Механическое действие магнитного поля на проводник с током

Магнитное поле воздействует с определенной силой на любой перемещающийся в нем электрический заряд.

Сила, действующая на движущийся в магнитном поле электрический заряд, направлена перпендикулярно к магнитным силовым линиям.

Аналогично одиночному электрическому заряду проводник с током, помещенный в магнитном поле, также испытывает действие сил магнитного поля.

Величина механической силы, действующей на прямолинейный проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, определяется по формуле

где   I – ток в амперах;

B – магнитная индукция в теслах;

l – активная длина провода с током в метрах;

α – угол, под которым расположен проводник по отношению к магнитным силовым линиям.

Направление механической силы, действующей на помещенный в магнитное поле проводник с током, определяет правило левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее, а вытянутые пальцы указывали направление тока, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Если в однородном магнитном поле помещен плоский контур прямоугольной формы с током, то на него действует пара сил, стремящихся повернуть контур вокруг оси (рисунок в начале статьи).

 

Вращающий момент этой пары сил равен произведению величины одной из сил на расстояние (плечо) между токами приложения этих сил:

Вращающий момент, действующий на контур с током, можно определить по формуле

где   В – магнитная индукция внешнего поля в теслах;

I – ток контура в амперах;

S – площадь проекции рамки на плоскость, перпендикулярную магнитным силовым линиям в квадратных метрах;

М_вр – вращающий момент в ньютон-метрах;

α – угол между перпендикуляром к плоскости контура и направлением магнитных силовых линий.

Контур с током стремится установиться во внешнем магнитном поле так, чтобы внутри контура внешнее магнитное поле и собственное магнитное поле контура совпали по своему направлению. При этом, α = 0 и М_вр = BIsin0 = 0.

Вращающий момент плоской катушки с числом витков ω определяется по формуле

Направление пары сил, действующих на контур с током и на плоскую катушку, определяется по правилу левой руки.

Два достаточно длинных прямолинейных и параллельно расположенных проводника одинаковой длины  с токами I₁ иI₂ взаимодействуют друг с другом, причем сила взаимодействия равна

где   µ – магнитная проницаемость среды;

d – расстояние между проводниками в метрах

l – длина проводника в метрах;

I_1, I₂ – сила тока в проводниках в амперах;

F – сила взаимодействия в ньютонах.

Два параллельных проводника с токами одинакового направления взаимно притягиваются, а проводники с токами противоположного направления взаимно отталкиваются.

Механические силы, действующие на проводник, совершают некоторую работу.

Работа сил магнитного поля определяется по формуле

где   В – магнитная индукция внешнего магнитного поля в теслах;

I – сила тока в проводнике в амперах;

l – активная длина проводника в метрах;

d – расстояние, на которое переместился проводник с током под действием сил магнитного поля, в метрах;

А – работа сил магнитного поля в джоулях.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Электрические и магнитные цепи широко используются для моделирования электромагнитных процессов ЭМП в инженерном про - ектировании. При этом по аналогии с обобщенной моделью ЭМП ( § 3.1) обычно ограничиваются классом взаимовращающихся маг-нитосвязанных электрических цепей типа R-L и нелинейных магнитных цепей с сосредоточенными параметрами. С помощью электрических цепей типа R-L моделируются обмотки ЭМП или их фазы, а с помощью магнитных цепей - магнитопровод на участке полюсного деления. Электрические и магнитные цепи широко используются для моделирования электромагнитных процессов ЭМП в инженерном проектировании. При этом по аналогии с обобщенной моделью ЭМП ( § 3.1) обычно ограничиваются классом взаимовращающихся маг-нитосвязанных электрических цепей типа R-L и нелинейных магнитных цепей с сосредоточенными параметрами. С помощью электрических цепей типа R-L моделируются обмотки ЭМП или их фазы, а с помощью магнитных цепей - магнитопровод на участке полюсного деления. Пособие состоит из двух частей: электрические и магнитные цепи; электромагнитные, электронные и электромеханические устройства. В первой части рассматриваются основные принципы и методы в электротехнике и электронике; во второй части - электротехнические и электронные устройства, преобразующие токи и напряжения, электрическую энергию в механическую или тепловую. Пособие состоит из двух частей: Электрические и магнитные цепи и Электромагнитные, электронные и электромеханические устройства. В первой части излагаются основные принципы и методы электротехники, необходимые для построения математических моделей устройств электротехники и электроники; проводится разделение на линейные и нелинейные цепи. Во второй части рассматриваются различные устройства, преобразующие токи и напряжения, электрическую энергию в механическую или тепловую для ее передачи или потребления, а также электрические сигналы для передачи и преобразования информации. В приложении изложены вопросы, которые должны быть известны студентам из курсов физики и высшей математики. В приборостроении и аппаратостроении там, где в изделии имеются элементы, образующие электрические и магнитные цепи, различают электрическую сборку и монтажные работы. Особую весьма сложную часть сборочных работ составляют регулировочные, наладочные, настроечные и испытательные работы. В приборостроении и аппаратостроении в связи с наличием в изделии элементов, образующих электрические и магнитные цепи, различают электрическуюсборку и монтажные работы. Особую, весьма сложную часть сборочных работ составляют регулировочные, наладочные, настроечные и испытательные работы. В приборостроении и аппаратостроении, там, где в изделии имеются элементы, образующие электрические и магнитные цепи, различают электрическую сборку и монтажные работы. Особую, весьма сложную часть сборочных работ составляют регулировочные, наладочные и испытательные работы. Кроме указанного деления сборки, в приборостроении и аппа-ратостроении в связи с наличием в изделии элементов, образующих электрические и магнитные цепи, различают механическую и электрическую сборку, а также монтажные работы. Особую, весьма сложную часть сборочных работ составляют регулировочные, наладочные, настроечные и испытательные работы. Магнитодвижущую силу головки записи и магнитную проводимость цепи головка - носитель можно также в принципе рассчитывать аналогичными методами, так как электрические и магнитные цепи головки записи допустимо считать линейными многокаскадными цепями. Для приближенного расчета можно предположить, что ток в головке имеет прямоугольную форму, а коэффициент Передачи магнитной цепи головки записи в рабочем диапазоне частот примерно постоянен и поток в головке, следовательно, совпадает по форме с током. Вторичная и первичная обмотки связаны магнитным полем взаимной индукции. После затухания переходного процесса, связанного с изменением сопротивления нагрузки, автоматически устанавливается новый режим, в котором электрические и магнитные цепи трансформатора снова находятся в равновесном состоянии. Иными словами, устанавливаются такие токи в обмотках и такой. Вторичная и первичная обмотки связаны магнитным полем взаимной индукции. После затухания переходного процесса, связанного с изменением сопротивления нагрузки, автоматически устанавливается новый режим, в котором электрические и магнитные цепи трансформатора снова находятся в равновесном состоянии. Вторичная и первичная обмотки связаны магнитным полем взаимной индукции. Поэтому всякое изменение сопротивления вторичной нагрузки при неизменном первичном напряжении с / 1п const приводит не только к соответствующему изменению вторичного тока / 2, но также к изменению магнитного потока Ф, намагничивающего тока / о, первичного тока 1г и вторичного напряжения t / o - После затухания переходного процесса, связанного с изменением сопротивления нагрузки, автоматически устанавливается новый режим, в котором электрические и магнитные цепи трансформатора снова находятся в равновесном состоянии.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Эл. ток в цепи возможен, если на свободные заряды проводника действуютсторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называется ЭДС. При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции. Учитывая направление индукционного тока, согласно правилу Ленца:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком.

Почему "-" ? - т.к. индукционный ток противодействует изменению магнитного потока, ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.

Если рассматривать не единичный контур, а катушку, где N- число витков в катушке:

Величину индукционного тока можно рассчитать по закону Ома для замкнутой цепи

, где R - сопротивление проводника.

ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Причина возникновения электрического тока в неподвижном проводнике - электрическое поле. Всякое изменение магнитного поля порождает индукционное электрическое поле независимо от наличия или отсутствия замкнутого контура, при этом если проводник разомкнут, то на его концах возникает разность потенциалов; если проводник замкнут, то в нем наблюдается индукционный ток.

Индукционное электрическое поле является вихревым.  Направление силовых линий вихревого эл. поля совпадает с направлением индукционного тока Индукционное электрическое поле имеет совершенно другие свойства в отличии от электростатического поля.

электростатическое поле	индукционное электрическое поле ( вихревое электр. поле )
1. создается неподвижными электр. зарядами	1. вызывается изменениями магнитного поля
2. силовые линии поля разомкнуты - -потенциальное поле	2. силовые линии замкнуты - - вихревое поле
3. источниками поля являются электр. заряды	3. источники поля указать нельзя
4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = 0.	4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = ЭДС индукции

Вихревые токи

Индукционные токи в массивных проводниках называюттоками Фуко. Токи Фуко могут достигать очень больших значений, т.к. сопротивление массивных проводников мало.Поэтому сердечники трансформаторов делают из изолированных пластин. В ферритах - магнитных изоляторах вихревые токи практически не возникают.

Использование вихревых токов

- нагрев и плавка металлов в вакууме, демпферы в электроизмерительных приборах.

Вредное действие вихревых токов

- это потери энергии в сердечниках трансформаторов и генераторов из-за выделения большого количества тепла.