2.3. Разработка предложений по изменению формы проводника

2.3.1. Анализируя полученные графики, выявить участки проводника с минимальной плотностью тока. На исходном чертеже проводника убрать участки с минимальной плотностью тока. Вырезание осуществить отрезками прямых линий или дугами окружности.

2.3.2. Анализируя полученные графики, выявить участки проводника с максимальной плотностью тока. На исходном чертеже проводника убрать участки с максимальной плотностью тока. Сделать это включением дополнительных участков проводника рядом с участками с максимальной плотностью тока. Дополнение осуществить отрезками прямых линий или дугами окружности.

2.3.3. Определить все особые точки изменённого проводника.

2.4. Моделирование проводника изменённой формы

2.4.1. Смоделировать проводник в соответствии с п.2.1.

2.5. Исследование модели проводника изменённой формы

2.5.1. Исследовать проводник изменённой формы в соответствии с п. 2.2.

3. Обработка данных

3.1. Вычертить проводник, заданный преподавателем, в декартовой системе координат.

3.2. Дать анализ графиков распределения потенциалов в исследуемом проводнике. Построить несколько трубок тока. Объяснить причины появления неравномерности распределения плотности тока в проводнике. Указать технологические недостатки кострукции проводника и меры по улучшению конструкции.

3.3. Разработать и обосновать предложение по улучшению конструкции проводника.

3.4. Показать улучшение картины поля на проводнике изменённой формы.

3.5. Сделать вывод об оптимальности внесенных изменений.

Вопросы для самопроверки

1. Как изображается графическое поле тока? Какие требования накладываются на чертёж поля?

2. Что подразумевается под понятием «неравномерное распределение тока в проводнике»?

3. Как по картине поля определяются характеристики поля?

4. Как необходимо изменить форму проводника, чтобы улучшить его характеристики?

Лабораторная работа № 4

Исследование магнитного поля катушки с током

Цель работы:

виртуально: моделирование катушки с током, построение картины магнитных полей катушки с током,

аналитически: исследование распределения магнитного поля внутри и вблизи катушки с током без сердечника и с сердечниками из ферромагнитных материалов.

1. Основы теории

При изучении теории обратить внимание на следующее.

Вокруг каждого витка с током образуется магнитное поле. Рассчитать поле одного витка с током можно используя закон Био–Савара–Лапласа. Большое количество витков катушки образует достаточно сложное суммарное магнитное поле. Теоретический расчёт такого поля затруднён. В случае неоднородной среды достаточно точный аналитический расчёт поля катушки с током становится и вовсе невозможным.

Существующие методики расчёта поля катушки имеют достаточно простой вид только в ряде частных случаев. Так расчёт поля вдоль оси достаточно тонкой катушки, находящейся в однородной среде, можно выполнить после приведения катушки к слою тока. Расчёт поля вдали от катушки с током можно выполнить заменяя катушку эквивалентным диполем.

Окружающая среда способна изменить поле катушки с током. Особенно сильные изменения имею место при наличии вблизи катушки ферромагнитных тел. Имея высокую магнитную проводимость ферромагнитные тела стремятся провести через себя максимальный магнитный поток. Пространство вблизи ферромагнитных тел оказывается шунтированным и магнитный поток в нём оказывается минимальным.

Способность ферромагнитных тел увеличивать магнитный поток используется в электрических машинах и аппаратах, использующих магнитное поле для передачи и преобразования электромагнитной энергии. Способность ферромагнитных тел шунтировать прилегающее к ним пространство используется для защиты электротехнических устройств, например приборов, от внешнего магнитного поля.