Закон полного тока и магнитодвижущая сила

Свойство тока возбуждать магнитное поле характеризуется магнитодвижущей силой (F). Магнитодвижущая сила распределяется вдоль замкнутой магнитной линии и равна току, создающему магнитное поле. Магнитодвижущая сила прямолинейного проводника с током равна этому току, т. е. F = I. Для возбуждения более сильного поля ток пропускают по катушке с числом витков ω и так как каждый виток катушки обладает магнитодвижущей силой I, то мдс катушки: (А).

Магнитодвижущая сила, приходящаяся на единицу длины магнитной линии, называется напряженностью магнитного поля: .

Если бы магнитное поле было создано не одним, а ω проводниками с током I, то

магнитодвижущая сила:

Полученное соотношение называют законом полного тока: намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, пронизывающему поверхность, ограниченную этим контуром.

Закон полного тока используется для расчета магнитных полей электрических машин и аппаратов.

Магнитные свойства веществ

Вокруг всякого намагниченного тела возникает магнитное поле, являющееся материальной средой, в которой обнаруживается действие магнитных сил.

Любая магнитная линия не имеет ни конца, ни начала и представляет

собой замкнутую кривую, так как северный и южный полюсы магнита

н

Рис.19 Магнитное поле постоянного магнита

еотделимы друг от друга.

При внесении в магнитное поле какого-либо тела·оно

пронизывается магнитными линиями и определенным образом

воздействует на поле. При этом различные материалы по-разному воздействуют на магнитное поле. В намагниченных телах магнитное поле создается при движении электронов, вращающихся вокруг ядра атома и вокруг собственной оси. Орбиты и оси вращения электронов в атомах могут находиться в различных положениях один относительно другого, так что в различных положениях находятся магнитные поля, возбуждаемые движущимися электронами. В зависимости от взаимного расположения магнитных полей они могут складываться или вычитаться.

Материалы, намагнитить которые невозможно, называются диамагнитными. К ним относятся большинство веществ, встречающихся в природе, и некоторые металлы (медь, свинец, цинк, серебро и др.).

Материалы, которые могут намагничиваться, называются парамагнитными. К ним относятся алюминий, олово, марганец и др.

Материалы, которые легко поддаются намагничиванию, называются ферромагнитными. К ним относятся железо, сталь, чугун, никель, кобальт, гадолиний и их сплавы.

Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость μ_а данной

среды больше магнитной постоянной μ₀ называется относительной магнитной проницаемостью μ: , где

Магнитная проницаемость зависит от рода материала.

Для характеристики магнитных свойств ферромагнитных материалов служит зависимость между В и Н, изображенная графически в виде кривой, называемой кривой намагничивания.

Гистерезис

Если цепь (рис. 20.), состоящая из источника Б, переключателя П, реостата Р и электромагнита Э разомкнута, то тока в обмотке электромагнита нет. Установим переключатель П на контакты 1-2 и введем полностью сопротивление реостата. При этом в цепи появится небольшой ток и протекать он будет в следующем направлении: плюс батареи Б, контакт 1, реостат Р, обмотка

э лектромагнита Э, контакт 2, минус батареи Б. Э

В соответствии со значением этого тока в электромагните

возникает магнитное поле с некоторой напряженностью Н_а

магнитной индукцией В_а. Применив правило буравчика,

находим что левый конец сердечника является северным,

а правый - южным полюсом электромагнита Э.

Рис.20 Схема намагничивания стального сердечника

Отложим на горизонтальной оси значение напряженности поля Н_а, а на вертикальной В_а (рис. 21). Восстановив перпендикуляры из точек отложенных значений на горизонтальной и вертикальной осях, получим точку пересечения а, которая определит первую точку кривой первоначального намагничивания сердечника электромагнита. Перемещая движок реостата Р вниз, будем уменьшать его сопротивление, вследствие чего увеличится как ток

в обмотке электромагнита, так и напряженность магнитного поля.

Построив таким образом точки б, в, г, д и соединив их между

собой, получим кривую первоначального намагничивания сердечника.

Эта кривая показывает, что магнитная индукция в начале -Н

намагничивания увеличивается пропорционально напряженности

поля (Оа), затем рост ее замедляется, кривая делает перегиб в

точке б и снова приближается к прямолинейной, но уже

с большим наклоном к горизонтальной оси. На данном последнем

участке увеличение напряженности поля вызывает малый рост

м

Рис.21 Петля гистерезиса

агнитной индукции и при дальнейшем переводе движка реостата Р

магнитная индукция в сердечнике электромагнита практически не

повышается, - сердечник достиг магнитного насыщения.

С уменьшением напряженности намагничивающего поля электромагнита магнитная индукция железного сердечника также начинает уменьшаться, но остается несколько большей, чем в процессе намагничивания, при одних и тех же значениях напряженности. При размыкании цепи ток в электромагните прекратится, а индукция все же будет иметь некоторое значение, определяемое отрезком О₃, - в сердечнике сохранился остаточный магнетизм. Если дальнейшее размагничивание прекратить, то железный сердечник останется искусственным (постоянным) магнитом и будет обладать остаточной магнитной индукцией.

Гистерезис - это отставание уменьшения магнитной индукции от уменьшения напряженности магнитного поля.

Чтобы железный сердечник не имел остаточного магнетизма, необходимо его перемагнитить, т. е. намагнитить в обратном направлении. Для этого нужно переключатель П перевести на контакты 3-4. Тогда в обмотке электромагнита возникает ток противоположного направления: плюс батареи Б, контакт 3, обмотка электромагнита Э, реостат Р, контакт 4, минус батареи Б. Согласно правилу буравчика под действием этого тока в электромагните возникает магнитное поле, направленное слева направо, т. е. противоположно магнитному потоку остаточного магнетизма, которое будет размагничивать сердечник. Постепенно, передвигая движок реостата, достигнем положения, при котором напряженность магнитного поля электромагнита представляет собой величину, определяемую отрезком О_и. Такому значению напряженности будет соответствовать магнитная индукция в сердечнике электромагнита равная нулю, т. е. сердечник перестанет быть магнитом. Напряженность поля, при которой сердечник размагничивается, называется коэрцитивной (задерживающей) силой.

Если провести полный цикл перемагничивания, т. е. уменьшить ток в обмотке электромагнита от какого то наибольшего значения до нуля, затем изменив направление тока, увеличить его, после чего опять уменьшить и т. д., то магнитная индукция будет изменяться по кривой, называемой петлей гистерезиса.

При перемагничивании расходуется некоторое количество энергии на преодоление трения между молекулярными магнитиками, происходят потери на гистерезис. Эта энергия превращаясь в теплоту нагревает перемагничиваемые ферромагнитные материалы (части электрических аппаратов).

Электромагниты нашли широкое применение в подъемных и тормозных устройствах, в электроавтоматах, реле и других устройствах.