Меню

Магнитные свойства электрического тока это



ГЛАВА 3: МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Магнитное поле

Пространство, в котором проявляется действие сил на магнитную стрелку, является носителем особой формы материи, называемой магнитным полем. Оно характеризуется интенсивностью и направлением. Графически магнитное поле изображается линиями действия магнитных сил, направленных вне магнита от северного полюса к южному. Магнитная силовая линия не имеет ни конца, ни начала и представляет собой замкнутую кривую, так как северный и южный полюсы магнита неотделимы один от другого.

Магниты на концах имеют выраженную полярность. Конец свободно подвешенного магнита, обращенный к северу, называется северным полюсом N, а обращенный к югу — южным S. Разноименные полюса магнитов взаимно притягиваются, а одноименные — отталкиваются с определенной силой, зависящей от степени их намагничивания и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

В природе имеются естественные магниты (куски руды магнитного железняка). В технике используются искусственные магниты, получаемые путем намагничивания.

Электрический ток всегда связан с магнитным полем, а магнитное поле — с электрическим током. Следовательно, магнитное и электрическое поля являются различными сторонами единого электромагнитного поля.

Картина магнитного поля электрического тока зависит от формы проводника. Поле прямого проводника имеет форму концентрических окружностей, охватывающих проводник. Направление магнитных линий поля определяется правилом буравчика. Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращательное движение его рукоятки указывает направление магнитных линий поля, образующегося вокруг проводника (рисунок 3.1, а).

Для определения направления магнитных линий поля соленоида удобнее пользоваться правилом буравчика в такой форме: если совместить направление вращения рукоятки буравчика с направлением тока в катушке, то его поступательное движение укажет направление маг­нитного поля (рисунок 3.1, б).

Рисунок 3.1 -Магнитное поле: а) — прямого проводника с током; б) — соленоида

Если обмотку с током разместить на сердечнике из ферромагнитного материала, то магнитное поле усили­вается в 10 3 — 10 6 раз. Поэтому сердечники трансфор­маторов, электрических машин, подъемных электромагни­тов, измерительных приборов, электромагнитных аппара­тов выполняются из ферромагнитных материалов.

Магнитная индукция и магнитный поток

Основной величиной, характеризующей интенсивность магнитного поля, является магнитная индукция, обозначаемая буквой В. Единицей измерения магнитной индукции служит тесла (Т); 1 Т = 1 В ∙ с/м 2 .

Магнитная индукция — это величина, численно равная силе F, с которой поле действует на проводник с током I = 1 А, длиной l = 1 м, расположенный перпендикулярно магнитным линиям:

Магнитная индукция — векторная величина. Направ­ление ее совпадает с направлением магнитного поля, причем в каждой точке поля вектор магнитной индук­ции направлен по касательной к магнитной линии.

Другой величиной, характеризующей магнитное поле, является магнитный поток, обозначаемый буквой Ф. В однородном магнитном поле магнитный поток определяется произведением магнитной индукции и площади поверхности, перпендикулярной направлению поля, через которую оно проходит:

где S — площадь поверхности, пронизываемая магнитным потоком, м 2 . Единицей магнитного потока является вебер (Вб); 1 Вб = 1 Т ∙ 1 м 2 .

Пример.Площадь S = 0,05 м 2 пронизывается магнитным потоком, индукция которого В = I ∙ T. Определить величину магнитного потока.

Решение.Магнитный поток:

Магнитная проницаемость

Магнитная индукция в данной точке поля и напря­женность поля связаны между собой следующим соотно­шением:

где µа — абсолютная магнитная проницаемость, Г/м.

Абсолютная магнитная проницаемость, равная отношению магнитной индукции к напряженности магнитного поля, выражается в генри на метр (Г/м); 1 Г/м = В ∙ с/А ∙ м. Магнитная постоянная вакуума µo = 1,256 ∙ 10 -6 Г/м.

Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость µoданной среды больше или меньше магнитной постоянной вакуума µo, называется относительной магнитной проницаемостью µ, или, сокра­щенно, магнитной проницаемостью

Для воздуха магнитная проницаемость µ = 1.

В зависимости от величины µ все вещества делятся на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. К диамагнитным относятся вещества, у которых µ меньше единицы (порядка 0,99). Они не поддаются намагничиванию (медь, свинец, цинк, серебро и другие). К парамагнитным относятся вещества (алюминий, олово, марганец), у которых ц несколько больше 1 (1,0002 — 1,0003). У ферромагнитных веществ относительная магнитная проницаемость в сотни и тысячи раз больше единицы. Они легко поддаются намагничиванию (железо, сталь, чугун, никель, кобальт, гадолиний и их сплавы).

Рисунок 3.2 — Кривые намагничивания: 1 — электротехническая (листовая) сталь; 2 — пермаллой

Для вакуума, воздуха и других неферромагнитных веществ можно принять µа = 1,256 ∙ 10 Г/м. Тогда магнитная индукция В = 1,256 ∙ 10 -6 Н.

В ферромагнитных веществах имеет место сложная зависимость между магнитной индукцией и напряжен­ностью магнитного поля. Поэтому при расчетах магнит­ных цепей пользуются специальными кривыми намагни­чивания (рисунок 3.2), которые приводятся для различных ферромагнитных материалов в справочниках.

Читайте также:  Что такое временные диаграммы токов

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 1218 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Магнитные свойства электрического тока.

Давно замечено, что при прохождении тока по проводникам возникает магнитное поле способное воздействовать на магнитные материалы. Из школьного курса физики мы, возможно, помним, что разноимённые полюса магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются. Это обстоятельство следует учитывать при прокладке проводок. Два провода, по которым ток течет в одну сторону, будут притягиваться друг к другу, и наоборот.
Если провод скрутить в катушку, то, при пропускании через него электрического тока, магнитные свойства проводника проявятся еще сильнее. А если в катушку вставить еще и сердечник, тогда получим мощный магнит.
В конце позапрошлого века американец Морзе изобрел устройство, которое позволяло передавать информацию на большие расстояния без помощи гонцов. Аппарат этот основан, на способности тока возбуждать магнитное поле вокруг катушки. Подавая на катушку питание от источника тока, в ней возникает магнитное поле, притягивающее подвижный контакт, который замыкает цепь другой такой же катушки, и т.д. Таким образом, находясь на значительном расстоянии от абонента можно без особых проблем передавать закодированные сигналы. Это изобретение получило широкое применение, как в связи, так в быту и промышленности.
Описанное устройство уже давно устарело и почти не используется на практике. На смену ему пришли мощные информационные системы, но в основе своей все они продолжают работать по тому же принципу.

Силовые цепи. Цепи управления.

Мощность любого двигателя несоизмеримо выше мощности катушки реле. Поэтому провода к основной нагрузке толще, чем к управляющим аппаратам.
Введём понятие силовых цепей и цепей управления. К силовым цепям относятся все ведущие к нагрузке ток части цепи (провода, контакты, измерительные и контролирующие приборы). На схеме они выделены цветом.

Все провода и аппаратура управления, контроля и сигнализации относятся к цепям управления. На схеме они выделены отдельно. Бывает что нагрузка не очень велика или особо не выражена. В таких случаях цепи условно делят по силе тока в них. Если ток превышает 5 Ампер – цепь силовая.

Реле. Контакторы.

Важнейшим элементом, упоминавшегося уже аппарата Морзе является РЕЛЕ.
Это устройство интересно тем, что на катушку можно подать относительно слабый сигнал, который преобразуется в магнитное поле и замыкает другой, более мощный, контакт, или группу контактов. Некоторые из них могут не замыкаться, а, наоборот, размыкаться. Это тоже нужно для разных целей. На чертежах и схемах это изображается так:

А читается следующим образом: при подаче питания на катушку реле — К контакты: К1, К2, К3, и К4 замыкаются, а контакты: К5,К6,К7 и К8 – размыкаются. Важно помнить, что на схемах показываются только те контакты, которые будут задействованы, не смотря на то, что реле может иметь большее количество контактов.
На принципиальных схемах показывается именно принцип построения сети и её работы, поэтому контакты и катушка реле не рисуются вместе. В системах, где много функциональных устройств, основную трудность представляет то, как правильно найти соответствующие катушкам контакты. Но с приобретением опыта эта проблема решается проще.
Как мы уже говорили ток и напряжение, разные материи. Ток, сам по себе, очень силен и, надо приложить немалые усилия, что бы его отключить. При отключении цепи (электрики говорят – коммутации) возникает большая дуга, которая может зажечь материал.
При силе тока I=5А, возникает дуга длинной 2 см. При больших токах размеры дуги достигают чудовищных размеров. Приходится применять специальные меры, чтобы не расплавить материал контактов. Одна из таких мер — »дугогасительные камеры’‘.
Эти устройства ставят у контактов на силовых реле. Кроме того, контакты имеют другую, отличную от реле форму, это позволяет еще до возникновения дуги разделить ее пополам. Такое реле называется контактором. Некоторые электрики окрестили их пускателями. Это неправильно, но в точности передает суть работы контакторов.
Все электроприборы производятся различных типоразмеров. Каждый размер говорит о способности выдержать токи определенной силы, поэтому, устанавливая аппаратуру необходимо следить за тем, чтобы типоразмер коммутирующего прибора соответствовал току нагрузки (таблица № 8) .

ТАБЛИЦА № 8

Величина, (условный номер типоразмера) Номинальный ток Номинальная мощность

Генератор. Двигатель.

Магнитные свойства тока интересны еще и тем, что они обратимы. Если с помощью электричества можно получить магнитное поле, то можно и наоборот. После не очень продолжительных исследований (всего то около 50 лет) было выяснено, что если проводник перемещать в магнитном поле, то по проводнику начинает течь электрический ток. Это открытие помогло человечеству преодолеть проблему запасания и хранения энергии. Теперь у нас на вооружении есть электрический генератор. Простейший генератор устроен не сложно. Виток провода вращается в поле магнита (или наоборот) и по нему течет ток. Остаётся только замкнуть цепь на нагрузку.
Конечно же, предложенная модель сильно упрощенна, но в принципе генератор отличается от этой модели не так уж и сильно. Вместо одного витка берутся километры проволоки, (это называется обмоткой). Вместо постоянных магнитов используются электромагниты, (это называется возбуждением). Наибольшую проблему в генераторах представляют способы отбора тока. Устройством для отбора вырабатываемой энергии является коллектор.
При монтаже электрических машин необходимо следить за целостностью щеточных контактов и плотностью прилегания их к коллекторным пластинам. При замене щеток, их придется притирать.
Имеется еще одна интересная особенность. Если у генератора не забирать ток, а, наоборот, подавать на его обмотки, то генератор превратится в двигатель. Это означает, что электрические машины полностью обратимы. То есть, не изменяя конструкцию и схему, мы можем использовать электрические машины, как в качестве генератора, так и в качестве источника механической энергии. Например, электропоезд при движении в горку потребляет электроэнергию, а под горку – выдает её в сеть. Таких примеров можно привести много.

Читайте также:  Безопасный ток для человека вольт

Измерительные приборы.

Одним из самых опасных факторов, связанных с эксплуатацией электричества является то, что наличие тока в цепи можно определить, только очутившись под его воздействием, т.е. соприкоснувшись с ним. До этого момента электрический ток ничем не выдает своего присутствия. В связи с таким поведением возникает острая необходимость его обнаружения и измерения. Зная магнитную природу электричества, мы можем не только определить наличие/отсутствие тока, но и измерить его.
Существует много приборов для измерения электрических величин. Многие из них имеют обмотку магнита. Ток, протекая по обмотке, возбуждает магнитное поле и отклоняет стрелку прибора. Чем сильнее ток, тем больше отклоняется стрелка. Для большей точности измерений применяется зеркальная шкала, чтобы взгляд на стрелку был перпендикулярен измерительной панели.
Для измерения тока используется амперметр. Он включается в цепь последовательно. Чтобы измерить ток, величина которого больше номинального, чувствительность прибора уменьшают шунтом (мощным сопротивлением).

Напряжение измеряют вольтметром, к цепи он подключается параллельно.
Комбинированный прибор для измерения и тока и напряжения называют авометром.
Для замеров сопротивления используют омметр или мегомметр. Этими приборами часто прозванивают цепь, что бы найти обрыв или удостовериться в ее целостности.
Измерительные приборы должны проходить периодическое тестирование. На крупных предприятиях специально для этих целей создаются измерительные лаборатории. После тестирования прибора лаборатория ставит на его лицевую сторону свое клеймо. Наличие клейма говорит о том, что прибор работоспособен, имеет допустимую точность (погрешность) измерения и, при условии правильной эксплуатации, до следующей поверки его показаниям можно верить.
Счетчик электроэнергии тоже является измерительным прибором, в который добавлена еще и функция учета используемой электроэнергии. Принцип действия счётчика предельно прост, как и его устройство. Он имеет обычный электродвигатель с редуктором, подключенным к колесикам с циферками. При увеличении силы тока в цепи двигатель крутится быстрей, быстрее перемещаются и сами цифры.
В быту мы пользуемся не профессиональной измерительной техникой, но в силу отсутствия необходимости очень точного измерения это не столь существенно.

Источник

Магнитные свойства электрического тока

Расчет сечения проводов.

Ток, проходя по проводам, нагревает их. Чем тоньше проводник, и чем больше проходящий через него ток, тем сильнее нагрев. При нагреве плавится изоляция провода, что может привести к короткому замыканию и пожару. Расчет тока в сети не сложен. Для этого надо мощность прибора в ваттах разделить на напряжение: I=P/U.
Все материалы имеют допустимую проводимость. Это значит, что такой ток они могут пропустить через каждый квадратный миллиметр (т.е. сечение) без особых потерь и нагрева (см. таблицу №7).

ТАБЛИЦА № 7

Сечение S (кв.мм.) Допустимый ток I
медь алюминий
0,5
0,75 4,5
1,2
1,5
2,0
2,5
3,0
4,0
5,0
6,0

Теперь, зная ток, мы без труда выбираем из таблицы нужное сечение провода и, если надо, рассчитываем диаметр провода, пользуясь простой формулой: D=VS/п х 2
Можно идти в магазин за проводом.

Читайте также:  Рецепты для тока бока ворд

В качестве примера рассчитаем толщину проводов для подключения бытовой кухонной плиты: Из паспорта или по табличке на оборотной стороне агрегата узнаем мощность плиты. Допустим, мощность (P) равна 11 кВт (11 000 Ватт). Разделив мощность на напряжение сети (в большинстве регионов России это 220 Вольт) получим ток, который будет потреблять плита:I=P/U=11000/220=50А. Если использовать медные провода, то сечение провода S должно быть не менее10 кв. мм. (см. таблицу).
Надеюсь, читатель не обидится на меня за то, что я напомню ему о том, что сечение проводника и его диаметр, это не одно и тоже. Сечение провода равноп(Пи) умноженное на r в квадрате (п X r X r ). Диаметр провода можно рассчитать, вычислив квадратный корень из сечения провода, деленного напи умножив полученное значение на два. Понимая, что многие из нас уже подзабыли школьные постоянные, напомню, что Пи равно 3,14, а диаметр — это два радиуса. Т.е. толщина нужного нам провода будет D = 2 X V10 / 3,14 = 3,56 мм.

Давно замечено, что при прохождении тока по проводникам возникает магнитное поле способное воздействовать на магнитные материалы. Из школьного курса физики мы, возможно, помним, что разноимённые полюса магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются. Это обстоятельство следует учитывать при прокладке проводок. Два провода, по которым ток течет в одну сторону, будут притягиваться друг к другу, и наоборот.
Если провод скрутить в катушку, то, при пропускании через него электрического тока, магнитные свойства проводника проявятся еще сильнее. А если в катушку вставить еще и сердечник, тогда получим мощный магнит.
В конце позапрошлого века американец Морзе изобрел устройство, которое позволяло передавать информацию на большие расстояния без помощи гонцов. Аппарат этот основан, на способности тока возбуждать магнитное поле вокруг катушки. Подавая на катушку питание от источника тока, в ней возникает магнитное поле, притягивающее подвижный контакт, который замыкает цепь другой такой же катушки, и т.д. Таким образом, находясь на значительном расстоянии от абонента можно без особых проблем передавать закодированные сигналы. Это изобретение получило широкое применение, как в связи, так в быту и промышленности.
Описанное устройство уже давно устарело и почти не используется на практике. На смену ему пришли мощные информационные системы, но в основе своей все они продолжают работать по тому же принципу.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Магнитные свойства тока

В 1819 году ученые впервые обнаружили, что проводник с током, воздействуя на магниты, заставляет их перемещаться, то есть, что в окружающем провод с током пространстве функционируют силы, физически аналогичные тем, какие возникают в пространстве вокруг магнита.

Магнитные свойства тока

Почти одновременно ученые установили наличие таких же сил взаимодействия между двумя проводниками с током: проводники с током притягиваются или отталкиваются, как магниты. Этими опытами было доказано, что электрический ток создает явления, физически подобные тем, которые наблюдаются в пространстве вокруг магнита, то есть, электрический ток создает магнитное поле. Дальнейшими исследованиями было установлено, что любой электрический ток, каким бы он ни был по своей природе (электронный или ионный ток проводимости, ток смещения) и в каких бы условиях он ни возникал, всегда связан с магнитным полем, и что магнитные явления электрического тока являются практически наиболее важными из всех его свойств.

Магнитные линии охватывают проводник на всем его протяжении замкнутыми контурами. Если пространство вокруг проводника однородно (изотропно), эти контуры будут концентрическими кольцами. Правило Буравчика позволяет установить направление магнитных линий по заданному направлению тока. То же правило позволяет определить направление тока при заданном направлении магнитных линий.

Важнейшим свойством магнитных линий является их неразрывность. Контур магнитной линии всегда замкнут, магнитная линия не может иметь свободных концов. Принцип замкнутости магнитных линий справедлив и для поля магнитов: здесь магнитные линии замыкаются в теле самих магнитов.

Как известно, ранее было сформулировано положение о неразрывности контура электрического тока. Таким образом, неразрывные контуры электрического тока и магнитных линий всегда сцеплены, как соседние звенья одной цепи.

Источник