การเคลื่อนที่ของตัวนำในสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและวิธีเพิ่มประสิทธิภาพ

ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ตัวนำตรงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เพื่อให้เวกเตอร์ความเร็วตั้งฉากกับตัวนำ เวกเตอร์การเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กยังตั้งฉากกับตัวนำและทำให้มุม α = 30° กับเวกเตอร์ จากนั้นตัวนำเดียวกันก็เริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันในสนามแม่เหล็กเดียวกัน แต่ในลักษณะที่มุม α เพิ่มขึ้น 2 เท่า ผลที่ตามมาจะเปลี่ยนไปอย่างไร? ปริมาณทางกายภาพ: โมดูลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำ โมดูลัสของความแรงของสนามไฟฟ้าภายในตัวนำ?

สำหรับแต่ละปริมาณ ให้กำหนดลักษณะของการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกัน:

1) จะเพิ่มขึ้น;

2) จะลดลง;

3) จะไม่เปลี่ยนแปลง

เขียนตัวเลขในคำตอบของคุณ โดยจัดเรียงตามลำดับที่สอดคล้องกับตาราง:

สารละลาย.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำสำหรับตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกับตัวนำนั้นคำนวณโดยสูตร: ดังนั้น เมื่อมุมระหว่างความเร็วและทิศทางของสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

โมดูลัสของความแรงของสนามไฟฟ้าภายในตัวนำจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ดังนั้น โมดูลัสของความแรงของสนามไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

คำตอบ: 11.

คำตอบ: 11

ที่มา: StatGrad: งานฝึกอบรมวิชาฟิสิกส์ 29/04/2559 Option PH10503

ยูเลีย กอร์บาเชวา 14.04.2017 22:26

ในกรอบอ้างอิงของตัวนำ (โดยที่ตัวนำอยู่นิ่ง) จะมีสนามไฟฟ้าคงที่เกิดขึ้น หากตัวนำอยู่ในสภาวะคงที่ สนามไฟฟ้าจากนั้นขนาดของสนามไฟฟ้าภายในจะเป็นศูนย์

คุณสามารถโต้แย้งได้แตกต่างกัน หากมีความแรงของสนามไฟฟ้าอยู่ภายในตัวนำ แรงจะกระทำต่อพาหะประจุในตัวนำ (เช่น อิเล็กตรอน) ภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ พาหะประจุจะเคลื่อนที่และมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในตัวนำ ดังนั้น ข้อความที่ว่ามีความแรงของสนามไฟฟ้าที่ไม่เป็นศูนย์ภายในตัวนำจึงเทียบเท่ากับข้อความที่ว่ากระแสคงที่ยังคงอยู่ในตัวนำ

ความพร้อมใช้งาน ดี.ซีในตัวนำที่ไม่ก่อให้เกิดวงจรปิด - นี่เป็นเรื่องไร้สาระที่ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์ประจุ

แอนตัน

ประจุในตัวนำที่กำลังพิจารณาจะถูกกระทำโดยแรงสองแรงที่ทำให้สมดุลซึ่งกันและกัน: แรงจากสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยประจุที่กระจายซ้ำ (ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนผ่านที่จุดเริ่มต้นของการเคลื่อนที่) และแรงลอเรนซ์จากสนามแม่เหล็ก . หากไม่มีสนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนผ่าน กระแสไฟฟ้านี้จะนำไปสู่การกระจายประจุในตัวนำอีกครั้ง

เมื่อความแรงของสนามไฟฟ้าแตกต่างจากศูนย์ กระแสจะเกิดขึ้นในตัวนำหากไม่มีแรงภายนอกที่สามารถเพิ่มหรือลดกระแสนี้ได้ รวมทั้งชดเชยผลกระทบของสนามไฟฟ้าโดยสมบูรณ์

ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กสามารถกำหนดได้โดยใช้กฎของสว่าน ถ้าการเคลื่อนไปข้างหน้าของลูกปืน (ภาพที่ 27) จัดตำแหน่งให้สอดคล้องกับทิศทางของกระแสในตัวนำ จากนั้นการหมุนที่จับจะระบุทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ ยิ่งกระแสไหลผ่านตัวนำมากเท่าใด สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบๆ ตัวก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น เมื่อทิศทางของกระแสเปลี่ยนไป สนามแม่เหล็กก็จะเปลี่ยนทิศทางด้วย

เมื่อคุณเคลื่อนออกจากตัวนำแม่เหล็ก สายไฟตั้งอยู่ไม่บ่อยนัก

วิธีการเสริมสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กแรงสูงที่กระแสต่ำ พวกเขามักจะเพิ่มจำนวนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าและทำให้พวกมันอยู่ในรูปของชุดการหมุน อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าคอยล์

เมื่อตัวนำงอในรูปของขดลวด (รูปที่ 28, a) สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากทุกส่วนของตัวนำนี้จะมีทิศทางเดียวกันภายในขดลวด ดังนั้นความเข้มของสนามแม่เหล็กภายในขดลวดจะมากกว่าบริเวณตัวนำตรง เมื่อหมุนมารวมกันเป็นขดลวดจึงเกิดสนามแม่เหล็ก สร้างขึ้นโดยการเลี้ยวแต่ละครั้ง รวมกัน (รูปที่ 28, b) และเส้นแรงของพวกมันเชื่อมต่อกันเป็นฟลักซ์แม่เหล็กทั่วไป ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของเส้นสนามภายในขดลวดจะเพิ่มขึ้น เช่น สนามแม่เหล็กภายในขดลวดจะเข้มข้นขึ้น ยิ่งกระแสไหลผ่านขดลวดมากเท่าไร และยิ่งมีการหมุนรอบมากขึ้น สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น

ขดลวดที่ไหลตามกระแสคือแม่เหล็กไฟฟ้าเทียม เพื่อเพิ่มสนามแม่เหล็ก จึงมีการใส่แกนเหล็กเข้าไปในขดลวด อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

18.คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสารต่างๆ

สารทั้งหมดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแม่เหล็ก แบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: เฟอร์โรแมกเนติก พาราแมกเนติก และไดอะแมกเนติก

วัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล และโลหะผสม มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง µ พวกมันดึงดูดแม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี

วัสดุพาราแมกเนติก ได้แก่ อลูมิเนียม ดีบุก โครเมียม แมงกานีส แพลตตินัม ทังสเตน สารละลายเกลือของเหล็ก ฯลฯ วัสดุพาราแมกเนติกถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้าหลายเท่าซึ่งอ่อนกว่าวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกหลายเท่า

วัสดุไดอะแมกเนติกจะไม่ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็ก แต่กลับถูกผลักออกไป ซึ่งรวมถึงทองแดง เงิน ทอง ตะกั่ว สังกะสี เรซิน น้ำ ก๊าซส่วนใหญ่ อากาศ ฯลฯ

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกเนื่องจากความสามารถในการดึงดูดแม่เหล็ก วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องจักรไฟฟ้า อุปกรณ์ และการติดตั้งระบบไฟฟ้าอื่นๆ

เส้นโค้งการสะกดจิต- กระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็กของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกสามารถแสดงได้ในรูปแบบของเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็ก (รูปที่ 31) ซึ่งแสดงถึงการพึ่งพาของการเหนี่ยวนำ ใน จากความตึงเครียด เอ็น สนามแม่เหล็ก (จากกระแสแม่เหล็ก ฉัน ).

เส้นโค้งสนามแม่เหล็กสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วน: โอ้ โดยที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเกือบเป็นสัดส่วนกับกระแสแม่เหล็ก เอบี ซึ่งการเติบโตของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะช้าลงและพื้นที่ของความอิ่มตัวของแม่เหล็กที่อยู่เลยจุดนั้น ข , ที่ไหน ติดยาเสพติด ใน จาก เอ็น กลายเป็นเส้นตรงอีกครั้ง แต่มีลักษณะเฉพาะคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ และความแรงของสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น

การกลับตัวของการดึงดูดของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก, ลูปฮิสเทรีซิส- ใหญ่ ความสำคัญในทางปฏิบัติโดยเฉพาะใน เครื่องจักรไฟฟ้าและการติดตั้ง เครื่องปรับอากาศมีกระบวนการกลับตัวเป็นแม่เหล็กของวัสดุที่เป็นเหล็ก ในรูป รูปที่ 32 แสดงกราฟของการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำระหว่างการทำให้เป็นแม่เหล็กและการลดอำนาจแม่เหล็กของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก (โดยมีการเปลี่ยนแปลงของกระแสแม่เหล็ก ฉัน - ดังที่เห็นได้จากกราฟนี้ สำหรับค่าความแรงของสนามแม่เหล็กที่เท่ากัน การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ได้จากการล้างอำนาจแม่เหล็กของตัวเฟอร์โรแมกเนติก (ส่วน ก-ข-ค ) จะมีการเหนี่ยวนำมากขึ้นระหว่างการทำให้เป็นแม่เหล็ก (ส่วนต่างๆ โอ้ และ ใช่ - เมื่อกระแสแม่เหล็กกลายเป็นศูนย์ การเหนี่ยวนำในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจะไม่ลดลงเหลือศูนย์ แต่จะคงค่าไว้ ในร สอดคล้องกับส่วน เกี่ยวกับ - ค่านี้เรียกว่า การเหนี่ยวนำที่เหลือ

ปรากฏการณ์ของความล่าช้าหรือความล่าช้าในการเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกันเรียกว่าฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก และการรักษาสนามแม่เหล็กไว้ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกหลังจากที่กระแสแม่เหล็กหยุดไหลเรียกว่าฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก แม่เหล็กตกค้าง

ด้วยการเปลี่ยนทิศทางของกระแสแม่เหล็กคุณสามารถล้างอำนาจแม่เหล็กของตัวเฟอร์โรแมกเนติกได้อย่างสมบูรณ์และทำให้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นศูนย์ ความตึงเครียดย้อนกลับ เอ็น เอส ซึ่งการเหนี่ยวนำในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกลดลงเหลือศูนย์เรียกว่า กำลังบีบบังคับ เส้นโค้ง โอ้ ที่ได้รับภายใต้เงื่อนไขว่าสารเฟอร์โรแมกเนติกถูกล้างอำนาจแม่เหล็กไปก่อนหน้านี้แล้ว เรียกว่ากราฟแรงแม่เหล็กเริ่มต้น เส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงการเหนี่ยวนำเรียกว่า ห่วงฮิสเทรีซีส

อิทธิพลของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกต่อการกระจายตัวของสนามแม่เหล็ก- หากคุณวางวัตถุใดๆ ที่ทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกไว้ในสนามแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะเข้าและออกจากวัตถุนั้นในมุมฉาก ในร่างกายเองและบริเวณใกล้เคียง จะมีการควบแน่นของเส้นสนาม กล่าวคือ การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายในร่างกายและบริเวณใกล้เคียงจะเพิ่มขึ้น หากคุณสร้างตัวเฟอร์โรแมกเนติกในรูปแบบของวงแหวน เส้นสนามแม่เหล็กจะไม่ทะลุเข้าไปในช่องภายในของมัน (รูปที่ 33) และวงแหวนจะทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันแม่เหล็กที่ปกป้องช่องภายในจากอิทธิพลของสนามแม่เหล็ก . การกระทำนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า หน้าจอที่แตกต่างกันการปกป้องเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า สายไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ จากผลร้ายของสนามแม่เหล็กภายนอก

เมื่อวางลวดนำกระแสไว้ในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อพาหะกระแสไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนไปยังเส้นลวด ขอให้เราได้นิพจน์สำหรับแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อเส้นลวดความยาวเบื้องต้น ดลในสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำ ใน.

ให้เราแสดงค่าธรรมเนียมของผู้ให้บริการรายหนึ่ง ถาม 1 ความเข้มข้นของผู้ให้บริการ n, ความเร็วในการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของผู้ให้บริการ คุณ, ความเร็วของการเคลื่อนไหวที่วุ่นวาย โวลต์- แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อตัวพาตัวเดียว

ค่าเฉลี่ยของมันคือ

ในที่นี้ เนื่องจากทุกทิศทางของความเร็วของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายนั้นมีความเป็นไปได้เท่าเทียมกัน

ให้พื้นที่หน้าตัดของเส้นลวด สจากนั้นปริมาตรของส่วนของเส้นลวดจะเท่ากับ เอสดีแอลและจำนวนผู้ให้บริการทั้งหมด nSdl- แรงแม่เหล็กทั้งหมดที่กระทำต่อส่วนพื้นฐานของเส้นลวดมีค่าเท่ากับ

นี่คือความหนาแน่นกระแส

ค่าความหนาแน่นกระแส เจเกี่ยวข้องกับความแข็งแกร่งในปัจจุบัน ฉันและพื้นที่หน้าตัด ส: เจ=เป็น- ให้เราแนะนำเวกเตอร์องค์ประกอบของความยาวตัวนำ งลสอดคล้องกับเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส เจ, แล้ว เจเอสดีแอล=บัตรประจำตัวประชาชนลและเราได้รับแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อองค์ประกอบปัจจุบัน

. (4.2.2)

ความสัมพันธ์นี้ได้รับการทดลองโดยแอมแปร์และถูกเรียกว่า กฎของแอมแปร์- ในอดีต ได้รับมาเร็วกว่าการแสดงออกของส่วนแม่เหล็กของแรงลอเรนซ์ อันที่จริง ลอเรนซ์ได้นิพจน์สำหรับแรงแม่เหล็กตามกฎของแอมแปร์

สำหรับลวดเส้นตรงที่รับกระแสไฟ ฉันวางอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ บี, แรงของแอมแปร์คือ

นี่คือเวกเตอร์ ลมุ่งไปตามกระแส (ไปสู่การถ่ายโอนประจุบวก) และโมดูลจะเท่ากับความยาวของเส้นลวด ทิศทางของแรงแอมแปร์ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับทิศทางของแรงแม่เหล็กสำหรับประจุบวก (ดูรูปที่ 4.2.3)

งานประถมศึกษาง กดำเนินการโดยแรงแอมแปร์ d เอฟและเมื่อย้ายไปดี รในสนามแม่เหล็กขององค์ประกอบตัวนำ d ลมีค่าเท่ากัน

ในที่นี้เราได้แทนที่นิพจน์ด้วยแรงแอมแปร์ (4.2.2) แล้ว ปริมาณสเกลาร์– ความแรงในปัจจุบัน ฉันและเอาเปรียบ ทรัพย์สินที่รู้จักผลคูณผสมของเวกเตอร์: จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการจัดเรียงปัจจัยใหม่แบบวนรอบ ผลคูณเวกเตอร์ของการกระจัดและองค์ประกอบของตัวนำคือเวกเตอร์ของพื้นที่ที่ตัวนำวาดระหว่างการเคลื่อนที่ (ดูรูปที่ 4.2.4):

. (4.2.5)

ผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์ไซต์และเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านไซต์ d ส

, (4.2.6)

ดังนั้นสำหรับงานที่เราได้รับ

. (4.2.7)

ถ้าเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่มีความแรง ฉันโดยรักษาให้คงที่ ทำการเคลื่อนไหวครั้งสุดท้ายจากตำแหน่ง 1 ไปยังตำแหน่ง 2 จากนั้นจึงเป็นการทำงานของแรงแอมแปร์ในระหว่างการเคลื่อนที่ดังกล่าว

, (4.2.8)

โดยที่ F ม. – ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ตัวนำลากตามระหว่างการเคลื่อนไหวที่พิจารณา.

หากวงจรปิดเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคงที่ ฟลักซ์ที่ดึงโดยองค์ประกอบทั้งหมดของวงจรจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ที่เจาะเข้าไปในวงจร (ที่เรียกว่า การเชื่อมโยงฟลักซ์ใช่) มาพิสูจน์กัน

รูปที่ 4.2.5 แสดงสถานะลำดับ 2 สถานะของวงจร C 1 และ C 2 พื้นผิว S 1 และ S 2 ซึ่งถูกจำกัดด้วยเส้นขอบในตำแหน่ง C 1 และ C 2 และพื้นผิว S p ซึ่งวาดโดยเส้นขอบนั้น ถือเป็นพื้นผิวปิด ตามทฤษฎีบทออสโตรกราดสกี-เกาส์สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฟลักซ์รวมที่ผ่านพื้นผิวปิดนี้เป็นศูนย์ มาเลือกแบบธรรมดากัน n 1 และ n 2 ไปยังพื้นผิว S 1 และ S 2 เมื่อคำนวณฟลักซ์เชื่อมต่อ Y 1 และ Y 2 ในแต่ละตำแหน่งเพื่อให้สอดคล้องกับทิศทางของกระแสในวงจรตามกฎสกรูขวา (จากปลายปกติ เวกเตอร์ จะเห็นกระแสในวงจรหมุนทวนเข็มนาฬิกา) ในกรณีนี้ การไหลออกจากพื้นผิวปิดคือผลรวมของการไหลผ่าน ส 1 ในทิศทาง n 1 (เท่ากับ Y 1) ไหลผ่าน ส 2 ในทิศทางตรงกันข้าม n 2 (เท่ากับ - Y 2) และไหลผ่านพื้นผิวที่วาด สพี (เอฟ ม.) ดังนั้นเราจึงได้

ที่ไหน - ดังนั้น ความสัมพันธ์ (4.2.8) ของวงปิดสามารถเขียนได้ดังนี้

เมื่อได้สูตรนี้ เราพิจารณาถึงการเคลื่อนที่ของรูปร่างอย่างง่าย ๆ แต่ก็ปรากฏว่าใช้ได้กับการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนมากขึ้นในสถานะของรูปร่างด้วย เช่น ระหว่างการหมุนและการเสียรูป ในรูปแบบนี้ ใช้สำหรับการเคลื่อนที่ไม่เพียงแต่วงจรเดียวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขดลวดที่ประกอบด้วยหลายรอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับขดลวดของ เอ็นรอบที่เหมือนกัน ในกรณีหลัง การเชื่อมต่อฟลักซ์คือ Y = เอ็น F m โดยที่ F m คือฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านหนึ่งรอบ

36) ไดโพลแม่เหล็ก โมเมนต์แม่เหล็กของร่างกายและการดึงดูดของมัน

ในแต่ละอะตอม อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสกลาง เช่น กระแสไฟฟ้าเบื้องต้นเกิดขึ้น

ปริมาณเวกเตอร์เท่ากับผลคูณของกระแส i และพื้นที่ประถมศึกษา S ซึ่งถูกจำกัดโดยวงจรมูลฐานด้วยกระแส และตั้งฉากกับพื้นที่นี้ตามกฎของบูราฟชิก เรียกว่า ช่วงเวลาแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าเบื้องต้น

ผลรวมทางเรขาคณิตของโมเมนต์แม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าพื้นฐานทั้งหมดในร่างกายให้โมเมนต์แม่เหล็กของวัตถุ M

เหล่านั้น. ม=ม. 1 +ม. 2 +ม. 3 +…

ปริมาณที่วัดโดยอัตราส่วนของโมเมนต์แม่เหล็กของร่างกายต่อปริมาตร (V) เรียกว่า การทำให้เป็นแม่เหล็กของร่างกาย ย.

37) อัลกอริทึมสำหรับการคำนวณวงจรแม่เหล็กที่ไม่มีการแยกส่วน แรงแม่เหล็ก (MF)

แม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น คอนแทคเตอร์ สตาร์ทเตอร์ รีเลย์ เครื่องจักรอัตโนมัติ ข้อต่อแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ

พิจารณาความสัมพันธ์พื้นฐานสำหรับวงจรแม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ตัวอย่างระบบวาล์ว (รูปที่ 4.4) ส่วนที่เคลื่อนที่ของวงจรแม่เหล็กที่สร้างแรงทำงานเรียกว่ากระดอง 1 - ส่วนวงจรแม่เหล็ก 3 และ 4 เรียกว่าแท่งหรือแกน

ในระบบวาล์ว กระดองสามารถมีได้ทั้งการเคลื่อนที่แบบแปลนและแบบหมุน

เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดแม่เหล็ก 2 MMF ถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของฟลักซ์แม่เหล็ก F ที่ถูกกระตุ้น ฟลักซ์นี้จะถูกปิดทั้งผ่านช่องว่างและระหว่างส่วนอื่น ๆ ของวงจรแม่เหล็กที่มีศักยภาพแม่เหล็กต่างกัน

ช่องว่างอากาศซึ่งเปลี่ยนแปลงเมื่อกระดองเคลื่อนที่เรียกว่าการทำงาน ดังนั้นจึงเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านช่องว่างการทำงาน ฟลักซ์แม่เหล็กทำงาน และถูกกำหนดไว้ เรียกว่าฟลักซ์อื่น ๆ ทั้งหมดในวงจรแม่เหล็กที่ไม่ผ่านช่องว่างการทำงาน ฟลักซ์กระเจิง . แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่พัฒนาโดยกระดองถูกกำหนดโดยฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างการทำงาน

เมื่อคำนวณวงจรแม่เหล็ก MMF ของคอยล์จะถูกกำหนดซึ่งจำเป็นต่อการสร้างกระแสการทำงานที่กำหนด (ปัญหาโดยตรง) หรือกระแสการทำงานถูกกำหนดโดย MMF ที่รู้จักของคอยล์ (ปัญหาผกผัน) ปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้กฎหมาย

Kirchhoff สำหรับวงจรแม่เหล็ก ตามกฎข้อที่หนึ่งของเคอร์ชอฟ ผลรวมพีชคณิตของฟลักซ์ที่โหนดใดๆ ของวงจรแม่เหล็กคือศูนย์

กฎข้อที่สองของ Kirchhoff ตามมาจากกฎที่รู้จักกันดี กระแสที่เห็นได้ชัดเจน

,

ที่ไหน ยังไม่มี -ความแรงของสนามแม่เหล็ก - ส่วนเบื้องต้นของโครงร่างบูรณาการ - ผลรวมเชิงพีชคณิตของ MMF ที่ทำหน้าที่ในวงจร

เพราะ , จากนั้นสูตร (4.2) สามารถเขียนได้ดังนี้:

, หรือ , (4.3)

ที่ไหน - ภาพตัดขวางของส่วนนี้ของวงจรแม่เหล็ก - การซึมผ่านของสนามแม่เหล็กสัมบูรณ์ของพื้นที่ , เท่ากัน ; ที่นี่ - ค่าคงที่แม่เหล็ก - การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์

การซึมผ่านของแม่เหล็กเป็นลักษณะของการนำแม่เหล็กของวัสดุวงจร

สำหรับอากาศ การซึมผ่านของแม่เหล็กจะเท่ากับค่าคงที่ของแม่เหล็ก .

นิพจน์นี้คล้ายกับนิพจน์สำหรับความต้านทานแบบแอคทีฟขององค์ประกอบ วงจรไฟฟ้า(ที่ไหน - ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของวัสดุตัวนำ) จากนั้นสูตร (4.3) สามารถแสดงเป็น , (4.4)

ที่ไหน - ความต้านทานแม่เหล็กของส่วนความยาว

ตกศักย์แม่เหล็กในวงปิดเท่ากับผลรวมของ MMF ที่กระทำ วงจรนี้นี่เป็นกฎข้อที่สองของ Kirchhoff สำหรับวงจรแม่เหล็ก

เมื่อฟลักซ์ในแต่ละส่วนของวงจรแม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลง อินทิกรัลใน (4.4) จะถูกแทนที่ด้วยผลรวมจำกัด

. (4.5)

ดังนั้น, ผลรวมของแรงดันแม่เหล็กลดลง วงปิดเท่ากับผลรวมของ MMF ที่กระทำในวงจรนี้

ทิศทางของ MMF ซึ่งสอดคล้องกับทิศทางของการข้ามเส้นชั้นความสูงนั้นถือเป็นค่าบวกตรงข้ามกับมัน - สำหรับสิ่งที่เป็นลบ ทิศทางของบายพาสมักจะถือเป็นทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็ก จากสูตร (4.5) กฎของโอห์มสำหรับวงจรแม่เหล็ก ในกรณีนี้ แทนที่กระแส ฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกแทนที่ แทนความต้านทานไฟฟ้า - แม่เหล็กและแทนที่จะเป็น EMF MMF จะถูกแทนที่

โดยการเปรียบเทียบกับความต้านทานไฟฟ้า ความต้านทานแม่เหล็กของส่วนที่มีความยาวจำกัด ฉันสามารถแสดงเป็น ,

ที่ไหน - ความต้านทานแม่เหล็กต่อหน่วยความยาวของวงจรแม่เหล็กที่หน้าตัดด้วย เท่ากับหนึ่ง, ม./ก.

ในการคำนวณโดยใช้สูตร (4.5) คุณจำเป็นต้องรู้ . หากไม่ได้ระบุเส้นโค้งไว้ , และเส้นโค้งสนามแม่เหล็กของวัสดุ , ในการคำนวณจะใช้สูตร (4.2) ได้สะดวก ถ้าการเหนี่ยวนำมีค่าคงที่ในแต่ละส่วน อินทิกรัลใน (4.2) สามารถแทนที่ด้วยผลรวมอันจำกัดได้

(4.6)

เมื่อใช้การเหนี่ยวนำที่ทราบ ความตึงเครียดจะพบได้ในแต่ละส่วนโดยใช้เส้นโค้ง , หลังจากนั้นเราก็ทำได้โดยใช้ความเท่าเทียมกัน (4.6)

ค้นหาคอยล์ MDS

เมื่อคำนวณวงจรแม่เหล็ก ส่วนกลับของความต้านทานแม่เหล็กมักจะสะดวกกว่า - การนำแม่เหล็ก, H.

.

สมการ (4.5)

มันอยู่ในรูปแบบ .

สำหรับวงจรที่ไม่แยกส่วนที่ง่ายที่สุดและมีค่าการนำไฟฟ้า

ความต้านทานแม่เหล็กและการนำไฟฟ้าของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกเป็นฟังก์ชันการเหนี่ยวนำแบบไม่เชิงเส้นที่ซับซ้อน การพึ่งพาแบบไม่เชิงเส้นของความต้านทานแม่เหล็กต่อการเหนี่ยวนำทำให้การแก้ปัญหาทั้งทางตรงและทางผกผันมีความซับซ้อนอย่างมาก

การนำแม่เหล็กของช่องว่างอากาศในช่องว่างการทำงานการไหลจะไหลผ่านอากาศ การซึมผ่านของแม่เหล็กซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำและคงที่เท่ากับ .

สำหรับเสาสี่เหลี่ยมและเสากลมที่มีช่องว่างเล็ก สนามจะถือว่ามีความสม่ำเสมอโดยประมาณ และสามารถกำหนดค่าการนำไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายโดยใช้สูตร

การคำนวณค่าการนำไฟฟ้าโดยคำนึงถึงการโก่งงอนั้นสัมพันธ์กับความยากลำบากอย่างมากเนื่องจากความซับซ้อนของรูปแบบสนามแม่เหล็ก มีการใช้วิธีหลักสามวิธีในการคำนวณ:

1) การคำนวณโดยใช้สูตรเชิงประจักษ์ ตัวอย่างเช่น สำหรับค่าการนำไฟฟ้าระหว่างปลายของเสาทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง สูตรจะได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำพอสมควร

.

สองคำสุดท้ายคำนึงถึงการไหลปูด สำหรับเสาสี่เหลี่ยมที่มีขนาดตามขวาง a และสูตรค่อนข้างแม่นยำ

.

2) เมื่อการคำนวณเชิงวิเคราะห์ของค่าการนำไฟฟ้าทำได้ยากเนื่องจากรูปแบบสนามที่ซับซ้อน สนามจริงจะแบ่งออกเป็นแบบง่าย รูปทรงเรขาคณิตซึ่งมีอยู่ สูตรการคำนวณการกำหนดการนำไฟฟ้า ค่าการนำไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะถูกกำหนดโดยผลรวมของค่าการนำไฟฟ้าของแต่ละตัวเลข

3) หากสองวิธีแรกไม่สามารถคำนวณค่าการนำไฟฟ้าได้ จำเป็นต้องสร้างภาพสนามแม่เหล็กเป็นภาพกราฟิก สนามนี้แบ่งออกเป็นหลอดเบื้องต้น ซึ่งฟลักซ์จะเท่ากันภายใน และจะพิจารณาค่าการนำไฟฟ้าของหลอด ค่าการนำไฟฟ้าทั้งหมดถูกกำหนดโดยค่าการนำไฟฟ้ารวมของหลอดทั้งหมด

38) ปรากฏการณ์กระแสสลับ การได้รับ EMF แบบไซน์

ในการปฏิวัติครั้งหนึ่ง เฟรมจะหมุนเป็นมุม และเวลาของการปฏิวัติคือคาบ ( ต) จากนั้นจึงกำหนดความถี่เชิงมุม: