ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ НА ДВЕ ГРУППЫ - ФЕРРОМАГНИТНЫЕ И НЕФЕРРОМАГНИТНЫЕ

ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ НА ДВЕ ГРУППЫ - ФЕРРОМАГНИТНЫЕ И НЕФЕРРОМАГНИТНЫЕ

Из курса физики известно, что все вещества по магнитным свойствам подразделяют на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. У диамагнитных веществ относительная магнитная проницаемость μ немного меньше единицы, например у висмута она равна 0,99983. У парамагнитных веществ μ немного больше единицы, например μ платины равно 1,00036. У ферромагнитных веществ (железо, никель, кобальт и их сплавы, ферриты и др.) μ много больше единицы (до 10⁴, а у некоторых материалов даже до 10⁶).

При решении большинства электротехнических задач практически достаточно подразделять все вещества не на диапара- и ферромагнитные, а на ферромагнитные и неферромагнитные. У ферромагнитных веществ ц много больше единицы, у всех неферромагнитных μ, практически равно единице.

ОСНОВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Основными величинами, характеризующими магнитное поле, являются магнитная индукция

и намагниченность

Магнитная индукция

- это векторная величина, определяемая по силовому воздействию магнитного поля на ток.

Намагниченность - магнитный момент единицы объема вещества.

Кроме этих двух величин, магнитное поле характеризуется напря-женностью магнитного поля

Три величины

связаны друг с другом следующей зависимостью:

или в кратных ей единицах вб/см², а в системе СГСМ - в гауссах (1 гс = 10^-8 вб/см²).

Намагниченность J и напряженность поля Н в СИ измеряют в амперах на метр (а/м), а в системе СГСМ - в эрстедах (э).

На практике индукцию В часто измеряют в единицах системы СГСМ гс, а напряженность поля H - в а/см.

Намагниченность

представляет собой вектор, направление которого совпадает с направлением

в данной точке:

Коэффициент

для ферромагнитных веществ является функцией Н. Подставив (3.2) в (3.1) и обозначив 1 +

= μ, получим

где μ₀ - постоянная, характеризующая магнитные свойства вакуума; μ - относительная магнитная проницаемость.

В СИ μ₀ = 4π 10^-7 гн/м = 1,256 10^-6 гн/м; в СГСМ μ₀ = 1. Для ферромагнитных веществ μ является функцией H.

Магнитный поток Ф есть поток вектора магнитной индукции через площадь S:

В СИ магнитный поток измеряют в в сек или веберах (вб); в СГСМ - в максвеллах (мкс) или кратных единицах - киломаксвеллах (кмкс):

При расчетах магнитных цепей обычно используют две величины - магнитную индукцию В и напряженность магнитного поля Н.

Намагниченность J в расчетах, как правило, не используют [но при необходимости значение J, отвечающее соответствующим значениям В и Н, всегда можно найти по формуле (6.1)].

Известно, что ферромагнитные тела состоят из областей самопроизвольного (спонтанного) намагничивания. Магнитное состояние каждой области характеризуется вектором намагниченности. Направление вектора намагниченности зависит от внутренних упругих напряжений и от кристаллической структуры ферромагнитного тела.

Векторы намагниченности отдельных областей ненамагниченного тела направлены в различные стороны. Поэтому во внешнем по отношению к ферромагнитной среде пространстве намагниченность ферромагнитного тела, если оно не помещено во внешнее магнитное поле, ни в чем не проявляется. Если же ферромагнитное тело поместить о внешнее магнитное поле, то под его действием векторы намагниченности отдельных областей будут поворачиваться по внешнему полю. В результате этого индукция результирующего магнитного поля оказывается во много раз (сотни и даже сотни тысяч раз) больше, чем индукция внешнего поля до помещения в него ферромагнитного тела.

Магнитное поле создается электрическими токами. Количественная связь между линейным интегралом от вектора напряженности магнитного поля

вдоль любого произвольного контура и алгебраической суммой токов

, охваченных этим контуром, определяется законом полного тока

Положительное направление интегрирования

связано с поло-жительным направлением тока I правилом правоходового винта.

Закон полного тока является опытным законом. Его можно экспе-риментально проверить путем измерения

с помощью специального устройства (известного из курса физики), называемого магнитным поясом.

В главе 4 подробно обсуждались различные приемы расчета электрических цепей с НС. Все эти методы полностью применимы и к расчету магнитных цепей, так как и магнитные и электрические цепи подчиняются одним и тем же законам - законам Кирхгофа.

Аналогом тока в электрической цепи является поток в магнитной; цепи. Аналогом э. д. с. - м. д. с. Аналогом вольтамперной характеристики нелинейного сопротивления - веберамперная характеристика участка магнитной цепи.

По определению, падение магнитного напряжения (/„ = HI, но

где Ф — поток; S — поперечное сечение участка. Следовательно,

Уравнение (3.14) называют законом Ома для магнитной цепи. Это уравнение устанавливает связь между магнитным напряжением U„ и потоком Ф; R_K называют магнитным сопротивлением участка магнитной цепи. Обратную величину магнитного сопротивления называют магнитной проводимостью

яыдущего _ИЗВестно, что веберамперная характеристика участка итной цепи в общем случае нелинейна. Следовательно, в общем слу-^МЗГН/? и G„ являются функциями магнитного потока (непостоянными ^чае _иЧИНами). Поэтому практически понятиями R_u и G_K, при расчетах ^ве_ль3уются лишь в тех случаях, когда магнитная цепь в целом "ли ее участок, для которых определяются R_№ и G_M, не насыщены. Чаще всего это бывает, когда в магнитной цепи имеется достаточно большой воздушный зазор, спрямляющий веберамперную характеристику магнитной цепи в целом или ее участка.

Магнитное сопротивление R_№ участка цепи можно сопоставить со статическим сопротивлением нелинейного сопротивления R_cr (см. § 2.10) и так же, как последнее, R_M можно использовать при качественном рассмотрении различных вопросов, например вопроса об изменении потоков двух параллельных ветвей при изменении потока в неразветвленной части магнитной цепи (как в § 3.2 по отношению к электрической цепи).

Пример 32. Найти R„ воздушного зазора постоянного магнита и по нему магнитный поток, если б = 0,5 см, площадь поперечного сечения воздушного зазора 5 = 1,5 см². Магнитное напряжение на воздушном зазоре 1920 а.

/?„='=--------------------- ~~^5,1ГЗж~~---------- = 0,256 • 10⁸ г/г¹;

Ф — Ч«— ¹⁹²в _ 7940. 1 0^-8 nfi R_a ~~ 0,256- Iff* - /^U-IU во.

Из курса физики известно о связи между магнитной индукцией В, намагниченностью J и напряженностью магнитного поля Н. Вспомним, что контур с током (', охватывающий площадку А5, создает магнитный момент М = iAS (рис. 3.19, а). Величина^вектора AS численно равна площади AS, а положительное направление вектора AS связано с положительным направлением тока i правилом правоходового винта.

Ферромагнитный кольцевой сердечник, изображенный на рис. 3.19, б, имеет °омотки с числом витков w, по которой проходит ток /. Каждая единица объема ферромагнитного материала обладает некоторым вектором намагниченности J, что при расчете можно рассматривать как результат наличия в ферромагнитном материале контуров с молекулярными токами. Эти токи показаны в сечениях сердечника на Рис. 3.19, в (намагничивающая обмотка с током / на нем не показана).

Среднюю линейную плотность молекулярного тока (а/см), приходящегося на

единицу длины сердечника в направлении А/, обозначим 6_М. Единичный вектор,

совпадающий по направлению с направлением ^_м, обозначим г?. Молекулярный

^то? °мА In" охватывает площадку AS. Положительное направление вектора

^ = ASS⁰ связано с положительным направлением этого тока правилом правохо-

^вого винта. Через S° обозначен единичный вектор по направлению AS.

По определению, намагниченность J представляет собой магнитный момент синицы объема вещества. Среднюю по объему намагниченность вещества / можно ^пРеделить путем деления магнитного момента контура с током 6_мД/я°, охватываю-

Следовательно, средняя по объему намагниченность J численно равна средней \ линейной плотности молекулярного тока и направлена по 5°.

Как видно из рис. 3.19, в, на участках, являющихся смежными между сосед-: ними контурами, молекулярные токи направлены встречно и взаимно компенсируют друг друга. Не скомпенсированными остаются только токи по периферийному контуру (рис. 3.19, г).

Итак, наличие областей самопроизвольной намагниченности в ферромагнитном
теле при расчете можно эквивалентировать протеканием по поверхности этого тела,
считая его неферромагнитным, поверхностного тока с линейной плотностью 6_М, 1
причем по модулю 6_М = /. "

Запишем уравнение по закону полного тока для контура, показанного пунктиром на рис. 3.19, б. При этом учтем, что после введения поверхностного тока сердечник станет неферромагнитным и будет намагничиваться не только током /, протекающим по обмотке с числом витков w, но и поверхностным током с линейной плотностью 6_М.

На длине dl поверхностный ток равен 6_М<# = Jdl. На длине всего сердечника поверхностный ток равен & J dl. Таким образом,

Величину---- У обозначают Н и называют напряженностью магнитного поля.

В отличие от магнитной индукции В и намагниченности J напряженность поля Н не зависит от магнитных свойств намагничиваемого тела. Это и явилось основанием для того, чтобы закон полного тока для любых сред записывать в виде & Н dl = lw.

Если ферромагнитное тело намагничено и по высоте и по толщине неравномерно. то плотность молекулярных токов смежных контуров на рис. 3.19, в будет неодинаковой, а токи на смежных между соседними контурами участках будут компенсироваться неполностью. Отсюда следует, что неравномерно намагниченное ферромагнитное тело при расчете можно заменить таким же в геометрическом смысле неферромагнитным телом, по поверхности которого течет поверхностный ток с плотностью, изменяющейся по высоте тела, а во внутренних точках тела течет объемный ток, плотность которого также изменяется от точки к точке,

ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ НА ДВЕ ГРУППЫ - ФЕРРОМАГНИТНЫЕ И НЕФЕРРОМАГНИТНЫЕ

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: