Система единиц (СИ) определяет единицы магнитных величин на основании законов электромагнетизма через соответствующие электрические и механические единицы.
Максимальная напряженность имеет место на внешней поверхности проводника. Внутри проводника также возникает магнитное поле, но напряженность его уменьшается по направлению от внешней поверхности к его оси. Напряженность магнитного поля Н измеряется в амперах на метр (А/м).
1 А/м -это .напряженность магнитного поля, возбуждаемого током 12,566 А прямого, бесконечно длинного проводника на расстоянии 2 м от его оси. Размерность единицы (А/м) и определение ее даны на основании закона полного тока.
Магнитный поток Ф измеряется в веберах (Вб). 1 Вб равен такой магнитный поток, при убывании которого до нуля за 1 с в контуре, сцепленном с этим магнитным потоком, возникает ЭДС индукции, равная 1 В: Вб = В • с.
Магнитная индукция В измеряется в теслах (Тл). 1 Тл — это индукция такого равномерного магнитного поля, в котором магнитный поток через площадь в 1 м 2 , перпендикулярную направлению магнитного поля, равен одному 1Вб:Тл = Вб/м 2 .
Абсолютная магнитная проницаемость 
и магнитная постоянная 
измеряются в 
. Так как 
следовательно, единица абсолютной магнитной проницаемости должна измеряться в 
Индуктивность измеряется в генри (Гн). Индуктивностью в1Гн обладает
такой контур, в котором ток, силой 1 А создает сцепленный с контуром магнитный поток в 1 Вб. Так как Гн = 
, то единица будет Гн/м.
Наряду с системами СИ допускается применение магнитных единиц не-рационализированной электромагнитной системы СГС, основными единицами которой являются сантиметр, грамм, секунда. Формулы электромагнетизма в этой системе нерационализированные; они содержат коэффициент 
.
В этой системе напряженность Н измеряется в эрстедах (Э):
Магнитный поток Ф измеряется в максвеллах (Мкс). 1 Вб = 10 8 Мкс.
Магнитная индукция В измеряется в гауссах (Гс). 1 Тл = 10 4 Гс,
Индуктивность измеряется в сантиметрах (см). 1 Гн = 10 9 см.
Закон полного тока определяет зависимость напряженности магнитного поля от токов, его возбуждающих. В простейшем случае напряженность Н магнитного поля прямолинейного длинного провода на расстоянии х от его оси составит:
Здесь 
представляет собой длину окружности, описанной вокруг провода радиусом х. Во всех точках этой окружности вследствие симметрии системы напряженность магнитного поля одинакова, а сама окружность совпадает с магнитной линией, описанной вокруг проводника
Устройство магнитной системы и принцип ее расчета
Магнитный поток в ЭМ возникает из-за наличия тока в обмотках: в машинах постоянного тока и синхронных по обмоткам возбуждения проходит постоянный ток, по обмоткам якоря — переменный; в асинхронных машинах и трансформаторах по всем обмоткам проходит переменный ток.
На (рис. ) показана в схематическом виде часть четырехполюсной машины постоянного тока и изображена картина магнитного потока, создаваемого основными полюсами (добавочные полюсы не показаны, чтобы не загромождать чертеж). Ввиду полной симметрии машины поток, создаваемый каждым из полюсов, делится относительно продольной осевой линии полюса на две части, образующие два одинаковых магнитных контура, расположенных симметрично по обе стороны от осевой линии данного полюса. Число таких контуров равно числу полюсов 2р машины, но при расчете намагничивающей силы достаточно иметь в виду только какой-нибудь один из них.
Для улучшения магнитной связи между обмотками и увеличения магнитного потока магнитная система машин выполняется из ферромагнитных материалов, обладающих хорошей магнитной проводимостью. В большинстве случаев применяется электротехническая сталь, легированная кремнием (1 —5,0 %) а другими присадками, уменьшающими потери в переменном магнитном поле.
Основной поток Фо составляет только часть магнитного поля, создаваемого полюсом. Другая часть магнитного поля, называемая потоком рассеяния Фа, ответвляется в пространство между полюсами и, следовательно, не проходит в якорь и не участвует в создании ЭДС (рис. 3).
Цель расчета магнитной системы — установление связи между магнитным потоком Фо и токами в обмотках ЭМ.
Весь путь магнитного потока в электрической машине постоянного тока состоит из пяти участков (см. рис. 3): воздушного зазора длиной 25,, зубцово-го слоя длиной 2hz, сердечника якоря длиной La , сердечника полюсов длиной 2hn, станины длиной £с.
Так как магнитный поток в поперечном разрезе машины распределяется симметрично относительно продольных осей полюсов, то расчет магнитной цепи производят для 1/2р части машины (см. рис. 3).
По закону магнитной цепи:
(8)
где 
— магнитное сопротивление цепи
Здесь Lk — длина участка магнитной цепи, Sk — площадь сечения участка магнитной цепи, µк — магнитная проницаемость участка магнитной цепи.
Отсюда, намагничивающая сила (н. с.) обмотки возбуждения
(9)
где: 
— намагничивающая сила вдоль магнитной цепи;
— магнитный поток элементарной трубки;
— элемент длинны трубки;
— магнитная проницаемость тел и сред, образующих данный участок цепи;
— сечение элементарной трубки.
При расчете основной н. с. машины Fo мы делим магнитную цепь машины на участки с таким расчетом, чтобы в пределах каждого из этих участков можно было считать, что магнитный поток трубки, проницаемость и сечение ее остаются постоянными по всей длине трубки. В этих условиях мы рассматриваем магнитный поток каждого участка как состоящий из некоторого числа одинаковых элементарных трубок, имеющих длину l каждая, и равномерно распределенных по площади поперечного сечения S данного участка. Характерные для каждого участка магнитной цепи величины приводятся в табл.1.
Следует учесть, что длина элементарных трубок (магнитных линий) на участках в ярме и в спинке якоря неодинакова, поэтому расчет н. с. этих участков ведут по длине средней магнитной линии (см. рис.).
Тогда основная н. с. машины, рассчитанная на пару полюсов, может быть записана в виде:
(10)
Так как согласно условию, магнитный поток распределяется по сечению каждого участка равномерно, то
(11)
В этих условиях уравнение (1) переписывается в следующем виде:
(12)
Уравнение (12) показывает, что для определения н. с. XFo нужно для каждого из пяти участков найти соответствующую ему напряженность магнитного поля Нг и умножить ее на длину пути потока на этом участке. Так как 
, то напряженность магнитного поля данного участка зависит от величины магнитной индукции и магнитной проницаемости материала участка. Если магнитный поток и геометрические размеры всех участков заданы, то тем самым определяется магнитная индукция участка по формуле (2.12). Магнитная проницаемость участка зависит от магнитных свойств материала этого участка. Дпя немагнитных материалов, в частности, для воздушного зазора, имеем: µ0 = 4π 10 -7 Гн/м в рационализированных системах МКСА и СИ; µ0 = 4π в рационализированной системе СГС. На практике при расчетах магнитных цепей электрических машин пользуются смешанной системой, в основу которой положена система СГСМ с переводом единиц напряжения, тока, мощности и т. д. в практические единицы — вольт, ампер, ватт и т. д. В этом случае ц0 = 4π 10 -1 .
Зная индукцию для данного материала, можно определить напряженность магнитного поля Н и построить кривую намагничивания В = f(H) этого материала.
Дата добавления: 2018-05-02 ; просмотров: 897 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
отдельные вещества: ферримагнетики (металлы — преимущественно чугуны, железо и сплавы из них) и их класс ферритов вне зависимости от состояния;
движущиеся заряды электричества.
Физические тела, обладающие суммарным магнитным моментом электронов или других частиц, называют постоянными магнитами . Их взаимодействие представлено на картинке силовыми магнитными линиями .
Они образовались после поднесения постоянного магнита к обратной стороне картонного листа с ровным слоем железных опилок. Картинка демонстрирует четкую маркировку северного (N) и южного (S) полюсов с направлением силовых линий относительно их ориентации: выход из северного полюса и вход в южный.
Как создается магнитное поле
Источниками магнитного поля являются:
изменяющееся во времени электрическое поле.
С действием постоянных магнитов знаком каждый ребенок детсадовского возраста. Ведь ему уже приходилось лепить на холодильник картинки-магнитики, извлекаемые из упаковок с всякими лакомствами.
Находящиеся в движении электрические заряды обычно обладают значительно большей энергией магнитного поля, чем постоянные магниты. Его тоже обозначают силовыми линиями. Разберем правила их начертания для прямолинейного проводника с током I.
Магнитная силовая линия проводится в плоскости, перпендикулярной движению тока так, чтобы в каждой ее точке сила, действующая на северный полюс магнитной стрелки, направлялась по касательной к этой линии. Таким образом создаются концентрические окружности вокруг движущегося заряда.
Направление этих сил определяется известным правилом винта или буравчика с правосторонней навивкой резьбы.
Необходимо расположить буравчик соосно с вектором тока и вращать рукоятку так, чтобы поступательное движение буравчика совпадало с его направлением. Тогда ориентация силовых магнитных линий будет показана вращением рукоятки.
В кольцевом проводнике вращательное движение рукоятки совпадает с направлением тока, а поступательное — указывает на ориентацию индукции.
Магнитные силовые линии всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Они продолжаются внутри магнита и никогда не бывают разомкнутыми.
Правила взаимодействия магнитных полей
Магнитные поля от разных источников складываются друг с другом, образуя результирующее поле.
При этом магниты с разноименными полюсами (N — S) притягиваются друг к другу, а с одноименными (N – N, S — S) — отталкиваются. Силы взаимодействия между полюсами зависят от расстояния между ними. Чем ближе сдвинуты полюса, тем большее усилие возникает.
Основные характеристики магнитного поля
вектор магнитной индукции ( В );
магнитный поток (Ф);
Интенсивность или силу воздействия поля оценивают величиной вектора магнитной индукции . Она определяется значением силы «F», создаваемой проходящим током «I» по проводнику длиной «l». В =F/(I∙l)
Единица измерения магнитной индукции в системе СИ — Тесла (в знак памяти об ученом физике, который исследовал эти явления и описал их математическими методами). В русской технической литературе она обозначается «Тл», а в международной документации принят символ «Т».
1 Тл — это индукция такого однородного магнитного потока, который воздействует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярно расположенного направлению поля, когда по этому проводнику проходит ток 1 ампер.
Направление вектора В определяется по правилу левой руки.
Если расположить ладонь левой руки в магнитном поле так, чтобы силовые линии из северного полюса входили в ладонь под прямым углом, а четыре пальца расположить по направлению тока в проводнике, то оттопыренный большой палец укажет направление действия силы на этот проводник.
В случае, когда проводник с электрическим током расположен не под прямым углом к магнитным силовым линиям, то сила, воздействующая на него, будет пропорциональна величине протекающего тока и составляющей части проекции длины проводника с током на плоскость, расположенную в перпендикулярном направлении.
Сила, воздействующая на электрический ток, не зависит от материалов, из которых создан проводник и площади его сечения. Даже если этого проводника вообще не будет, а движущиеся заряды станут перемещаться в другой среде между магнитными полюсами, то эта сила никак не изменится.
Если внутри магнитного поля во всех точках вектор В имеет одинаковое направление и величину, то такое поле считают равномерным.
Любая среда, обладающая магнитными свойствами, оказывает влияние на значение вектора индукции В .
Магнитный поток (Ф)
Если рассматривать прохождение магнитной индукции через определенную площадь S, то ограниченная ее пределами индукция будет называться магнитным потоком.
Когда площадь наклонена под каким-то углом α к направлению магнитной индукции, то магнитный поток уменьшается на величину косинуса угла наклона площади. Максимальное же его значение создается при перпендикулярном расположении площади к ее пронизывающей индукции. Ф=В·S
Единицей измерения магнитного потока является 1 вебер, определяемый прохождением индукции в 1 теслу через площадь в 1 метр квадратный.
Этот термин используется для получения суммарной величины магнитного потока, создаваемого от определенного количества проводников с током, расположенных между полюсами магнита.
Для случая, когда один и тот же ток I проходит по обмотке катушки с числом витков n, то полный (сцепленный) магнитный поток от всех витков называют потокосцеплением Ψ.
Ψ=n·Ф . Единицей измерения потокосцепления является 1 вебер.
Как образуется магнитное поле от переменного электрического
Электромагнитное поле, взаимодействующее с электрическими зарядами и телами, обладающими магнитными моментами, представляет собой совокупность двух полей:
Они взаимосвязаны, представляют собой совокупность друг друга и при изменении в течение времени одного происходят определенные отклонения в другом. К примеру, при создании переменного синусоидального электрического поля в трехфазном генераторе одновременно образуется такое же магнитное поле с характеристиками аналогичных чередующихся гармоник.
Магнитные свойства веществ
По отношению к взаимодействию с внешним магнитным полем вещества подразделяют на:
антиферромагнетики с уравновешенными магнитными моментами, благодаря чему создается очень малая степень намагниченности тела;
диамагнетики со свойством намагничивания внутреннего поля против действия внешнего. Когда же внешнее поле отсутствует, то у них магнитные свойства не проявляются;
парамагнетики со свойствами намагничивания внутреннего поля по направлению действия внешнего, которые обладают малой степенью магнетизма;
ферромагнетики , обладающие магнитными свойствами без приложенного внешнего поля при температурах, меньших значения точки Кюри;
ферримагнетики с неуравновешенными по величине и направлению магнитными моментами.
Все эти свойства веществ нашли разнообразное применение в современной технике.
Этим термином называют совокупность различных магнитных материалов, по которым пропускают магнитный поток. Они являются аналогом электрических цепей и описываются соответствующими математическими законами (полного тока, Ома, Кирхгофа и др). Смотрите — Основные законы электротехники.
На основе расчетов магнитных цепей работают все трансформаторы, индуктивности, электрические машины и многие другие устройства.
Например, у работающего электромагнита магнитный поток проходит по магнитопроводу из ферромагнитных сталей и воздуху с выраженными не ферромагнитными свойствами. Совокупность этих элементов и составляет магнитную цепь.
Большинство электрических аппаратов в своей конструкции имеют магнитные цепи. Подробнее про это читайте в этой статье — Магнитные цепи электрических аппаратов
Закон Ампера используют для установления единицы силы тока. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии один метр один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия в 2 10 -7 Н/м:
где 
Определим размерность и значение магнитной постоянной ц в СИ:
, следовательно 
или 
Единица измерения р генри на метр [Гн/м].
Из закона Био — Савара — Лапласа для прямолинейного проводника с током 
можно найти размерность индукции магнитного поля:
Тесла [Тл] — единица измерения магнитной индукции в СИ. 1 Тл равна магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором на плоский контур с током, имеющим магнитный момент 1 А-м 2 , действует вращающий момент 1 Н • м.
Другое определение: 1 Тл равна магнитной индукции, при которой магнитный поток сквозь площадку 1 м 2 , перпендикулярную направлению поля, равен 1 Вб: 1 Тл = 1 Вб/м 2 .
Единица измерения магнитного потока вебер получила свое название в честь немецкого физика Вильгельма Вебера (1804—1891) — профессора университетов в городах Галле, Геттингене, Лейпциге.
Магнитный поток Ф через поверхность S — одна из важных характеристик магнитного поля (рис. 2.2.4):
Единица измерения магнитного потока в СИ:
Ампер на метр [А • м -1 ] — единица измерения напряженности магнитного поля Н.
В электромагнитных устройствах автоматики, вычислительной и изммертельной техники воздействие на магнитный элемент производится либо магнитным полем тока, проходящего по проводнику или в обмотке, либо непосредственно магнитным полем (например, в феррозондах). Это магнитное поле является внешним по отношению к маг нитному сердечнику – основе электромагнитных элементов.
Внешнее магнитное поле линейного проводника с током I харак теризуется напряженностью магнитного поля (А/м):
где r – расстояние от проводника до точки, в которой определяется напряженность.
Если ток проходит по обмотке с числом витков w,то он создает намагничивающую силу (н. с.) или магнитодвижущую силу (м. д. с.) (А):
Если эта обмотка равномерно намотана на ферромагнитный сердечник с одинаковым сечением S по всей его длине l (например, на кольцевой сердечник), то напряженность магнитного поля в сердечнике (А/м):
Под действием н. с. в сердечниках магнитных элементов созда ется магнитный поток Ф. Если магнитный поток Ф проходит по сердечнику с обмоткой, имеющей w витков, то потокосцепление обмотки (Вб):
Наряду с напряженностью магнитное поле характеризуется магнитной индукцией В (Тл), определяемой для равномерного поля, выражением:
где S – площадь, через которую проходит магнитный поток. Индуктивность (Гн):
В физике магнетизма часто используют систему СГСМ, в таблице. 2.1 приведены соотношения между единицами систем СИ и СГСМ.
Таблица 2.1 Соотношения между единицами систем СИ и СГСМ
| Наименование величины | Название единицы | Сокращенное обозначение | Связь с единицей |
| Магнитный поток | вебер | Вб(В×с) | 1 Вб = 10 8 Мкс (максвелл) |
| Магнитная индукция | тесла | Тл (Вб/м 2 ) | 1 Тл = 10 4 Гс (гаусс) |
| Намагничивающая сила (магнитодвижущая сила) | ампер (ампер-виток) ампер на метр | А | 1 А = 4p×10 -1 Гб (гильберт) |
| Напряженность магнитного поля | (ампер-виток на метр | А/м | 1 А/м = 4p×10 -3 Э (эрстед) |
| Индуктивность | генри | Гн (Вб/А) | 1 Гн = 10 9 см |
Магнитная постоянная m (магнитная проницаемость вакуума) представляет собой отношение магнитной индукции к напряженности магнитного поля в вакууме:
и является физической константой, численно равной
m = 4p×10 -7 Вб/м 2 ×м/А или Гн/м.
Напряженность внешнего магнитного поля не зависит от свойств среды (от свойств вещества), где создается магнитный поток. Магнитная же индукция определяется как напряженностью, так и свойствами среды (вещества), характеризующимися относительной магнитной проницаемостью m (или просто магнитной проницаемостью), которая показывает, во сколько раз проницаемость вещества больше или меньше проницаемости вакуума.
Магнитная индукция в среде (веществе):
где mm0 = mа – абсолютная магнитная проницаемость вещества.
По магнитным свойствам все вещества подразделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.
Чтобы понять магнитные свойства различных веществ, характерезуемые значением m, и, в частности, материалов, которые применяют для изготовления сердечников электромагнитных элементов разных типов, необходимо знать строение атомов и кристаллов твердых тел.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8588 — 
| 7405 — 
или читать все.
91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Основой большинства магнитных элементов служит магнитный сердечник. Под воздействием внешнего магнитного поля происходит изменение некоторых свойств этого сердечника. Физические процессы, происходящие в сердечнике, используются для создания магнитных элементов различного функционального назначения. Внешнее магнитное поле создается либо током проводника, либо источником постоянного магнитного поля, в частности, постоянным магнитом. Для продуктивного усвоения излагаемого материала напомним некоторые основные магнитные величины, их взаимозависимость и единицы измерения в международной системе единиц.
Создается током, проходящим по проводнику. Обычно это не одиночный проводник, а катушка с числом витков w, поэтому намагничивающую силу определяют как:
Единица измерения – ампер, А. Часто НС называют ампер-витками.
Под действием намагничивающей силы вокруг проводника с током возникает магнитный поток Ф. Если магнитный поток создается в магнитном сердечнике с обмоткой, имеющей w витков, то он образует с этой обмоткой потокосцепление:
Единица измерения – Вебер, Вб. Размерность В·с.
Размерность легко определить на основании закона электромагнитной индукции:
Характеризует плотность магнитного потока, приходящегося на единицу площади поперечного сечения S сердечника:
Единица измерения – Тесла, Тл. Размерность – Веберы на метр квадратный – Вб/м 2 или В·с/м 2 .
Напряженность магнитного поля – Н.
Магнитное поле проводника с током характеризуется также напряженностью Н в каждой точке пронизываемого магнитным потоком пространства. Определяется на основании закона полного тока:
Сумма ампер-витков, пронизывающих некий замкнутый контур, равна интегралу по замкнутому контуру от H по dl, где l – длина контура.
Напряженность в кольцевом сердечнике с обмоткой с числом витков и длиной средней силовой линии l будет:
Наименование единица напряженности не имеет. Размерность – ампер на метр, А/м.
Различные проводники или контуры, при прохождении по ним одинакового по величине тока, образуют различное потокосцепление. Свойство контуров с током образовывать потокосцепление характеризуется индуктивностью:
Это не что иное, как коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и создавшим его током:
Измеряется в Генри, Гн. Размерность B∙c/A или Ом∙с.
В различных веществах при одной и той же напряженности Н создается различная по величине индукция:
Это свойство вещества характеризуется абсолютной магнитной проницаемостью mа. Чаще всего связь между Н и В устанавливают через относительную магнитную проницаемость m, которая показывает во сколько раз магнитная проницаемость вещества больше или меньше магнитной проницаемости вакуума m0:
Следовательно, индукция в любой среде:
Размерность Вб/м 2 м/А или Гн/м.
Это фундаментальная величина носит название магнитная постоянная.
Отметим, что напряженность внешнего магнитного поля не зависит от свойств среды, где создается магнитный поток. Магнитная же индукция определяется как напряженностью, так и свойствами среды.
Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00
