Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
2.5. Определите методом узловых потенциалов напряжение Uab в схеме на рис. 2.16 при значениях параметров элементов: e1 = 10 В, e2 = ojs В, E3 = 30 В, r1 = 5 Ом, r2 = 2,5 Ом, A3 = 10 Ом.
Ответ: -1 В.
2.6. Определите ток Ix в схеме на рис. 2.21, а, рассчитанной в примере 2.3, при напряжении U= 70 В.
Ответ: 4 А.
ГЛАВА З ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
3.1. Основные свойства и характеристики магнитного поля
Вокруг любого проводника с током есть магнитное поле. Это легко доказать с помощью опыта.
Если к прямолинейному проводнику с постоянным током / поднести магнитную стрелку, то стрелка установится по направлению касательной к окружности вокруг оси проводника (рис. 3.1, а).
Если в опыте, изображенном на рис. 3.1, а, изменить направление тока в проводнике, то расположение магнитной стрелки изменится на противоположное (рис. 3.1, б).
Ориентация магнитной стрелки в определенном направлении означает, что в магнитном поле действуют магнитные силы, определяемые вектором магнитной напряженности Н. Для большей наглядности пространственное распределение и направление действия магнитных сил поля представляется совокупностью замкнутых магнитных, или силовых, линий. Их направление указывает северный полюс N магнитной стрелки.
Для прямолинейного проводника с током магнитные линии представляют собой совокупность концентрических окружностей. В этом убеждает простой опыт. Железные опилки, намагничиваясь в магнитном поле, располагаются на плоскости, перпендикулярной оси прямолинейного проводника с током, по концентрическим окружностям вокруг проводника (рис. 3.2).
Направление силовых линий магнитного поля прямолиней-
S
ного проводника с током определяют по правилу буравчика. Изобразим поперечное сечение проводника кружком, а направление тока в проводнике — крестиком или точкой (рис. 3.3, а, б), т.е. концом или началом стрелки, совпадающей по направлению с током.
а
Рис. 3.1
б
Правило буравчика. При поступательном движении буравчика в направлении тока направле-
ні
Рис. 3.2 Рис. 3.3
ниє вращения его рукоятки совпадает с направлением силовых линий магнитного поля тока.
Напряженность магнитного поля изменяет магнитное состояние вещества, в котором находится проводник с током. Элементарные источники магнитного поля (токи атомов и молекул вещества) ориентируются подобно магнитной стрелке по направлению вектора напряженности Н. Вещество намагничивается, а магнитное поле в нем определяется кроме вектора магнитной напряженности H еще и вектором магнитной индукции
B = IVUoH = P0H, (3.1)
где U0 = 4п ¦ Ю-7 Гн/м — магнитная постоянная; цг — относительная магнитная проницаемость вещества (безразмерная величина); ци = UrPo ~ абсолютная магнитная проницаемость. Для вакуума
Pr= 1-
Различают вещества диамагнитные (\ir< 1), парамагнитные (\ir> > 1) и ферромагнитные (\ir » О- У последних относительная магнитная проницаемость значительно больше единицы и зависит от напряженности магнитного поля.
Некоторые ферромагнетики (сплавы на основе железа, никеля, кобальта и других элементов) сохраняют намагниченность при отсутствии постоянного тока. Из них изготовляют постоянные магниты.
Совокупность магнитных линий вектора магнитной индукции В через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется магнитным потоком Ф.
Основная единица измерения напряженности магнитного поля в СИ — ампер на метр (А/м); индукции — тесла (Тл): 1 Тл = 1 В • с/м2; потока — вебер (Вб): 1 Вб = 1 В ¦ с.
Проводник с током может иметь различные формы, например форму круга (витка). Несколько последовательно соединенных витков образуют катушку. Вокруг витка и катушки с током также
53
возбуждается магнитное поле, которое используется, например, в электромагнитах.
3.2. Элементы магнитной цепи
Магнитной цепью (магнитопроводом) называется совокупность различных ферромагнитных и неферромагнитных частей электротехнических устройств для создания магнитных полей нужных конфигурации и интенсивности. В зависимости от принципа действия электротехнического устройства магнитное поле может возбуждаться либо постоянным магнитом, либо катушкой с током, расположенной в той или иной части магнитной цепи.
К простейшим магнитным цепям относится тороид из однородного ферромагнитного материала (рис. 3.4). Такие магнитопро-воды применяются в многообмоточных трансформаторах.
На рис. 3.5 показана более сложная магнитная цепь электромеханического устройства, подвижная часть которого втягивается в электромагнит при постоянном (или переменном) токе в катушке. Сила притяжения зависит от положения подвижной части маг-нитопровода.
На рис. 3.6 изображена магнитная цепь, в которой магнитное поле возбуждается постоянным магнитом. Если подвижная катушка, расположенная на ферромагнитном цилиндре, включена в цепь постоянного тока, то на нее действует вращающий момент. Поворот катушки с током практически не влияет на магнитное поле магнитной цепи. Такая магнитная цепь есть, например, в измерительных приборах магнитоэлектрической системы.
Концентрация магнитного поля в ограниченном объеме позволяет улучшить рабочие характеристики устройств: увеличить магнитное взаимодействие катушек (см. рис. 3.4), увеличить силу тяги (см. рис. 3.5), повысить однородность магнитного поля в воздушном зазоре (см. рис. 3.6).
