Преобразование механической энергии в электрическую

Циклическое перемагничивание

 

Магнитное состояние ферромагнита, подвергающегося переменному намагничиванию, характеризуется гистерезисным циклом.

 

 

 

Магнитный гистерезис характеризуется тем, что процесс намагничивания и размагничивания ферромагнита происходит неодинаково.

При изменении намагничивающего поля величина магнитной поляризации материала зависит не только от существующей в данный момент напряженности намагничивающего поля, но и от ее предшествующих значений.

В частности, когда напряженность намагничивающего поля уменьшается от Н₁ до нуля, то магнитная индукция В не снижается до нуля, а будет иметь значение В₀. магнитная индукция доходит до нуля только под действием направленного в противоположную сторону поля с напряженностью Н₀.

То же наблюдается и при изменении напряженности поля в обратном направлении (от – Н₀ до Н₁).

Таким образом, зависимость В от Н при перемагничивании имеет форму петли, называемой петлей гистерезиса.

В результате гистерезиса часть энергии, затраченной на намагничивание тела, при размагничивании не возвращается обратно, а превращается в тепло. Поэтому многократное перемагничивание материала при наличии гистерезиса связано с заметным нагревом намагничиваемого тела. Поэтому для магнитных целей с переменным магнитным потоком применяют материалы с меньшим гистерезисом (т.н. магнитно-мягкие материалы).

И напротив, для создания постоянных магнитов используют материалы с большим гистерезисом (магнитно-жесткие). Например, кобальтовая сталь, сплав-Альни и др.

 

Магнитная цепь

Магнитной цепью называется устройство, в котором замыкается магнитный поток.

 

 

Неразветвленная Разветвленная магнитная

магнитная цепь цепь

 

При расчетах магнитных цепей обычно используются правилом Кирхгофа для магнитной цепи:

Алгебраическая сумма магнитных потоков в точке разветвления равна нулю

Для создания большого потока нужно магнитную цепь выполнять с наименьшим магнитным сопротивлением, поэтому во всех электрических машинах магнитная цепь выполняется таким образом, чтобы поток замыкался главным образом по стали, а воздушные зазоры были достаточно малыми.

Электромагнитная сила

 

На провод стоком, помещенным в магнитное поле, действует сила, получившая название электромагнитной силы.

Величина этой силы определяется по уравнению:

(для прямолинейного провода)

(для провода произвольной формы)

где l – длина проводника

В – магнитная индукция

I – сила тока

- угол между направлением тока и направлением магнитных линий

Для определения направления силы, с которой поле действует на провод, пользуются правилом «левой руки»:

Если ладонь левой руки повернуть так, чтобы вектор магнитной индукции входил в нее, а четыре вытянутых пальца совпадали с направлением тока в проводе, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на провод.

Правило левой руки

 

 

Электромагнитная индукция

 

В проводе, который, двигаясь в магнитном поле, пересекает магнитные линии, возбуждается ЭДС (М. Фарадей, 1831 г.).

ЭДС электромагнитной индукции пропорционально магнитной индукции поля, длине провода и скорости его движения:

Направление ЭДС в этом случае определяют по правилу «правой руки»:

Ладонь правой руки располагается так, чтобы магнитные линии входили в нее, отставленный большой палец направляется вдоль вектора скорости, тогда остальные четыре пальца покажут направление индуктированной ЭДС.

Если концы провода, перемещающегося в магнитном поле, замкнуты другим проводом, расположенным вне магнитного поля, то в этой электрической цепи под действием ЭДС электромагнитной индукции возникает непрерывное перемещение электронов, т.е. электрический ток.

 

Преобразование механической энергии в электрическую

 

При движении замкнутого проводника в магнитном поле под действием внешних сил происходит преобразование механической энергии в электрическую.

Электромагнитная сила, действующая на провод с током .

Т.к. сила F направлена противоположно вектору скорости, то для движения провода нужно приложить внешнюю силу.

Двигатель, создающий внешнюю силу, должен развить механическую мощность:

Подставив выражения силы F, получим:

Т.е. развиваемая двигателем мощность равна мощности электрического тока в замкнутой цепи.