Тема 2.2. Электромагнитная индукция. Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока

Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока.

Оглавление.

Децентрализация административных функций

Инвестиций частного сектора

Хроническая слабость правительства делопроизводства может отрицательно повлиять на инвестиции частного сектора. Например, зарубежные фирмы могут колебаться инвестировать в страну, если они считают свои суды не обрабатывать гражданских дел (особенно коммерческим делам) эффективно. Кроме того, масштабные инфраструктурные инвестиции, такие как строительство газопроводов, могут быть отложены или может понести значительные дополнительные расходы, если реестры государственных земель не может обеспечить полного и окончательного заявления прав на собственность.В целом, бедные делопроизводства может способствовать снижению общего уровня предлагаемых услуг для бизнеса. Например, могут быть задержки в ответах на запросы написано о регистрации предприятий, выдачи лицензий и других вопросов, необходимых для компаний, чтобы продолжить свой бизнес.

Децентрализация функций центральных органов власти местным органам все чаще рассматривается как ключевой фактор повышения эффективности управления на всех уровнях. Тем не менее, информационные системы в настоящее время на месте были структурированы, чтобы поддерживать централизованное правительство. Пока еще мало мысли была дана сложная задача децентрализации централизованно состоялся, но дезорганизованы записей правительство, принимая во внимание потребности в информации как на центральном и местных органов власти.

1. Тема 1.1.Электрическое поле стр.2

2. Тема 1.1. Электрические конденсаторы стр.4

3. Тема 1.2.Основные элементы электрической цепи постоянного тока стр. 6

4. Тема 1.2. Способы соединения резисторов стр.8

5. Тема 2.1. Основные свойства магнитного поля стр.10

6. Тема 2.1. Электромагнитные силы стр.12

7. Тема 2.2. Магнитные цепи стр.14

8. Тема 2.2. Электромагнитная индукция стр.16

9. Тема 3.1. Синусоидальные ЭДС и токи стр.18

10. Тема 3.1.Получение синусоидальной ЭДС стр.20

11. Тема 3.2. Цепь переменного тока с активным сопротивлением стр.21

12. Тема 3.2. Цепь переменного тока с конденсатором стр.23

13. Тема 3.2. Цепь переменного тока с индуктивностью стр.25

14. Тема 3.3. Неразветвлённая цепь переменного тока стр.26

15. Тема 3.4. Разветвлённая цепь переменного тока стр.29

16. Тема 4.1. соединение обмоток трёхфазных источников электри- стр.31

ческой энергии

17. Тема 4.2. Соединение потребителей энергии в звезду стр.33

18. Тема 4.2. Соединение потребителей энергии в треугольник стр.35

19. Тема 5.1. Электроизмерительные приборы стр.38

20. Тема 5.1. Измерение тока и напряжения стр.40

21. Тема 5.2. Измерение мощности и энергии стр.42

22. Тема 5.2. Измерение сопротивления стр.44

23. Тема 6.1. Устройство и принцип действия трансформатора стр.46

24. Тема 6.2. Режимы холостого хода и короткого замыкания стр.48

25. Тема 6.2. Режимы работы трансформатора под нагрузкой стр.50

26. Тема 7.1. Электрические машины постоянного тока стр.55

27. Тема 7.2. устройство и принцип действия асинхронного электро- стр.57

двигателя.

28. Тема 7.2. Пуск и регулирование скорости асинхронного электро- стр.60

двигателя.

29. Тема 7.2. Синхронный генератор стр.64

30. Тема 8.1. Электронные приборы

31. Тема 8.2. Полупроводниковые диоды. Тиристоры.

32. Тема 8.2. Полупроводниковые выпрямители

33. Тема 8.2. Биполярные и полевые транзисторы

34. Тема 8.3.принцип усиления напряжения и тока

35. Тема 8.3. Характеристики усилителей

36. Тема 8.3. Усилители низкой частоты (усилители мощности)

Лекция № 1.

Тема: 1.1. Электрическое поле.

Вопросы:

1. Понятие об электрическом поле.

2. Электрическое поле в диэлектриках.

3. Электрическое поле в проводниках.

1. Понятие об электрическом поле.

Электрический заряд – физическое свойство элементарных частиц и тел.

Буквенное обозначение заряда – Q или q.

Единица заряда в SI – кулон (Кл; К).

Электромагнитное поле – одна из форм существования материи.

Электрическое поле – одна из сторон электромагнитного поля (другой стороной электромагнитного поля является магнитное поле).

Электростатическое поле – электрическое поле неподвижных зарядов.

Напряжённость электрического поля – величина, характеризующая силовое действие поля на заряды.

E = F/Q 1.1.

Е – напряжённость поля; F – сила, действующая на заряд Q.

Единица напряжённости в SI – вольт на метр (В/м; V/m).

Напряжённость – векторная величина; направление вектора напряжённости совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд.

Однородное электрическое поле – поле, у которого вектор напряжённости имеет одно и тоже значение во всех его точках.

Электрическое напряжение – величина, численно равная работе по перемещению единичного заряда (в 1Кл) из одной точки поля в другую.

1.2

U ₁₂– напряжение; А –работа, которую совершила сила F, переместившая заряд Q из точки 1 в точку 2; Е – напряжённость электрического поля; l – расстояние между точками 1 и 2.

Единица напряжения в SI – вольт (В; V); мВ(mV) – милливольт; кВ(kV) – киловольт.

1 В = 10³ мВ = 10^-3 кВ.

Потенциал точки электрического поля – величина, численно равная потенциальной энергии, которой обладает заряд, находящийся в данной точке.

1.3.

W – потенциальная энергия, которой обладает заряд Q, находящийся в какой-либо точке поля; - потенциал данной точки поля.

1.4.

- напряжение между точками 1 и 2 электрического поля; и - потенциалы данных точек.

Напряжение и потенциал характеризуют энергетические свойства поля.

Единица потенциала та же, что и у напряжения.

2. Электрическое поле в диэлектриках.

При нормальных условиях диэлектрик (изолятор) обладает ничтожной электропроводностью. Это свойство сохраняется до тех пор, пока напряжённость внешнего электрического поля не достигнет значения, при котором произойдёт пробой диэлектрика, т.е. местное разрушение его с образованием канала высокой проводимости.

Напряжённость поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называется электрической прочностью диэлектрика Е_пр, а напряжение – пробивным Uпр.

U_пр = E_пр∙h 1.5,

где h – толщина диэлектрика в месте пробоя.

Электрическая прочность измеряется в кВ/см или кВ/мм.

Напряжённость электрического поля, которая допускается в диэлектрике (изоляторе) при его применении в электрических установках, называется допустимой напряжённостью. Для надёжной работы установки нужно, чтобы допустимая напряжённость была в несколько раз меньше электрической прочности.

Пробой диэлектриков может быть электрическим, электрохимическим и тепловым.

При электрическом пробое немногочисленные в начальный момент свободные электроны в диэлектрике под действием электрического поля достигают скорости, достаточной для выбивания новых электронов из нейтральных атомов и молекул, так что возникает ударная ионизация, приводящая к пробою.

При электрохимическом пробое длительное воздействие напряжения, под влиянием которого развиваются электрохимические процессы, приводит к увеличению электрической проводимости и уменьшению электрической прочности диэлектрика, что и приводит к пробою.

При тепловом пробое происходит разогрев диэлектрика в электрическом поле до значений, при которых возникает термическое повреждение или разрушение, например растрескивание, обугливание и т.д.

После пробоя газового и жидкого диэлектриков и снятие напряжения электрические свойства диэлектрика почти полностью восстанавливаются. При пробое твёрдого диэлектрика канал высокой проводимости сохраняется и после снятия напряжения, и диэлектрик выходит из строя.

В переменном электрическом поле происходит разогрев диэлектрика. Данное явление используют для сушки различных диэлектрических материалов.

3. Электрическое поле в проводниках.

В проводнике, помещённом во внешнее электрическое поле с напряжённостью Евн, свободные электроны под действием поля будут перемещаться в направлении противоположном направлению внешнего поля. Вследствие этого на стороне проводника, обращённой к направлению вектора напряжённости поля, образуется отрицательный заряд, а на противоположной стороне - положительный заряд. Разделение зарядов приводит к возникновению добавочного электрического поля, вектор напряжённости которого направлен противоположно вектору напряжённости внешнего поля. Разделение зарядов продолжается до тех пор, пока созданное ими внутри проводника поле не компенсирует внешнее поле, следовательно, результирующего поле внутри проводника отсутствует.

Явление разделения зарядов на проводящих телах под влиянием внешнего электрического поля называется электростатической индукцией.

При помощи электростатической индукции, например, защищают какую-либо часть пространства от электростатического поля. Для этого защищаемое пространство окружают замкнутой проводящей оболочкой – экраном (рис. 1.1). Вследствие электростатической индукции на внешней поверхности оболочки появятся электрические заряды, но в самой оболочке и внутри неё поле отсутствует. В технике для экранирования вместо сплошных оболочек часто применяют оболочки металлических сеток.

Лекция № 2.

Тема: Тема 1.1. Электрическое поле.

Вопросы:

1. Общие сведения о конденсаторах.

2. Соединение конденсаторов.

3. Энергия электрического поля.

1. Общие сведения о конденсаторах.

Конденсатор - элемент электрической цепи, предназначенный для использования его ёмкости. Он имеет две токопроводящие пластины (обкладки), между которыми находится диэлектрик. Обкладки могут быть плоскими или цилиндрическими.

В зависимости от материала диэлектрика конденсаторы делятся на воздушные, слюдяные, бумажные, керамические и т.д.

Если обкладки конденсатора соединить с выводами источника постоянного тока, то на них образуются положительные и отрицательные заряды, поступившие от источника. Заряд каждой из обкладок Q пропорционален напряжению U источника, к которому присоединён конденсатор, т.е.

Q = CU 1.6.

Коэффициент пропорциональности С называют ёмкостью конденсатора.

Единицей ёмкости в SI является фарада (Ф; F). Ёмкость конденсаторов, используемых на практике, обычно составляет микро- или пикофарады (мкФ, пФ; µF, pF).

1мкФ=10^-6Ф; 1пФ=10^-12Ф

Ёмкость конденсатора зависит от площади его обкладок (чем она больше, тем ёмкость больше), толщины диэлектрика (чем она меньше, тем ёмкость больше) и от вида диэлектрика.

Ёмкость, наряду с сопротивлением является одним из электрических параметров, которыми могут обладать отдельные элементы электрической цепи и вся цепь в целом. Ёмкостью обладают не только конденсаторы, но и такие электротехнические изделия, как

двухпроводные линии электропередач, обмотки трансформаторов, электрических машин и т.д.

Кроме конденсаторов, о которых шла речь выше, широко используются электролитические конденсаторы. Одной обкладкой этих конденсаторов является алюминиевая или танталовая фольга, а другой – ткань или бумага, пропитанные густым электролитом. Тонкая плёнка окиси между фольгой и электролитом является диэлектриком. При одинаковых габаритах с неэлектролитическими конденсаторы электролитические конденсаторы обладают большей ёмкостью. Электролитические конденсаторы в отличие от других можно использовать только в цепях постоянного тока.

2. Соединение конденсаторов.

Основными параметрами конденсаторов являются номинальные значения ёмкости и напряжения.

Если напряжение между обкладками конденсатора будет больше номинального, то диэлектрик конденсатора будет пробит и конденсатор выйдет из строя.

Для того чтобы пробоя конденсатора не произошло, вместо одного конденсатора нужно взять несколько конденсаторов, и соединить их между собой последовательно. Напряжение, которое можно будет приложить между концами участка с последовательным соединением конденсаторов, должно быть не больше суммы номинальных напряжений всех последовательно соединённых конденсаторов.

U = U₁+U₂+U₃,

где: U – напряжение между концами участка с последовательным соединением 3-х конденсаторов;

U₁;U₂; U₃ – номинальные значения напряжения конденсаторов

При последовательном соединении обратная ёмкости всего соединения конденсаторов будет равна сумме величин обратных ёмкостям всех конденсаторов. Например, для 3-х конденсаторов:

,

где: С₁, С₂, С₃ – номинальные значения ёмкости конденсаторов.

С – емкость батареи конденсаторов.

Если номинальная ёмкость одного конденсатора меньше той ёмкости, которая требуется, то можно взять несколько конденсаторов и соединить их между собой параллельно. В этом случае ёмкость всего соединения будет равна сумме ёмкостей всех параллельно соединённых конденсаторов. Напряжение, которое можно приложить к соединению, должно быть не больше наименьшего номинального напряжения одного из конденсаторов.

Например, для 3-х конденсаторов:

С=С₁+С₂+С₃,

где: С –ёмкость между узлами 1 и 2 (ёмкость батареи конденсаторов);

С₁, С₂, С₃ – номинальные значения ёмкости конденсаторов.

3 Энергия электрического поля.

Электрическое поле обладает энергией, которая накапливается при образовании зарядов в электротехническом устройстве. Примером такого устройства является конденсатор. Заряд конденсатора происходит в результате переноса на его обкладки заряженных частиц от источника с постоянным напряжением U. При этом одна часть энергии источника расходуется на образование заряда и запасается в виде энергии электрического поля в конденсаторе, а другая преобразуется в теплоту в резисторе R и соединительных проводах. В процессе накопления заряда растёт и напряжение u_c между обкладками конденсатора.

Пусть за бесконечно малый промежуток времени на обкладки конденсатора будет перенесён заряд dQ. Напряжение между обкладками конденсатора при этом увеличится на величину du_c. В соответствие с формулой 1.5 dQ = C du_c

Энергия электрического поля в конденсаторе изменится на величину dW_э и будет равна работе, которую совершают силы электрического поля в конденсаторе, действующие на заряд dQ. Эта работа численно равна напряжению u_c между обкладками конденсатора. С учётом сказанного энергию dW_э можно определить в соответствие с формулой 1.2, т.е. dW_э = u_cdQ = u_cCdu_c

Во время заряда напряжение на конденсаторе будет изменяться от нуля до некоторого значения U_c, которое по окончании заряда будет приблизительно равно напряжению источника U. Энергия, поступившая во время заряда от источника, W_э определяется путём интегрирования:

1.7.

Лекция 3.

Тема 1.2:Основные элементы электрической цепи постоянного тока.

Вопросы:

1. Электрическая цепь и её основные элементы.

2. Законы Ома для участка цепи и полной цепи.

3. Законы Кирхгофа.

1. Законы Ома для участка цепи и полной цепи.

Электрическая цепь и её основные элементы.

Электрическая цепь – совокупность элементов, предназначенных для проведения электрического тока.

Основные элементы цепи: источники электрической энергии (источники ЭДС), приёмники энергии (потребители), измерительные приборы, провода.

Электрическая схема – изображение цепи с помощью графического обозначения её элементов.

Внутренний участок цепи – источник электрической энергии (источник ЭДС).

Внешний участок цепи – всё, что присоединено к источнику.

Ветвь электрической цепи: участок цепи, по которому течёт один и тот же ток.

Узел электрической цепи место соединения нескольких ветвей. На схемах узел обозначают точкой.

Электрический контур - замкнутый путь по нескольким ветвям.

1. Законы Ома для участка цепи и полной цепи.

Закон Ома для участка цепи.

Сила тока I, протекающего по участку цепи, прямо пропорциональна напряжению U между концами участка (Н-К) и обратно пропорциональна сопротивлению R участка.

1.8.

Закон Ома для всей цепи.

В соответствие со вторым законом Кирхгофа, уравнение для цепи, схема которой приведена на рисунке 1.5, имеет вид:

E = IR + IR₀, откуда:

1.9;

здесь: I – ток в цепи; E – ЭДС источника; R – сопротивление внешнего участка цепи; R₀ – внутреннее сопротивление источника.

Формула 1.5 является математическим выражением закона Ома для цепи, схема которой изображена на рисунке 1.5.

Из 1.5 следует: Е = IR+IR₀ = U+IR₀, где U=IR –напряжение на выводах источника (напряжение на внешнем участке цепи).

Таким образом:

1.10.

IR₀ – падение напряжения внутри источника.

Из 1.6 следует, что если внешний участок не присоединён к источнику (источник работает в режиме холостого хода), то напряжение на выводах источника равно его ЭДС. Если же внешний участок присоединён к источнику (источник работает под нагрузкой), то в этом случае U< E.

Законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа: сумма токов, приходящих к узлу, равна сумме токов, отходящих от узла.

Например:

Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма ЭДС, действующих в контуре, равна алгебраической сумме напряжений на всех резисторах контура.

ЭДС, совпадающие с произвольно выбранным направлением обхода контура, считают положительными.

Положительными будут и напряжения на резисторах, токи через которые совпадают с направлением обхода контура.

Например: (направление обхода выбрано по часовой стрелке).

Лекция 4.

Тема: Основные элементы электрической цепи постоянного тока.

Вопросы:

1. Последовательное соединение.

2. Параллельное соединение.

3. Смешенное соединение резисторов.

1. Последовательное соединение.

Резистор – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления.

При последовательном соединении через все резисторы течёт один и тот же ток. Несколько последовательно соединённых резисторов можно заменить одним. Для того чтобы замена была эквивалентной, т.е. не приводила к изменению режима работы цепи, нужно чтобы сопротивление эквивалентного резистора (эквивалентное сопротивление Rэ) было равно сумме сопротивлений всех последовательно соединённых резисторов.

Для 3-х резистороов: 1.11.

Всоответствие со вторым законом Кирхгофа напряжение между концами цепи (Н-К) с резисторами, соединёнными последовательно, равно сумме напряжений (падения напряжений) на всех резисторах.

Для 3-х резисторов: 1.12.

2. Параллельное соединение.

Если несколько резисторов присоединены к одной и той же паре узлов, значит они соединены между собой параллелльно. Так же как и при последовательном соединении несколько параллельно соединённых резисторов можно заменить одним. Для того чтобы замена была эквивалентной проводимость эквивалентного резистора (эквивалентная проводимость Gэ) должеа бать равна суммае проводимосте всех параллельно соединённых резисторов.

Для 3-х резисторов: 1.13.

В соответствие с первым законом Кирхгофа сумма токов, приходящих в узел, равна сумме токов, отходящих от узла.Для 3- резисторов:

1.14

4. Смешенное соединение резисторов.

Расчёт цепи со смешенным соединением резисторов (рис. 1.9, а) производят путём последовательного упрощения схемы цепи.

Пусть задано: ЭДС источника Е, сопротивления внутреннего участка цепи r и всех резисторов внешнего участка (R₁- R₅). Нужно определить токи во всех участках цепи.

Порядок расчёта.

1. Определяют эквивалентное сопротивление участка с последовательным соединением резисторов R₃ и R₄: R₃₄=R₃+R₄.

2. Заменяют в схеме 1.9, а) резисторы R₃и R₄ резистором R₃₄ и получают схему рис. 1.9,б).

3. Определяют эквивалентное сопротивление для резисторов R₂ и R₃₄:

R₂₃₄=.

4. Заменяют в схеме 1.9, б) резисторы R₂ и R₃₄ резистором R₂₃₄ и получают схему рис. 1.9, в).

5. Определяют эквивалентное сопротивление трёх последовательно соединённых резисторов на схеме 1.9, в):

R₁₂₃₄₅=R₁+R₂₃₄+R₅.

6. Заменяют в схеме 1.9, в) резисторы R₁, R₂₃₄ и R₅ эквивалентным резистором R₁₂₃₄₅ и получают схему рис. 1.9, г).

7. В схеме 1.9,г) определяют ток: I₁=.

8. В схеме 1.9,в) определяют напряжение между узлами а и б: U аб = I₁ R₂₃₄.

9. В схеме 1.9,б) определяют токи: I₂=U аб /R₂; I₃=I₄=U аб /R_34.

Лекция 5.

Вопросы:

1. Основные свойства магнитного поля.

2. Индуктивность.

1. Основные свойства магнитного поля.

Магнитное поле – одна из сторон электромагнитного поля. Обнаруживается по силовому действию на движущиеся заряды: если траектория движения заряда изменяется, значит он находится в магнитном поле. Магнитное поле обладает энергией.

Направление магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током определяется по правилу буравчика.

Если рукоятку буравчика вращать так, чтобы направление его поступательного движения совпадало с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки укажет направление магнитных линий вокруг проводника.

Магнитная индукция В – основная характеристика магнитного поля. Она характеризует интенсивность поля, т.е. силу, с которой поле действует на движущиеся заряды, следовательно, и на проводники с током. Магнитная индукция – величина векторная.

Однородное магнитное поле - поле, во всех точках которого.

В различных средах, имеющих разные магнитные свойства, магнитная индукция поля, созданного одним и тем же источником, будет иметь разные значения. Источниками полей являются, в частности, проводники с токами.

Единица магнитной индукции в SI – тесла (Т).

Магнито-движущая сила (МДС) F –величина, характеризующая способность источников создавать (возбуждать) магнитное поле.

Для прямолинейного проводника с током:, где I – сила тока в проводнике.

Для катушки с током:, где I – ток в катушке; w – число витков катушки.

Направление МДС прямолинейного проводника совпадает с направлением тока в нём, а направление МДС катушки определяется по правилу правой руки: если катушку обхватить правой рукой так, чтобы четыре пальца совпадали с направлением тока в витках катушки, то вытянутый большой палец укажет направление МДС.

Напряжённость магнитного поля Н – величина, которая так же как магнитная индукция характеризует интенсивность поля, но при этом учитывает лишь способность источника поля его создавать, т.е. зависит только от F.

Единица напряжённости в SI – ампер на метр (А/м, A/m).

Магнитная проницаемость (абсолютная μа и относительная μr) – величина, характеризующая магнитные свойства среды.

Единица абсолютной магнитной индукции в SI – генри на метр (Г/м, H/m).

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) Ф.

Единица магнитного потока в SI – вебер (Вб, Wb).

Если вектор магнитной индукции образует угол β с нормалью к площадке (рис.2.3), то магнитный поток для однородного магнитного поля определяется по формуле

Ф = В cos β S=B_n S,

где S – площадь площадки.

Для неоднородного поля:

Если вектор магнитной индукции перпендикулярен некоторой поверхности и имеет одно и тоже значение во всех точках этой поверхности(однородное поле), то магнитный поток через данную поверхность будет:

(2.1),

2. Индуктивность.

Потокосцепление ψ – алгебраическая сумма магнитных потоков, сцеплённых со всеми витками контура. Если с каждым из витков w сцеплён один и тот же поток Ф, то ψ=Фw.

Если I – ток, протекающий в контуре, то ψ=LI. Отсюда:

(2.2).

L – индуктивность контура.

Индуктивность так же как сопротивление и ёмкость является электрическим параметром.

Индуктивность катушки зависит от её геометрических размеров, числа витков и магнитных свойств среды, через которую замыкается магнитный поток, сцеплённый с катушкой.

Единица индуктивности в SI – генри (Г, H).

Лекция 6

Тема: Электромагнитные силы.

Вопросы:

1. Провод с током в магнитном поле.

2. Параллельные провода.

3. Работа электромагнитных сил.

1. Проводник с током в магнитном поле

На проводник с током I, находящийся в магнитном поле, магнитная индукция которого В, действуют электромагнитные силы F.

Если поле однородное и прямолинейный проводник, длина которого l перпендикулярен вектору магнитной индукции, то

(2.3)

Направление силы F определяется по правилу левой руки:

вектор магнитной индукции В входит в ладонь, четыре вытянутые пальца направлены по току I, отогнутый под прямым углом большой палец указывает направление силы F, действующей на проводник.

Если угол αмежду направлением тока и направлением вектора магнитной индукции не равен 90⁰ , то электромагнитная сила будет пропорциональна sin α, т.е в этом случае

F = IBl sin α (2.4)

На использовании электромагнитных сил основан принцип действия электродвигателей.

2. Параллельные провода.

Если I₁=I₂=I, то B₁=B₂=B;

F₁=B₁l₁I₁; F₂=B₂l₂I₂ и F1=F2

Направление электромагнитных сил определено по правилу левой руки.

При одинаковом направлении токов в проводниках (рис.2.6,а) F₁ иF₂ притягивают провода друг к другу; при противоположных направлениях токов в проводах электромагнитные силы отталкивают провода друг от друга.

3. Работа электромагнитных сил.

Провод с током. Если провод расположен в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям поля, то на него действует сила F = BlI под действием этой силы провод переместился на расстояние b. Работа А, которые совершила сила F будет: A = Fb = BlIb= IФ, т.к. Blb = BS = Ф

Контур с током

Направление сил, действующих на проводники витка, определено по правилу левой руки с учётом направления токов в проводниках и положения проводников относительно линий магнитного поля.

При произвольном расположении витка во внешнем магнитном поле (рис. 2.8,а) электромагнитные силы поворачивают виток в такое положение (рис. 2.8,б), в котором поток внешнего поля будет совпадать по направлению с потоком, возбуждённым током в витке. В этом положении витка электромагнитные силы стремятся растянуть виток в направлении действия сил F.

Лекция 7.

Вопросы:

1. Ферромагнитные материалы.

2. Магнитные цепи.

3. Электромагниты и их практическое применение.

1. Ферромагнитные материалы.

Материалы, обладающие большой магнитной проницаемостью (называются ферромагнитными или ферромагнетиками. К ним относятся: железо, сталь, никель, кобальт, их сплавы, а так же ферриты – соединения окиси железа с окислами других металлов (цинка, никеля и т.д.) и т.д.

Ферромагнетики в электротехнике играют очень важную роль, так как дают возможность при относительно небольших напряжённостях магнитного поля получать сильные магнитные поля (большие магнитные потоки). ω

Одним из свойств ферромагнетиков, отличающих его от неферромагнитных материалов, является способность ферромагнетика намагничиваться, т.е приобретать собственное магнитное поле.

Процесс первоначального намагничивания и циклического перемагничивания ферромагнетика показаны на рис. 2.2. Намагничивание ферромагнетика, на который намотана катушка w (рис. 2.2,а), происходит магнитным полем, возбуждённым током I катушки. Графическая зависимость магнитной индукции В поля ферромагнетика от напряжённости Н внешнего поля имеет вид кривой на рис. 2.2,б. Начальному намагничиванию ферромагнетика соответствует участок 0-1 кривой.

При протекании по катушке переменного тока происходит циклическое перемагничивание ферромагнетика. Графическая зависимость при циклическом перемагничивании ферромагнетика носит название петли гистерезиса, а сам цикл перемагничивания – гистерезисного цикла. Площадь, ограниченная петлёй гистерезиса, пропорциональна энергии, затраченной на перемагничивание.

Твёрдые ферромагнетики имеют широкую петлю гистерезиса. Из них изготавливают постоянные магниты.

Мягкие ферромагнетики имеют узкую петлю гистерезиса. Из них изготавливают магнитопроводы электрических машин, трансформаторов, электромагнитных аппаратов и других устройств.

– магнитная индукция поля ферромагнетика, соответсвующая его магнитному насыщению (т.е. дальнейшее увеличение Н не приводит к увеличению В).

– остаточная магнитная индукция: соответствует нулевому значению напряжённости Н внешнего магнитного поля.

– коэрцетивная сила: значение напряжённости внешнего магнитного поля, которое нужно создать для того, чтобы ферромагнетик размагнитить полностью (В=0).

В отличии от неферромагнитных материалов ферромагнетики обладают следующими магнитными свойствами: