Магнетизм и электромагнетизм
Магнитное поле может быть создано постоянным магнитом или электромагнитом (вспоминаем, это одно из трех проявлений электричества). Пространство вокруг магнита, в котором может быть обнаружен магнитный эффект, называется магнитным
полем. Форма магнитных полей изображается линиями потока или магнитными силовыми линиями.
Некоторые правила магнетизма:
♦ противоположные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются;
♦ силовые линии одного направления отталкиваются, противоположных направлений - сближаются.;
♦ ток, текущий в проводнике, создает вокруг проводника, магнитное поле. Сила магнитного поля определяется силой тока;
♦ если проводник свернут в катушку или соленоид, то результирующее магнитное поле похоже на поле плоского постоянного магнита.
Электромагниты используются в электромоторах, реле и инжекторах топлива - это лишь некоторые из возможных применений. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, вызывается взаимным действием двух магнитных
полей. На этом принципе основана работа электромотора. На рис. 2.9 приведены изображения магнитных полей.
Электромагнитная индукция
Основные законы электромагнитной индукции:
♦ когда проводник пересекает линии магнитного поля, в нем возникает электрическое напряжение;
♦ направление наводимого напряжения зависит от направления магнитного поля и от направления, в котором движется поле относительно проводника;
♦ величина напряжения пропорциональна скорости, с которой проводник пересекает магнитное поле.
На эффекте индукции (наведения) напряжения в проводнике основана робота генераторов (в том числе и генератора переменного тока а автомобиле). Генератор — это машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую. На рис, 2.10 показан проводник, движущийся в магнитном поле.
Взаимоиндукция
Если две катушки (известные как первичная и вторичная обмотки) намотаны на одном и том же сердечнике из железа, любое изменение магнитного поля одной из катушек будет наводить напряжение в другой. Это происходит, когда ток в первичной обмотке включается или выключается. Если число витков провода во вторичной обмотке больше, чем в первичной, наводимое напряжение будет более высоким. Если число витков по вторичной обмотке меньше, чем в первичной, тогда напряжение окажется меньшим. Это явление называется «трансформацией», и на нем основана работа катушки зажигания. На рис. 2.11 показан
принцип взаимной индукции.
Значение «взаимно наведенного» напряжения зависит от следующих факторов:
♦ тока первичной обмотки;
♦ соотношения между числом витков первичной и вторичной обмоток;
♦ скорости изменения магнитного поля.
Определения и законы
Рассмотрим основные законы электричества.
Закон Ома
Для большинства проводников так, который течет через них, прямо пропорционален приложенному напряжению.
Отношение напряжения к току характеризует электрическое сопротивление проводника. Если это отношение остается постоянным в широком диапазоне напряжений, материал проводника принята называть «омическим».
где:
I - величина тока в амперах,
V— напряжение в вольтах,
Н — сопротивление в омах.
Георг Симон Ом — немецкий физик, знаменитый исследованиями в области электрического тока.
Закон Ленца
Электродвижущая сила (э.д.с), наведенная в проводнике с током, всегда действует в таком направлении, что ток, который она вызывает в проводнике, всегда будет противодействовать изменению магнитного потока, создающего э.д.с.
Закон Ленца определяет направление наведенной электродвижущей силы, являющейся результатом электромагнитной индукции, - «э.д.с. с обратным знаком» часто пишется как «противо- э.д.с.».
Закон получил название по имени эстонского физика Генриха Ленца.
Законы Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа.
Сумма токов, втекающих в узел схемы, равна сумме токов, вытекающих из этого узле.
Этот закон — прямой результат сохранения заряда. Никакая доля заряда не может быть потеряна в узле схемы, поэтому величина втекающего заряда должна быть равна вытекающему заряду.
Второй закон Кирхгофа.
Для любой замкнутой цепи с током сумма падений напряжения всегда остается равной нулю.
Для последовательной цепи этот закон можно сформулировать следующим образом: сумма всех падений напряжения в цепи будет равна напряжению источника тока.
Густав Роберт Кирхгоф — немецкий физик, он также открыл элементы цезий и рубидий.
Закон Фарадея
Любое изменение магнитного поля вблизи проводника
наводит в нем э.д.с.
Отметим, что напряжение появится независимо от того, каким образом происходит изменение магнитного поля. Другими словами, это может быть изменение напряженности магнитного паля,
движение поля относительно проводника, движение проводника относительно поля и т. п. Закон не ограничивает способы получения напряжения путем изменения магнитного поля, равно как и конфигурацию, и количество проводников.
где:
V — генерируемое напряжение, В,
N — число витков катушки,
В — напряженность магнитного поля, Вб/м* (Тл),
А — площадь сечения, перпендикулярного полю, мг,
t — время, с.
Майкл Фарадей — английский физик и химик, знаменитый открытиями электромагнитной индукции и законов электролиза.
Правила Флеминга
В электрической машине указательный палец направлен вдоль линий магнитного поля, средний палец направлен по направлению электрического тока, большой палец показывает направление движения.
Правила Флеминга соотносят между собой направление
линий магнитного поля, направление электрическою тока и направление движения в электрической машине. Левая рука применяется для электродвигателей, а правая для генераторов.
Эти два правила сформулировал английский физик
Джон Флеминг (рис. 2.12).
Закон Ампера
Сила, действующая со стороны магнитного паля на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока, длине проводника в магнитном поле и перпендикулярной составляющей вектора магнитной индукции.
Сила магнитного поля вокруг прямолинейного провода может быть вычислена следующим образом:
где:
В — напряженность магнитного поля, Вб/мг (Т ),
μ0 — магнитная проницаемость в вакууме, Гн/м (для воздуха равна около 4x10Л Гн/м),
I- протекающий ток. А,
r - радиус проводника, м.
Андре Мари Ампер - французский ученый, внесший значительный вклад в электродинамику.
Выводы
Попытаемся завершить этот раздел положениями законов Мерфи, например:
♦ если что-то может пойти не так, оно обязательно пойдет не так....
♦ вы всегда будете искать что-то в том месте, куда только что смотрели...
♦ в дорожной пробке соседний ряд всегда едет быстрее...
...но и решил быть против всего этого!