Главная Движение носителей электрических зарядов




Рис. 7.2

Для общей характеристики магнитного поля служит поток вектора магнитной индукции через некоторую поверхность s (рис. 7.2), который называют также магнитным потоком и обозначают Ф. Поток вектора магнитной индукции через какую-либо замкнутую поверхность

Ф = B„ds = Bcosads. (7.2)

Единицей магнитного потока служит вебер: 1 Вб = 1 Тл1 м.

§ 7.2. Закон полного тока

Напряженность магнитного поля может быть найдена расчетным путем из закона полного тока, согласно которому линейный интеграл напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равен полному току, охватываемому этим контуром:

fHdl = X/, (7.3)

где dl - вектор, равный по модулю элементу длины dl и направленный по касательной к контуру в сторону обхода контура; J - полный ток, т. е. алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром интегрирования. Выбрав произвольно положительное направление обхода контура, считают положительными те токи, направление которых совпадает с поступательным движением правоходового винта, вращающегося по направлению обхода коьп-ура, т. е. направление магнитного поля которых совпадает с направлением обхода контура. Например, для контура рис. 7.3 токи и I2 положительны, а ток /з отрицателен.

Векторы Н и В в изотропной среде направлены в одну сторону, в анизотропной среде их направления могут не совпадать. Так, в цепях с постоянными магнитами векторы В и Н могут быть сдвинуты относительно друг друга на 180°. Однако на практике в большинстве случаев расчеты производят в предположении, что векторы В и Н совпадают по направлению. Если интегрирование производится по контуру, состоящему из W витков, через которые проходит ток /, то закон полного тока имеет вид

§Ий1= IW=Y.I = F- (7.4)

Интеграл напряженности магнитного поля вдоль рассматриваемого замкнутого контура называют магнитодвижущей силой (м. д. с.) этого контура. Магнитодвижущую силу обычно принято обозначать F. Единицей м. д. с. является ампер или ампер-виток. Магнитодвижущая сила -скалярная величина, которая характеризует намагничивающее действие электрического тока. Введя понятие м. д. с, закон полного тока можно сформулировать следующим образом: м. д. с. вдоль замкнутого контура равна полному току, охватываемому этим контуром.



При расчете напряженности магнитного поля согласно закону полного тока целесообразно замкнутый контур выбирать совпадающим с замкнутой линией магнитной индукции, а направление обхода контура - совпадающим с направлением этой линии. В этом случае угол между векторами Н и dl равен нулю, HdL = Нdl и закон полного тока имеет вид

§Hdl = Zl = F. (7.5)

Понятие м. д. с. можно применить к любому участку аЬ линии напряженности магнитного поля. При этом м. д. с. ь

F = Hdl. Следовательно, напряжен-

HanpaB/je-\ HUE обхода


Рис. 7.3

м. д. с,

напря-

ность магнитного поля Н = dFjdl, т. е. численно равна приходящейся на единицу длины в направлении линии женности поля. Если магнитное поле существует в гоотроп-ной среде, то напряженность магнитного поля можно рассматривать как м. д. с, приходящуюся на единицу длины линии магнитной индукции. Когда физические условия вдоль всей рассматриваемой линии магнитной индукции одинаковы, тогда напряженность поля Н вдоль этой линии равна частному от деления м. д. с. на длину линии магнитной индукции.

В больщинстве электротехнических устройств напряженность магнитного поля вдоль линии магнитной индукции изменяется в зависимости от физических условий участков, через которые она проходит. Путь, в котором имеются ферромагнитные тела или какие-либо другие тела или среды, образующие замкнутую систему, в которой при наличии м. д. с. образуется и замыкается магнитный поток и физические условия на участках различны, делится на ряд участков, в пределах каждого из которых напряженность поля практически можно считать постоянной. Это позволяет в формуле закона полного тока заменить интегрирование суммированием. Далее будет показано, что закон полного тока, устанавливающий связь между магнитным полем и создающим его электрическим током, лежит в основе расчета магнитных цепей.

§ 7.3. Основные характеристики ферромагнитных материалов

Особо важное значение в практической электротехнике имеют ферромагнитные материалы, в которых » Цо. Магнитная проницаемость На некоторых современных магнитных материалов, например пермаллоя (сплава железа и никеля с различными присадками), может превышать в сотни тысяч раз магнитную проницаемость цо- В настоящее время



все большую роль стали играть ферромагнитные полупроводники, называемые ферритами.

Ферромагнетики обладают особым свойством - способностью намагничиваться в магнитном поле. Стержень из ферромагнитного материала, например, помещенный в магнитное поле катушки, через которую протекает ток, намагничиваясь, начинает проявлять сильные магнитные свойства. Сущность происходящего процесса связана с электрическими токами в веществе (преимущественно с вращением электронов вокруг своей оси, получившей название спина электрона). У ферромагнетиков магнитные свойства обусловлены собственными (спиновыми) магнитными моментами электронов. При определенных условиях в кристаллах могут возникать обменные силы, в результате которых магнитные моменты электронов ориентируются параллельно друг другу, и возникают области спонтанного (ормопроизвольного) намагничивания, называемые доменсши. В предеАах каждого из доменов ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения и имеет определенный магнитный момент. Направления магнитных моментов отдельных доменов (областей) различны, вследствие чего в отсутствие внешнего поля суммарный момент ферромагнетика равен нулю. Под действием внешнего поля намагниченные области ориентируются в направлении поля и тем самым во много раз усиливают внешнее поле. Когда все области спонтанного намагничивания сориентируются вдоль внешнего поля, наступает насыщение ферромагнетика. Поэтому значение магнитной проницаемости для ферромагнитных материалов значительно больше, чем для неферромагнитных. А следовательно:, в ферромагнитных материалах при одной и той же напряженности магнитного поля магнитная индукция также во много раз больше, чем в неферромагнитных материалах. Большая магнитная проницаемость ферромагнетиков используется для того, чтобы усиливать магнитные поля в электрических машинах и аппаратах.

Если вектор магнитной индукции поля, созданного током катушки в неферромагнитной среде, В, = ЦоН то в намагниченном ферромагнетике имеется добавочное поле, которое характеризуется магнитной индукцией Bj. Это добавочное поле усиливает поле, создаваемое током катушки. Вектор намагниченности J намагниченного ферромагнетика и вектор В/ совпадают по направлению и связаны между собой зависимостью Bj = \Iq3.

Вектор магнитной индукции результирующего поля намагниченного ферромагнетика В в этом случае равен геометрической сумме векторов Bj и Bj:

B=Bi+ B = no(H+J). (7.6)

Следует отметить, что намагниченность J характеризует состояние ферромагнетика при намагничивании, магнитная же индукция В - силовое воздействие магнитного поля на ток или свойство переменного магнитного поля возбуждать электрическое поле. Отношение магнитной индукции В к напряженности поля Я, т. е. магнитная проницаемость Ца, для ферромагнетиков имеет большое значение и непостоянна, что существенно затрудняет расчеты. Так как зависимость В(Н) для ферромагнетиков нельзя точно описать аналитически, то для каждого ферро-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0215