A mágneses mező jellemzői
Amikor a feltöltött részecskék mozognak, mágneses mező jön létre. A mágneses mező mozgó elektromos töltésekre, elsősorban egy áramvezetőre hat. A mágneses mező kölcsönhatása mozgó töltéssel vagy olyan vezetékekkel, amelyeken keresztül az áram áramlik az elektromágneses erőkkel.
A mágneses tér intenzitását térbeli pontján mágneses indukció jellemzi, amelyet a B szimbólum jelez.
A mágneses indukció a megfelelő ponton lévő mágneses mező teljesítményfrekvenciája. Az SI-ben a mágneses indukció egységénél a mező mágneses indukcióját alkalmazzuk, amelyben egy Mmax = lHm erők egy pillanata hat az 1 m2-es területre, amikor 1 A áram folyik rajta.
A mágneses indukció mérési egysége Tesla (rövidítve T).
A mágneses indukció egy vektor mennyisége, azaz numerikus érték és irányítottság jellemzi.
A mágneses mező grafikusan ábrázolható mágneses indukciós vonalakkal. A mágneses indukció vonala (mágneses vonal) olyan vonal érintő, amely bármely ponton egybeesik a mágneses indukció vektorának irányával.
A mágneses mező irányát és annak intenzitását jellemzi a mágneses vonalak. Minél több a mágneses mező intenzitása az indukció, annál gyakoribbak ezek a vonalak.
Az egyenes vonalú áramvezető áramkör mágneses vonala olyan koncentrikus kör alakú, amelynek középpontjai a vezető tengelyén helyezkednek el. A vezeték körüli mágneses vonalak irányát a fúró mnemonikus szabálya szerint határozzák meg, amely a következőkből áll (4.
Ha az orsót úgy helyezzük el, hogy a vezetéken az áram irányába csavarják, akkor a fogantyú forgásiránya a mágneses vonalak irányával megegyezik.
A tekercs mágneses mezőjének irányát az árammal (mágnesszelep) a fúró szabálya is meghatározza (5.
Ugyanakkor szükség van a fúróvilla fogantyújának forgatására az áram irányában a tekercs fordulatainál. A furat transzlációs mozgása jelzi a mágneses indukció vonalainak irányát.
Az infravörös hosszú, egyenes vonalú vezetõnek az I (A) árammal mért tengelyén r (m) mért távolságban elhelyezkedõ mágneses indukciót (B)
ahol az abszolút mágneses permeabilitás (a mágnes mágneses tulajdonságait jellemző).
A hengeres tekercs közepén a középvonalon mágneses indukciót, amelynek átmérője jóval hosszabb, az alábbi képlet
ahol ω a tekercs fordulatszámai.
A tekercs fordulatszámának (Iω) a jelenlegi erősségének termékét a magnetomotív erőnek nevezik, amelyet amper fordulatokkal mérnek (A-B).
A mágneses indukció B terméke és az F terület, amely merőleges a mágneses indukció vektorára, mágneses fluxusnak nevezzük; a Φ: Φ - BF szimbólummal jelöltük.
A Webers mágneses fluxusának mérési egysége (rövidítve: Vb).
A mágneses mezőt, amelynek minden pontján a mágneses indukciós vektorok egyenlőek és párhuzamosak egymással, homogénnek nevezzük.
Az azonos áram által létrehozott mágneses mező, más dolgok egyenlőek, a különböző médiumok különböző mágneses tulajdonságai miatt eltérő intenzitásúak.
A mágnes mágneses tulajdonságait jellemző nagyság az abszolút mágneses permeabilitás.
Az abszolút mágneses permeabilitás egység - Henry méterenként (rövidítve G / m).
A vákuum abszolút mágneses permeabilitását általában mágneses állandónak nevezik.
Az az érték, amely megmutatja, hogy egy adott közeg abszolút mágneses permeabilitása hányszor nagyobb vagy kisebb, mint a mágneses állandó (vákuum abszolút mágneses permeabilitása), relatív permeabilitásnak vagy mágneses permeabilitásnak nevezik.
A mágneses permeabilitás dimenzió nélküli mennyiség.
Azok az anyagok, amelyekben a relatív mágneses permeabilitás kisebb, mint az egység, diamágnesesnek nevezik. Ezekben az anyagokban a mágneses tér gyengébb, mint vákuumban. Ezek az anyagok hidrogén, víz, kvarc, ezüst, réz stb.
Azok az anyagok, amelyekben a relatív mágneses permeabilitás kissé nagyobb, mint az egység, paramágnesesnek nevezik. Ilyen anyagokban a mágneses tér némileg erősebb, mint vákuumban. Ilyen anyagok közé tartoznak a levegő, az oxigén, az alumínium, a platina stb.
A diamágneses és paramágneses anyagok esetében a mágneses permeabilitás értéke nem függ a külső, mágnesező mező erejétől, azaz az adott anyagot jellemző állandó érték.
Különleges csoportot képeznek ferromágneses anyagok (vas, acél, nikkel, kobalt és egyes ötvözetek), amelyek mágneses permeabilitása több tízezerre is eljut. Ezeket az anyagokat, amelyek magnetizálják és erősen erősítik a mágneses teret, széles körben használják az elektrotechnika (elektromágnesek, elektromos gépek, transzformátorok, elektromos mérőműszerek, relék stb.).
A vasmaggal ellátott tekercset elektromágnesnek nevezik.
A mágneses mező jellemzésére a mágneses indukciós vektor mellett a mágneses mező intenzitását is nevezik.
A mágneses tér intenzitása az úgynevezett külső mágneses mező intenzitását jellemzi (a mágnes mágneses tulajdonságainak figyelembe vétele nélkül).
A mágneses mező erőssége vektor mennyiség.
A mágneses tér intenzitási vektorának iránya egy izotróp közegben, vagyis egy olyan tápközegben, amely ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkezik minden irányban, egybeesik a mágneses indukció vektorával a mező adott pontján.
A mágneses térerősség H és a B mágneses indukció összefüggésben állnak a függőséggel
A mágneses térerősség mérési egysége méterenként (A / m).
A ferromágneses anyagok erősen kifejtett mágneses tulajdonságait a spontán mágnesezett, nagyon kicsi régiók (domének) jelenléte magyarázza, amelyek kis mágnesekként jelenhetnek meg.
Külső mágneses mező hiányában a ferromágneses anyag egészében nem találhatók mágneses tulajdonságok, mivel a domének mágneses mezői különböző irányúak és teljes mágneses mezőjük nulla.
Ha egy ferromágneses anyagot egy külső mágneses mezőbe, például egy tekercsbe áramoltatnak, akkor egy külső mező hatására a doméneket a külső mező irányába forgatják. Ebben az esetben a tekercs mágneses mezője erősen megnövekszik, és a B mágneses indukció nő. Ha a külső mező gyenge, csak a tartományok egy része forog, melynek iránya a mágneses mező közel van a külső mező irányába. Amint a külső térerősség nő, a forgatott domének száma növekszik, és a H külső térerősség egy bizonyos értékénél gyakorlatilag minden tartomány el van fordítva úgy, hogy mágneses mezői a mező irányába helyezkedjenek el. Az ilyen állapotot mágneses telítettségnek nevezik.
A ferromágneses anyag B mágneses indukciójának függése a mágnesező (külső) mező H erősségén gráfként fejezhető ki, amelyet mágnesezési görbének nevezünk.
Néhány ferromágneses anyag mágnesezési görbéi, amelyeket az 1. ábrán mutatunk be. 6
azt mutatják, hogy növekvő H intenzitással a B mágneses indukció gyorsan gyorsan növekszik. Ez annak köszönhető, hogy a mágnesező (külső) mező növekedésével párhuzamosan megjelenik és erősíti a ferromágneses anyag belső mágneses mezőjét, amelyet elforgatott elemi mágnesek alkotnak.
A görbület hajlításának pontján a mágneses indukció növekedési üteme csökken. Hajlítás, amikor a térerő egy bizonyos értéket ér el, a telítettség kezdődik, és a görbe kissé emelkedik, egyenes vonalba kerül. Ebben a szakaszban a mágneses indukció tovább növekszik, de nagyon lassan, és csak a külső mágneses tér erősségének növekedésével jár.
Grafikailag a B függése H-re nem egy egyenes vonal, ezért az arány nem állandó, vagyis a ferromágneses anyag permeabilitása nem konstans, hanem függ a mágnesezési mező intenzitásától.
Ha egy tekercs egy ferromágneses mag tekercselési, hogy növelje a jelenlegi ereje, hogy a teljes mágneses telítettség, majd csökkentse azt, a mágnesezettség görbe nem egyezik a lemágnesezési görbe (7. ábra).
Zéró erejével a mágneses indukció nem nulla, de van egy bizonyos B értéke, amelyet visszamaradó mágneses indukciónak neveznek. A mágneses erő H mágneses indukciójának késleltetett jelét jelölik hiszterézisnek.
A ferromágneses mag teljes demagnetizálása érdekében a tekercsben fordított áramot kell létrehozni, ami a Hc szegmensnek megfelelő feszültséget hoz létre. Különböző ferromágneses anyagok esetében ez a szegmens eltérő hosszúságú. Minél nagyobb ez a szegmens, annál több energia szükséges a demagnetizációhoz.
A visszirányú térerősség Hc értéke, amelynél a mag teljesen demagnetizált, a kényszerítő (késleltető) erőnek nevezik.
Ha folyamatosan növeljük a tekercs áramát, az indukció ismét növekedni fog a telítettségi érték (-B) mellett, de a mágneses mező vonalak megváltozott irányával. Az ellenkező irányba demagnetizálva maradt indukciót (-B) kapunk. Ha a tekercset az eredeti irányba növeljük, ismét eljutunk a pontig. Az abcd görbét ciklikus fordított görbének vagy hiszterézis huroknak nevezik. A ciklikus mágnesezési fordulat által elfogyasztott energiát hiszterézisvesztésnek nevezik.
A maradék mágnesesség jelenségét nagy mágnesességű (mágneses-szilárd anyagok) anyagokból álló állandó mágnesek előállítása során alkalmazzák.
Az olyan anyagoktól, amelyek könnyen remagnetizálhatók (mágnesesen puha anyagok), az elektromos gépek és készülékek magjait gyártják.
A mágneses mezőben elhelyezett áramot vezető villamos vezető F = BIl sin α elektromágneses erővel működik, ahol B a mező mágneses indukciója, T; Én vagyok az áramvezető, A; l - aktív vezeték hossza, m; α a vezető áramának iránya és a mező mágneses indukciós vektora közötti szög.
Az erő egy áramvezető, egy irányban, amely leírható az úgynevezett baloldali szabály: ha elhelyezni a bal kezét, hogy a mágneses vonalak abban foglalt négy hosszúkás, ujjak egybeesnek az irányt áram a vezető (8. ábra)
akkor a behajlított hüvelykujj mutatja a vezetéken ható erő irányát az árammal. Ez az erő merőleges a mágneses indukció és áram vektorára.
A mágneses térben egy árammal mozgó vezető egy olyan villamos motor prototípusa, amelyben az elektromos energiát mechanikusvá alakítják.
Amikor mozog a vezeték a mágneses mező indukál elektromotoros erő, amelynek értéke (V) arányos mágneses indukció, az aktív hossza a vezeték és a normális (a mező) komponense a sebessége, azaz, e = Blυ sin α, ahol V - .. A mágneses indukció , T; υ - a vezeték sebessége, m / s; I a vezető aktív hossza (a mágneses mezőben lévő vezető része), m; α a sebességvektorok és a mágneses mező indukció közötti szög.
Ezt a függést az elektromágneses indukció törvényének nevezik.
Az indukált szerszám irányának meghatározása. a. a derékszögű vezetékben a jobb oldali szabályt alkalmazzák (9. ábra):
ha a jobb keze tenyerét helyezi el úgy, hogy a mágneses vonalak belépjenek, és a behúzott hüvelykujj a vezetõ mozgásának irányát jelöli, akkor a hosszúkás négy ujj az indukált emf irányát mutatja.
Egy külső mechanikai erő hatására mágneses mezőben a vezető a legegyszerűbb elektromos generátor, amelyben a mechanikai energiát elektromos energiává alakítják át.
Az elektromágneses indukció törvényét másképp formálják: zárt hurkokban egy örvényt indukálnak. a. az áramkör által lefedett mágneses fluxus bármely változásával. Az áramkörben indukált emf numerikusan megegyezik az ezen áramkör által bezárt mágneses fluxus változási sebességével:
Ez a képlet adja meg az emf középértékét. az idő alatt, és azt mutatja, hogy az emf. nem függ a mágneses fluxus abszolút értékétől, hanem a változás mértékétől. Több fordulat jelenlétében, amelyek ugyanazon mágneses fluxussal átterjednek, az indukált emf. stb. a képlet szerint számítva
Ez a képlet Lenz törvényét fejezi ki: az indukált emf. van olyan iránya, amelyben az általa létrehozott áramlás ellensúlyozza az okot, amely az e. stb.
Ha a tekercstekercseket különböző mágneses fluxusokkal átszúrják, akkor a tekercsben indukált tekercset stb. egyenlő az e. összegével. azaz külön tekercsekben indukált tekercsek:
A tekercs egyes fordulatainak mágneses fluxusainak összegét fluxkötésnek nevezzük.
A fluxus-összekötő egység, valamint a mágneses fluxus a web.
Ha megváltozik az áramkörben lévő áram, akkor az általa létrehozott mágneses fluxus is változik. Ebben az esetben, az elektromágneses indukció törvényének megfelelően, a vezetéken indukál egy vezetéket. a. Mivel maga a karmester áramának változása okozza ezt a jelenséget önindukciónak nevezik, és a vezetőben indukált indukció e. stb. nevű e. stb. öninduktivitása.
A mágneses fluxus és a fluxus kapcsolódása nem csak a vezető áramerősségétől függ, hanem a vezető alakjáról és méreteiről, valamint a környező közeg mágneses permeabilitásáról. Az áramláskapcsolat és az áram között.
Az L arányossági együtthatót a vezeték induktivitásnak nevezzük. Ez jellemzi a karmester tulajdonságát, amely egy áramlási vonalat képez, miközben áthalad egy áramot rajta. Ez az elektromos áramkörök egyik fő paramétere.
Egy adott áramkör számára az induktivitás állandó érték. A kontúr geometriai méreteitől, konfigurációjától és a környező közeg mágneses permeabilitásától függ, de nem függ az áramerősség áramkörétől vagy a mágneses fluxustól.
A tekercs induktivitása nagyobb, annál nagyobb a keresztmetszetének területe, és annál inkább tartalmazza a fordulatokat, mivel mindkét feltétel növeli a mágneses fluxust a tekercsen keresztül ugyanazon árammal. A tekercsen keresztüli mágneses fluxus nagymértékben megnő, ha vasmag van beillesztve. Ezért a vasmaggal ellátott tekercsnek sokkal nagyobb induktivitása van, mint egy hasonló méretű tekercs, amelynek nincs magja.
Induktivitás mérési egysége - Henry (rövidítve D):
Henry a karmester induktivitás, amelyben az 1 A áramerőssége 1 Vb-os mágneses fluxust gerjeszti.
Ha két vagy több, elektromosan leválasztott zárt áramkört veszünk fel, és egyikük áramot ad át, akkor más áramkörökben elindítjuk az emittert. stb. Ezt a jelenséget kölcsönös indukciónak nevezték.
Az elektromos készülékekben és készülékekben a fém részek néha mozognak egy mágneses térben, vagy az álló fém részeket metsző mágneses mező erővonalai keresztezik egymást. Ezekben a fémrészekben az indukció e. stb. öninduktivitása. Az e. stb. a fémrész tömegében örvényáramok (Foucault áramok) vannak izgatva, amelyek közelebb vannak a tömegben, és áramot képeznek az örvényáramkörök.
Az örvényáramok saját mágneses fluxusokat hoznak létre, amelyek Lenz törvényének megfelelően ellentétesek a tekercs mágneses fluxussal és gyengítik. Ezenkívül magfűtést is okoznak, ami energiaveszteség.
Az örvényáramok veszteségeinek csökkentése érdekében az induktancia tekercsek magjait, valamint az elektromos gépek és készülékek mágneses magjait elektromos acéllemezek csomagolásaként készítik el. A lapokat speciális lakkokból elkülönítik egymástól.