сначала увеличивать силу тока до режима насыщения (рис.14.5), а потом его уменьшать, то зависимостьВ = f (Н)уже проходит выше (отрезок 1). Для того, чтобы магнитная индукция уменьшилась до нуля, необходимо ток пропускать в обратном направлении (отрезок 2). Если далее в обратном направлении пропускать ток, то постепенно наступает насыщение (отрезок 3). Если теперь ток уменьшать до нуля, то зависимостьВ = f (Н)будет иметь вид отрезка 4. Изменяем направление тока и при определенном значении силы тока магнитная индукция равна нулю (отрезок 5). Повышая силу тока далее, постепенно наступает насыщение (отрезок 6). Таким образом, мы получили зависимостьВ = f (Н)в виде так называемойпетли гистерезиса.

Из курса физики известно, что площадь петли гистерезиса прямо пропорциональна потерям энергии на перемагничивание магнитопровода.