Магнитное поле создаваемое прямым током. Магнитное поле постоянного тока. Вычисление значения магнитного поля

Окна и двери
29.01.2019


Магнитное поле постоянного тока
Как отмечалось выше электрические и магнитные поля являются двумя сторонами единого электромагнитного поля. При определенных условиях эти стороны единого электромагнитного поля можно рассматривать в отдельности. Так, если в каком-либо объеме пространства расположены неподвижные электрические заряды, то для неподвижного по отношению к этой системе наблюдателя обнаруживается только электростатическое поле. Однако, если в это же время другой наблюдатель будет двигаться вместе с магнитной стрелкой по отношению к заряженным телам, то он обнаружит наличие и магнитного поля. В данном разделе мы будем рассматривать такие условия, в которых можно учитывать наличие только магнитного поля единого электромагнитного поля.

Магнитное поле неразрывно связано с электрическим током, причем связь эта – обоюдная: если протекает электрический ток, то он неизбежно создаёт магнитное поле; если существует магнитное поле, то оно обязательно создано каким-то током (этот ток может протекать не обязательно в непосредственной близости от пространства, в котором создано магнитное поле). Так в рассмотренном выше примере при движении наблюдателя с магнитной стрелкой относительно неподвижных зарядов или все равно что движение зарядов относительно наблюдателя - есть ток (ток переноса), почему наблюдатель и обнаруживает магнитное поле.

По соображениям дизайна электрическая машина выглядит как фигура. На рисунке 2 магнитные полюса Северного и Южного моря видны внутри электродвигателя. Хотя эти два полюса работают вместе, обмотка, найденная в них, будет называться обмоткой статора или обмоткой возбуждения. Между тем во вращающейся части также имеются обмотки, к которым они называются роторными обмотками или броней. Преобразование электрической энергии в механическую энергию и наоборот приводит к определенной эффективности или производительности в отношении работы, которая должна генерироваться путем идеального преобразования между различными видами энергии.

Тоже можно сказать, когда в какой-либо области пространства обнаруживается магнитное поле, окружающее скажем неподвижные к наблюдателю постоянные магниты: неподвижный пробный заряд не испытывает никаких сил (электростатического поля нет). Однако наблюдатель, движущийся вместе с пробным зарядом, обнаруживает и электрическое поле, так как при движении относительно него магнитов будет иметь место изменение магнитного потока, а оно в соответствии с законом электромагнитной индукции вызывает в этом пространстве индуцированное электрическое поле. Да и сами магниты создают поле благодаря элементарным электрическим токам, существующим в веществе магнита.

На самом деле это условие имеет группу потерь из-за магнитного потока, токов в проводниках поля и якоря, трения и вентиляции при механическом вращении и из-за этих потерь, не поддающихся измерению таким образом что электрическая мощность машины на самом деле больше выходной мощности; оба выражены в Ваттах. Важность результата - это проверка математических моделей, которые обычно используются для представления потерь в исследовании двигателя. Следует отметить, что значение полной мощности потерь выше в начале моделирования, потому что в системе требуется больше энергии для вращения двигателя.

М
агнитное поле непосредственно на органы чувств человека не воздействует. Обнаружить его можно по силовому воздействию с его стороны на проводник с током (или движущийся заряд). Основной величиной, характеризующей магнитное поле, является магнитная индукция. Она характеризует интенсивность поля в каждой его точке. В основу определения индукции как раз и положено механическое воздействие со стороны поля на помещенный в него проводник с током. Пусть проводник с током помещен в магнитное поле с индукцией В (рис.12.1). Опыт показывает, что сила, с которой поле воздействует на элемент проводника длиной dl с током I , определяется следующим образом

Направление этой силы определяется по правилу левой руки, она перпендикулярна вектору В в данной точке и вектору элементарного тока

Величина силы определяется по формуле

Если индукция и элементарный ток параллельны (=0), то проводник не испытывает механического воздействия со стороны поля. Сила, действующая на проводник, будет максимальной, если индукция и элементарный ток перпендикулярны. Индукция измеряется в теслах (Тл =

) и она будет равняться 1Тл , если на проводник длиной 1м и с током 1А будет действовать сила в 1Н (=90 о).

Эти потери могут быть связаны с трением и аэродинамическими свойствами их вентиляции. Среди них следующие. Потери трения в подшипниках: эти потери обусловлены трением и аэродинамическими свойствами их вентиляции, они генерируются из-за постоянного трения, которое существует в опорах, которые позволяют поворачиваться к оси стрелки. Потери на трение щетки: для двигателя с постоянным током очень часто бывает, что этот тип потерь связан с тем, что угли, которые контактируют с выводами жесткого рычага, изношены с трением, вызванным вращением брони.

Кроме индукции магнитное поле характеризуется векторами напряженности поля Н и намагниченности вещества J . Указанные величины связаны следующим образом:

, где о = 4 * 10 -7 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость вакуума (магнитная постоянная). Слагаемое

показывает на сколько магнитная индукция в данной среде отличается от магнитной индукции в вакууме. Это отличие связано с молекулярными процессами, происходящими в веществе. Для однородных и изотропных сред и в случае слабых полей намагниченность пропорциональна напряженности поля

где - магнитная восприимчивость. Тогда где а и r – cоответственно абсолютная и относительная магнитная проницаемость среды, в которой создано поле. Напомним, что в электротехнике для всех веществ, кроме ферромагнитных и их сплавов, принимается r = 1.

Потери при вентиляции: в случае машин с очень быстрыми поверхностями поворота считается, что они могут генерировать воздушный поток, способный вычитать мощность поворота от самого ротора. Помимо высокой проницаемости, ферромагнитные материалы также являются проводниками электричества, хотя их проводимость мала по сравнению с медной. Если магнитное поле, установленное в ферромагнитном ядре, изменяется со временем, в ядре возникает напряжение, вызывающее ток в ядре. Ядро имеет конечное сопротивление, и поэтому энергия рассеивается из-за омических потерь, приводя к возникновению небольших коак-токов, известных как вихревые токи или вихревые токи.

Закон полного тока

О
сновным законом, характеризующим магнитное поле, является закон полного тока, устанавливающий связь между напряженностью поля и токами, его создающими. Интегральная форма этого закона гласит: циркуляция вектора Н равна полному току или

Если контур, выделенный в магнитном поле (рис.12.2), разбить на бесконечно большое число элементарно малых участков с длинами dl , и на каждом из этих участков перемножить векторы Е и dl , а затем просуммировать все эти произведения, то это и будет циркуляция вектора Н . Под полным током понимают алгебраическую сумму токов, пересекающих поверхность, ограниченную контуром интегрирования причем в этой сумме с плюсом берут токи, направление которых связано с направлением обхода контура правилом буравчика (правоходового винта). Для примера, показанного на рис.12.2 полный ток I =I 1 -I 2 +I 3 . Интегральная форма закона полного тока применяется, когда может быть использована симметрия в поле. Например, если магнитное поле создано уединенным прямолинейным проводником с током, протекающим от нас, в любой точке, отстоящей на расстояние r от центра провода, векторы Н и dl совпадают по направлению (рис.12.3), а величина вектора Н одинакова в силу симметрии. С учетом сказанного имеем: Полный ток для точек, находящихся за пределами провода, будет I=I. Тогда

Это мощность потерь, которая получается из-за прохождения тока при отклонении якоря. Его называют потерей или потерей меда эффектом Джоуля. Принимая во внимание информацию о электрических, механических и магнитных потерях Вальдеса, были получены следующие результаты: Как видно из рисунка 7, из 24% общих потерь электрические потери составляют 65%, после чего от механических потерь, составляющих 3%, а остальное - магнитные потери. Было также отмечено, что потеря, которая больше всего влияет на характеристики машины, зависит от эффекта Джоуля, когда часть энергии преобразуется в тепло.

Е
сли какое-либо поле имеет сложный характер и не удается составить контур, все точки которого находились бы в симметричных условиях, то хотя интегральная форма закона полного тока остается справедливой, но использовать её не представляется возможным из-за трудностей математического характера. В подобных случаях применяется дифференциальная форма закона полного тока, которую далее и рассмотрим. Интегральная форма закона полного тока справедлива для контура любых размеров, в том числе и бесконечно малого. Выделим в каком-либо магнитном поле поверхность S и разобьём её на бесконечно большое число элементарно малых участков. Применим закон полного тока для контура, ограничивающего один из этих участков (рис.12.4). Поскольку площадка выбранного участка очень мала, то можно полагать, что плотность тока во всех его точках одинакова и полный ток, пронизывающий площадку будет

где n - проекция вектора на нормаль к площадке. Следует заметить, что за положительное направление нормали к площадке принимается направление движения буравчика при вращении его по направлению обхода контура. Тогда

Поделив обе части этого равенства на S и устремив его к нулю, что означает стягивание площадки в точку, получим:

В левой части последней формулы стоит величина, которая в математике называется проекцией вектора ротора Н на нормаль к площадке. Она обозначается так rot n . Тогда rot n = n . В общем случае векторы могут занимать любое положение относительно нормали к площадке, поэтому вместо равенства проекций можно записать равенство самих векторов, т.е.

Это и есть закон полного тока в фифформе. Ещё раз подчеркнём, что

– это вектор, имеющий такое же направление как и поэтому он перпендикулярен вектору Н в данной точке поля. Выражение

по-разному раскрывается в различных системах координат. Приведём без вывода формулу его раскрытия в декартовой системе координат:

Также наблюдалось, что, изменяя параметры, влияющие на магнитные и механические потери, они имеют тенденцию увеличивать долю полной мощности потерь, что делает электрическую машину менее эффективной. Следует отметить, что процент потерь изменяется в зависимости от эволюции системы, так что мощность потерь вначале выше, поскольку двигатель сначала не вращается и, следовательно, не имеет электродвижущей силы индуцированный, что приводит к тому, что начальный ток будет очень большим, а следовательно, и мощность потерь.

Страница, посвященная предоставлению технической информации об электрооборудовании, а также руководства. Австралия  Битти, Уэйн Киртли, Джеймс Гхай Н. «Руководство по электрическим двигателям». Его зонами интереса являются системы реального времени и системы управления. Педро Гевара ЛопесДоктор и магистр компьютерных наук и инженер-электрик, все из Национального политехнического института, доктор философии по философии ибероамериканского образования Иберо-американского совета в защиту качества образования.




С другой стороны


Поскольку равенство векторов возможно только при равенстве их проекций, то Именно последние три выражения используются в практических расчетах, которые можно вести лишь в проекциях.

Он является профессором в Школе механики и электротехники и приглашенным профессором в Центре исследований прикладных наук и передовых технологий, принадлежащем Национальному политехническому институту. Его исследовательские направления: системы реального времени, моделирование динамических систем и образовательные исследования. Хуан Карлос Санчес Гарсиа Доктор в области наук и инженеров в области связи и электроники. Исследовательская линия: микроэлектронный дизайн для связи, коммуникационных технологий и обработки сигналов.

В конце мы видим типы электрических генераторов. Чтобы объяснить работу электрических генераторов, мы должны начать с объяснения магнитного поля. Очень важно, чтобы вы хорошо это понимали, поскольку для генерации электричества генераторы основаны на электромагнетизме.

Формально

можно представить в виде векторного произведения векторов набла и Н . В этом нетрудно убедиться путём непосредственного перемноженияV , находящийся внутри поверхности S , и определим предел отношения, когда V стремится к нулю:

или

Это дифференциальная форма записи принципа непрерывности магнитного потока. Следовательно, в любой точке магнитного поля нет ни стока ни истока линий вектора В . Линии вектора В нигде не прерываются, они представляют собой замкнутые сами на себя линии. За положительное направление этих линий принято выбирать то, куда будет обращен северный полюс магнитной стрелки, внесенной в поле. Так как

то при

или

т.е. в средах с постоянной магнитной проницаемостью линии вектора Н также являются непрерывными (в отличие от силовых линий электростатического поля).

Магнитное поле представляет собой область пространства, где существуют магнитные силы. Это свойство притягивания металлов называется магнетизмом. Магнитное поле может генерироваться магнитом с двумя полюсами, Северным полюсом и южным полюсом. Эти полюса расположены на концах поля, генерируемого магнитом.

Если у нас есть два поля, их противоположные полюса будут привлекать их, и их равные полюса вызовут разделение двух полей. Самый яркий пример - магниты. Когда вы положите два противоположных магнита, если вы окажетесь перед ними с двумя равными полюсами, магниты отталкиваются, но если вы столкнетесь с ними с противоположными полюсами, отталкивайтесь. Эти силы представляют собой силы магнитного поля, которые создают вокруг них магниты. Если металл помещен внутри магнитного поля магнита, например железа, металл будет притягиваться магнитным полем магнита.

Представляет собой силовое поле, воздействующее на электрические заряды и на тела, находящиеся в движении и имеющие магнитный момент, вне зависимости от состояния их движения. Магнитное поле является частью электромагнитного поля.

Ток заряженных частиц либо магнитные моменты электронов в атомах создают магнитное поле. Также, магнитное поле возникает в результате определенных временных изменений электрического поля.

Это свойство магнитов называется магнетизмом. Магниты вокруг них создают магнитное поле, область, где привлекают определенные металлы. Чтобы узнать больше, посетите: Магнитное поле. Ну, теперь мы знаем, что такое магнитное поле. Давайте посмотрим, как электрический ток генерируется генератором.

Майкл Фарадей обнаружил, что электрический проводник, движущийся в магнитном поле, генерирует потенциальное напряжение или разность между его двумя концами. Если мы теперь подключим лампу, образуя электрическую цепь, то на этих двух концах кабеля напряжение, генерируемое на его концах, вырабатывает электрический ток через схему, образованную лампой, которая заставляла ее загораться.

Вектор индукции магнитного поля В представляет собой главную силовую характеристику магнитного поля. В математике В = В (X,Y,Z) определяется как векторное поле. Это понятие служит для определения и конкретизации физического магнитного поля. В науке зачастую вектор магнитной индукции попросту, для краткости, именуется магнитным полем. Очевидно, что такое применение допускает некоторую вольную трактовку этого понятия.

Заключение Фарадея: движущийся провод внутри магнита будет генерировать напряжение на его концах, и если бы мы подключили замкнутый контур на этих концах, ток был создан схемой. Он создал первый электрический генератор в истории. Благодаря движению он смог производить электрический ток.

И наоборот, если вместо перемещения проводника мы перемещаем магнитное поле, он также генерирует электрический ток. Движение проводника в магнитном поле = генерируется электрический ток. Поле в движении разрезает фиксированный проводник = генерирует электрический ток.

Ещё одной характеристикой магнитного поля тока есть векторные потенциал.

В научной литературе часто можно встретить, что в качестве главной характеристики магнитного поля, в условиях отсутствия магнитной среды (вакууме), рассматривается вектор напряжённости магнитного поля. Формально, такая ситуация вполне приемлема, поскольку в вакууме вектор напряженности магнитного поля H и вектор магнитной индукции B совпадают. В тоже время, вектор напряженности магнитного поля в магнитной среде не наполнен тем же физическим смыслом, и является второстепенной величиной. Исходя из этого при формальной равенства этих подходов для вакуума, систематическая точка зрения рассматривает вектор магнитной индукции основной характеристикой магнитного поля тока .

Здесь мы видим, как эксперимент перемещает магнит внутри статических проводников, и мы видим, что эффект тот же, производит электрический ток. В этом эксперименте было также проверено, что чем быстрее проводник обрезает линии магнитного поля магнита, тем больше создается электрический ток, созданный в нем, а также когда направление движения проводника по полю было противоположным генерируемому току в противоположном направлении, Логически, если кабель и поле были остановлены, ток не генерируется.

В движущемся изображении выше вы можете увидеть изменения направления тока. Помните: магнитное поле называется областью, в которой действует магнит. Магнитное поле = область, в которой действует магнит. Обратите внимание, как изменяется направление направления тока, когда проводник разрезает или опускает линии магнитного поля, создаваемые магнитом.


Магнитное поле, безусловно, представляет собой особенный вид материи. С помощью этой материи происходит взаимодействие между обладающими магнитным моментом и движущимися заряженными частицами либо телами.

Специальная теория относительности рассматривает магнитные поля как следствие существования самих электрических полей.

Также называется электромагнитным генератором. Он смешивает магнетизм с электричеством. В первом случае, если вместо проводника вместо вращательного проводника мы вращаем вращение внутри магнитного поля, то теперь мы имеем два проводника с обмоткой, разрезающих магнитное поле.

На одной стороне цикла генерируемый ток находится в одном направлении, а с другой стороны находится в противоположном направлении, т.е. мы генерируем тот, который циркулирует вокруг цикла. Когда одна сторона петли находится прямо в середине магнитного поля, проводник не обрезает линии поля, и это не приводит к возникновению тока в этой точке. График полного спина петли генерирует следующий электрический сигнал.

В совокупности магнитное и электрическое поля формируют электромагнитное поле. Проявлениями электромагнитного поля является свет и электромагнитные волны.

Квантовая теория магнитного поля рассматривает магнитное взаимодействие как отдельный случай электромагнитного взаимодействия. Он переносится безмассовым бозоном. Бозон представляет собой фотон - частицу, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля.

Как видим, генерируется переменный ток, изменяется направление тока, а также интенсивность меняется. Если мы сможем присоединить концы петли к приемнику, у нас будет генератор электрического тока, в данном случае переменного тока. В Испании генераторы электростанций работают 50 раз в секунду, т.е. частота электрического тока 50 Гц. Одна и та же волна повторяется 50 раз в секунду.

Давайте теперь более внимательно рассмотрим работу динамо и генератора переменного тока. Если вы посмотрите на коллекционеры, они будут срезаны. Причина в том, что вне цикла ток всегда идет в одном направлении. Давайте мысленно повернем петлю и проанализируем, что если бы коллекторы были полными кольцами, то ток вне цикла выходил бы из кисти в одном направлении, и когда петля повернулась бы на пол-оборота, она вышла бы в противоположном направлении, то есть мы будем генерировать переменный ток, динамо было бы генератором.

Порождается магнитное поле либо током заряженных частиц, либо трансформирующимся во временном пространстве электрическим полем, либо собственными магнитными моментами частиц. Магнитные моменты частиц для однообразного восприятия формально сводятся к электрическим токам.

Вычисление значения магнитного поля.

Простые случаи позволяют вычислить значения магнитного поля проводника с током по закону Био-Савара-Лапласа, либо при помощи теоремы о циркуляции. Таким же образом может быть найдено значение магнитного поля и для тока, произвольно распределённого в объёме или пространстве. Очевидно, эти законы применимы для постоянных либо относительно медленно изменяющихся магнитных и электрических полей. То есть, в случаях наличия магнитостатики. Более сложные случаи требуют вычисления значения магнитного поля тока согласно уравнений Максвелла.

Это можно увидеть на рисунке ниже в генераторе переменного тока. В этой анимации вы можете увидеть динамо движущегося шпиля, производящего электричество: «Динамо Эспиры». И, наконец, если вместо спирали мы построим обмотку, то есть много оборотов, у нас будет динамо, которое будет производить больше тока или большего напряжения в его концах, а также постоянно. Необходимо понимать, что с одним поворотом, когда он перпендикулярен полю, проводники петли не обрезают поле и, следовательно, не производят ток, этого избегают ставить больше поворотов во всех углах.

Проявление наличия магнитного поля.

Основным проявлением магнитного поля является влияние на магнитные моменты частиц и тел, на заряженные частицы находящиеся в движении. Силой Лоренца называется сила, которая воздействует на электрически заряженную частицу, которая движется в магнитном поле. Эта сила имеет постоянно выраженную перпендикулярную направленность к векторам v и B. Она также имеет пропорциональное значение заряду частицы q, составляющей скорости v, осуществляющейся перпендикулярно направлению вектора магнитного поля B, и величине, которая выражает индукцию магнитного поля B. Сила Лоренца согласно Международной системе единиц имеет такое выражение: F = q , в системе единиц СГС: F = q / c

Векторное произведение отображено квадратными скобками.

В результате влияния силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы, магнитное поле и может осуществлять воздействие на проводник с током. Силой Ампера является сила, действующая на проводник с током. Составляющими этой силы считаются силы, воздействующие на отдельные заряды, которые движутся внутри проводника.

Явление взаимодействия двух магнитов.

Явление магнитного поля, которое мы можем встретить в повседневной жизни, получило название взаимодействие двух магнитов. Оно выражается в отталкивании друг от друга одинаковых полюсов и притяжении противоположных полюсов. С формальной точки зрения описать взаимодействия между двумя магнитами как взаимодействие двух монополей, является достаточно полезной, реализуемой и удобной идеей. В то же время, детальный анализ свидетельствует, что в действительности это не совсем верное описание явления. Основным вопросом, остающимся без ответа в рамках такой модели, является, почему монополя не могут быть разделены. Собственно, экспериментально доказано, что любое изолированное тело не имеет магнитный заряд. Также эту модель невозможно применить к магнитному полю, созданному макроскопическим током.

С нашей точки зрения, правильно считать, что сила, действующая на магнитный диполь, находящийся в неоднородном поле, стремится развернуть его таким образом, чтобы магнитный момент диполя имел одинаковое с магнитным полем направление. Однако нет магнитов, которые подвержены воздействию суммарной силы со стороны однородного магнитного поля тока . Сила, которая действует на магнитный диполь с магнитным моментом m выражается следующей формулой:

.

Действующая на магнит сила со стороны неоднородного магнитного поля, выражается суммой всех сил, которые определяются данной формулой, и воздействующих на элементарные диполи, которые составляют магнит.

Электромагнитная индукция.

В случае изменения во времени потока вектора магнитной индукции через замкнутый контур, в этом контуре формируется ЭДС электромагнитной индукции. Если контур неподвижен, она порождается вихревым электрическим полем, которое возникает в результате изменения магнитного поля со временем. Когда магнитное поле не изменяется со временем и нет изменений потока из-за движения контура-проводника, то ЭДС порождается силой Лоренца.