Проводники с током в магнитном поле

Если в магнитное поле поместить проводник, по которому протекает ток, то он создает свое поле. Поля магнита и проводника с током, взаимодействуя между собой, создают силу, которая стремится вытолкнуть проводник из поля. Сила, действующая на проводник с током, равна произведению магнитной индукции, тока и длины той части проводника, которая находится в поле

.

Направление этой силы определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока, то большой палец укажет направление силы, приложенной к проводнику.

Если проводник перемещается в магнитном поле так, что он пересекает магнитные силовые линии, то в нем индуцируется электродвижущая сила. Направление этой ЭДС определяется по правилу правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы силовые линии были направлены в ладонь, а большой палец указывал направление перемещения проводника, то четыре вытянутых пальца покажут направление индуцируемой э.д.с.

Величина этой ЭДС пропорциональна величине индукции, длине проводника и скорости его перемещения:

.

Если проводник пересекает линии поля под некоторым углом α (рис.16.7), то ЭДС будет равна

При α = 0 Е = 0, так как проводник перемещается вдоль силовых линий, не пересекая их. При α = 90^о

.

При изменении тока в проводнике, витке или катушке изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока индуцирует в проводнике (витке, катушке) ЭДС. В замкнутой электрической цепи с наведенной в ней ЭДС протекает ток, направление которого определяется правилом Ленца: индуцированный в проводнике ток всегда направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует полю, вызвавшему его.

ЭДС, индуцируемая таким образом, называется ЭДС самоиндукции и определяется по формуле

.

Знак минус показывает, что ЭДС самоиндукции противодействует вызвавшему ее полю.

Здесь dФ – величина, на которую изменяется магнитный поток при изменении времени на dt, w – число витков в катушке.

Произведение величины магнитного потока, пронизывающего витки катушки, на число витков называется потокосцеплением. Если катушка не имеет ферромагнитного сердечника, то потокосцепление пропорционально силе тока:

,

где L – индуктивность катушки. Величину э.д.с. самоиндукции можно выразить через индуктивность:

.

 

Расчет магнитных цепей

Магнитное поле, явления самоиндукции и взаимной индукции широко используются в различных электротехнических устройствах. При этом магнитное поле стремятся усилить и сосредоточить в контуре. Для этого применяют магнитопроводы, изготовляемые из различных ферромагнитных материалов, в которых при наличии намагничивающей силы возникает магнитный поток. Большая часть магнитного потока будет замыкаться по магнитопроводу.

Сочетание магнитопроводов и воздушных зазоров, в которых распространяется магнитный поток, составляет магнитную цепь электрической машины, аппарата или устройства.

Магнитные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными в зависимости от конструктивных особенностей электротехнических устройств (рис. 16.8).

В неразветвленных магнитных цепях магнитный поток Ф одинаков на всех участках цепи. В разветвленной цепи потоки могут быть различны.

Разветвленные цепи можно подразделить на симметричные и несимметричные. Симметричную магнитную цепь мысленно можно разбить на неразветвленные участки так, что во всех этих участках магнитный поток будет одинаков. Для несимметричной цепи этого сделать нельзя.

Расчет магнитных цепей сводится к решению двух типов задач.

1. По заданному магнитному потоку в той или иной части магнитной цепи определяют намагничивающую силу, необходимую для создания этого потока (прямая задача).

2. По заданным намагничивающим силам находят распределение магнитных потоков в различных участках магнитной цепи.

Рассмотрим решение этих задач для различных типов магнитных цепей.