|
ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ НА ДВЕ ГРУППЫ - ФЕРРОМАГНИТНЫЕ И НЕФЕРРОМАГНИТНЫЕСтр 1 из 3Следующая ⇒ Глава 6 МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ 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: (6.1) В СИ индукция В измеряется в теслах (тл): 1 тл = 1 в-сек/м2 = 1 вб/м2 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: . (6.2) Коэффициент для ферромагнитных веществ является функцией Н. Подставив (3.2) в (3.1) и обозначив 1 + = μ, получим , (6.3) 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: (6.4) S где dS - элемент поверхности S. В СИ магнитный поток измеряют в в сек или веберах (вб); в СГСМ - в максвеллах (мкс) или кратных единицах - киломаксвеллах (кмкс): 1 мкс = 10-8 вб; 1 кмкс = 103 мкс. 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)].
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ФЕРРОМАГНЕТИЗМА
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.
ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА
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 (6.5) 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.
ЦЕПЕЙ С НС
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.
ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
По определению, падение магнитного напряжения (/„ = HI, но ЦоМ' Мо.и5' где Ф — поток; S — поперечное сечение участка. Следовательно, откуда *» = йЬ- <315> Уравнение (3.14) называют законом Ома для магнитной цепи. Это уравнение устанавливает связь между магнитным напряжением U„ и потоком Ф; RK называют магнитным сопротивлением участка магнитной цепи. Обратную величину магнитного сопротивления называют магнитной проводимостью GM = ^ = ^. (3.16) 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 Ru и GK, при расчетах вель3уются лишь в тех случаях, когда магнитная цепь в целом "ли ее участок, для которых определяются R№ и GM, 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 Rcr (см. § 2.10) и так же, как последнее, RM 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. Решение. /?„='=--------------------- ^фг> 1,256- 10-е—.1.1,5.ю-*** м Ф — Ч«— 192в _ 7940. 1 0-8 nfi Ra ~~ 0,256- Iff* - /^U-IU во. § 3.24. ПОЯСНЕНИЯ К ФОРМУЛЕ В=Ц0(Й+1)
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 6М. 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 6мД/я°, охватываю- Й1 щим площадку AS, на объем AV = MAS: i J - AlAS Л ~°м6- 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 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 6М. На длине dl поверхностный ток равен 6М<# = Jdl. На длине всего сердечника поверхностный ток равен & J dl. Таким образом, §—7l = Iw + §7Tl. Отсюда 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,
Глава 6 МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ 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.
ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... 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:
|