рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Физика
/
Энергия магнитного потока.

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Энергия магнитного потока.

Энергия магнитного потока. - раздел Физика, Магнитный поток Понятие О Присущей Магнитному Потоку Энергии Является Важным В Учении О Приро...

Понятие о присущей магнитному потоку энергии является важным в учении о природе магнитных явлений. В начальный период развития науки о магнитных явлениях совершенно не уделялось внимания той среде, в которой эти явления происходят. Закон Кулона, как известно, оперирует с так называемыми магнитными массами, расположенными на полюсах магнита, массами, фиктивность которых не подлежит для нас теперь никакому сомнению (см. § 31). В соответствии с этим и вопрос об энергии магнитных систем связывался, в построениях первых исследователей с этими магнитными массами так же, как в учении об электрическом поле считалось, что вся энергия системы сосредоточена в зарядах расположенных на поверхности заряженных тел. Работы Фарадея привели нас к убеждению, что энергия магнитной системы распределена по всему пространству, в котором обнаруживается действие магнитных сил. В настоящее время нет никаких сомнений в том, что энергия магнитного поля не сосредоточена в полюсах, но что каждый элемент объема, занятого магнитным потоком, является носителем определенной части энергии. В нижеследующих строках мы дадим некоторые простейшие соотношения, характеризующие магнитный поток с точки зрения обусловливаемого им запаса энергии.

Разберем наиболее интересный для электротехники случай намагниченного вещества. Переход отсюда к энергии магнитного потока в пустоте будет легко сделать, положив m=1.

Представим себе в качестве магнитопровода, т. е. магнитной цепи, в которой существует поток, железное кольцо с равномерно наложенной на него обмоткой из n витков (рис. 54).

Если к такой

обмотке приложить некоторую ЭДС, которая возбудит в ней ток, то весь возникающий при этом магнитный поток окончательно сосредоточивается, как известно, внутри такого замкнутого соленоида (тороида), и вне занимаемого им объема магнитное поле можно принять отсутствующим. Поперечное сечение кольца выберем столь малым, чтобы можно было считать поле равномерно распределенным по поперечному сечению тороида.

Чтобы найти интересующую нас величину энергии магнитного поля в единице объема, определим сначала работу, совершаемую источником тока в процессе установления магнитного потока в тороиде. Будем исходить из закона Ома в наиболее общей, его

формулировке:

где е — внешняя приложенная ЭДС, Ф_s — поток самоиндукции,

— dФ_s/dt есть обратная ЭДС самоиндукции, r— сопротивление обмотки.

Предыдущее уравнение можно переписать так:

Это уравнение показывает, что внешняя ЭДС идет на преодоление омического сопротивления проводника и обратной ЭДС самоиндукции. Умножая обе части этого уравнения на i, получаем уравнение мощностей:

Наконец, умножая на dt, получим элементарную работу dA, совершенную током в нашей системе:

dA=eidt=ri²dt+idФ_s.

Это последнее соотношение показывает, что затрачиваемая источником тока работа идет на нагревание обмотки (ri²dt) и на изменение магнитного состояния среды (idФ_s). Нас интересует именно вторая составляющая работы. Обозначая ее dA_m, имеем:

dA_m=idФ_s. (14)

Величина Ф_s в этом выражении представляет собою полный поток самоиндукции, сцепляющийся с данным контуром тока, т. е, полное число сцеплений этого потока с контуром. Так как контур состоит в нашей случае из n витков, то под Ф_s надо понимать не тот поток, который реально существует в соленоиде (обозначим последний через Ф₀=Bs, где В — магнитная индукция в данной поперечном сечении, площадь которого есть s), а число сцеплений

этого реально существующего потока с контуром тока, т. е. величину в n раз большую. Таким образом, можем написать:

Ф_s=Bsn.

Подставляя значение Ф_s в равенство (14), получаем:

dA_m=idФ_s=isndB,

т. е. работа, затрачиваемая на изменение магнитного состояния системы, пропорциональна произведению из силы тока на приращение магнитной индукции.

Исключим из полученного равенства величину i, для чего воспользуемся соотношением

(см. примечание на стр. 93). Отсюда

Подставляя вместо i полученное выражение, имеем:

Отметим, что в полученное выражение не входит время. Следовательно, работа, затрачиваемая внешней ЭДС на создание магнитного потока, не зависит or времени его установления. Этот результат интересно сопоставить с затратой работы на джоулево тепло, пропорциональной времени.

Разделив полученное выражение на объем кольца, т. е. на sl, получим работу, затрачиваемую на элементарное изменение магнитного состояния вещества в единице объема:

Конечная работа, затрачиваемая на установление в единице объема намагничиваемого вещества магнитного поля, характеризуемого величинами Н и В, будет равна:

Сложность зависимости между В и Я делает вычисление полученного интеграла в общем случае крайне трудным. В некоторых случаях величину A₁ оказывается возможным найти графически, о чем мы еще будем говорить дальше (см. § 35). Пока же остановимся на частном случае, когда

m=B/H=const.

Тогда можем написать:

Это выражение можно написать еще в следующих двух формах:

Ясно, конечно, что соотношение (17) дает нам именно величину запаса энергии в единице объема, занятого магнитным потоком,— энергии, обусловленной наличием этого потока.

Для пустоты (то же приближенно справедливо и для воздуха) m=m₀=1 и потому a₁ численно равно:

H²/8p.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Магнитный поток

На сайте allrefs.net читайте: "ГЛАВА I - Магнитный поток"

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Энергия магнитного потока.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Общая характеристика магнитного поля.
Фарадей, один из творцов современного учения об электрических и магнитных явлениях, своими открытиями и опытными исследованиями, а также глубоким анализом этих явлений вложил физическое с

Основные определения и соотношения.
В настоящем параграфе мы даем сводку определений и соотношений, которыми обычно пользуются при количественном описании различных свойств магнитного поля или, иными словами, магнитного потока. Так

Магнитный поток.
Представим себе произвольный замкнутый контур и некоторую поверхность s, ограничиваемую этим контуром. Полная магнитная индукция сквозь рассматриваемую поверхность s, т. е. поверхност

Принцип непрерывности магнитного потока. Опыты Фарадея.
Фарадею принадлежит заслуга установления очень важного принципа, соблюдающегося во всех случаях существования магнитного потока. Это — принцип замкнутости или непрерывности магнитных линий

Анализ опытов Фарадея.
Выше мы указали, что во время своих опытов по установлению принципа непрерывности магнитного потока Фарадей пришел к заключению, что, при вращении магнита вокруг его геометрической оси, магнитный

Математическая формулировка принципа непрерывности магнитного потока.
Итак, мы видели, что обоснование принципа замкнутости магнитного потока, предложенное Фарадеем, вызвало целый ряд сомнений, которые до сих пор не могли быть разрешены путем непосредственных экспе

Формулировка закона электромагнитной индукции.
Фарадей, открывший в 1831 году явления электромагнитной индукции, в XXVIII серии своих „Опытных Исследований по Электричеству" в § 3115 устанавливает следующее основное положение: „..

Вопрос об условиях тождественности фарадеевской и максвелловской формулировок закона электромагнитной индукции.
Указанный вопрос имеет весьма важное значение для правильного понимания того, что происходит во всех электромагнитных механизмах. Недостаточно отчетливое понимание существа дела нередко приводило

Случай изменяемого контура.
В качестве еще одного примера приведем опыт, проделанный автором настоящей книги в 1901 году с целью уяснения основного закона электромагнитной индукции. Было взято железное кольцо А

Индукции.
Итак, чрезвычайно важно помнить, что две рассматриваемые формулировки (7) и (8) тождественны лишь при условии непрерывности и определенности проводящего контура. В случае каких-либо переключений в

О преобразованиях магнитного потока.
Во всех без исключения электромагнитных механизмах (динамомашинах, электродвигателях и т. п.) всегда вообще, когда мы имеем дело с преобразованием механической энергии в энергию электрического тока

Механизм перерезывания магнитных линий проводником.
Основываясь на данном в § 11 общем анализе основных случаев преобразования магнитного потока, мы обратимся теперь к вопросу о механизме электромагнитной индукции тока и покажем, как надлежит предс

Преобразования магнитного потока в трансформаторе.
Рассмотрим теперь явления, происходящие в трансформаторе. Здесь мы имеемдве обмотки, электрически между собой не связанные, намотанные на один общий железный сердечник. Ради упрощения схем

Роль магнитных экранов.
Рассмотрим теперь некоторые примеры магнитного экранирования. Принцип непрерывности магнитных линий помогает нам разобраться в сущности явлений, происходящих в этихслучаях.

Проблема бесколлекторной машины постоянного тока.
В заключение наших рассуждений о различных случаях электромагнитной индукции тока займемся вопросом о возможности осуществления бесколлекторной машины постоянного тока.

Магнитная цепь.
Из изложенного в предыдущих параграфах мы знаем, что магнитный поток всегда проходит по некоторой замкнутой цепи. Такая „магнитная цепь", или „магнитопровод", имеется во всяком электром

Линейный интеграл магнитной силы.
Закон магнитодвижущей силы. Представим себе некоторую точку A1 расположенную в магнитном поле (рис. 48).

Приближенное выражение закона магнитной цепи.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что соотношение, выражаемое формулами (11) и (12), является совершенно точным, столь же точным, как и аналогичный ему закон Ома. Иногда приходится встречать указан

Индукции).
В начале настоящего курса говорилось, что мы мыслим магнитный поток состоящим из магнитных линий, т. е. из ряда элементарных (единичных) трубок магнитной индукции. Отсюда следует, что н полную эн

Подъемная сила магнита.
Разберем несколько примеров, где полученные нами формулы находят себе практическое применение. Рассчитаем в виде первого примера подъемную силу электромагнита. Имеем магнитный полюс N

Отрывной пермеаметр.
Выведенные соотношения находят, между прочим, применение в теории отрывных пермеаметров, т. е. приборов, служащих для исследования магнитных свойств железа, Исследование сводится к построению крив

Природа электромагнитной силы.
Объяснение механических действий магнитного поля тяжением магнитных линий предоставляет возможность дать весьма простое физическое толкование причин возникновения электромагнитной силы, т. е. силы

Боковой распор магнитных линий.
Чтобы покончить с вопросом о механических свойствах магнитного потока, остановимся еще на одном явлении, сопутствующем тяжению магнитных линий. Из рисунка 59 ясно, что если придерживаться представ

Преломление магнитных линий.
Остановимся теперь на явлениях, имеющих место при переходе магнитного потока из одной среды в другую, обладающую иными магнитными свойствами (m1¹m2). Когд

Принцип инерции магнитного потока.
Общие аналогии. В заключение главы о свойствах магнитного потока вкратце остановимся на некоторых общих соображениях и механических аналогиях, позволяющих взглянуть на магнитный поток с ново

Потока. Флюксметр.
Как известно, между проводником с током, помещенным во внешнее магнитное поле, и полем наблюдается сила механического взаимодействия, так называемая электромагнитная сила, величина которой определя

Роль вещества в магнитном процессе.
Как известно, на явления, в магнитном поле наблюдаемые, влияют особые качества вещества, заполняющего пространство, в котором существует поле. Вещество так или иначе участвует во всех магнитных пр

Фиктивность „магнитных масс".
Внешним признаком участия вещества в магнитных явлениях принято считать так называемые „магнитные массы", которые мы обычно приписываем тем частям поверхности тела (полюсам), через которые маг

Общая характеристика магнитных материалов.
В предыдущем параграфе было в достаточной степени выяснено, что участие вещества в тех процессах, которые имеют место в магнитном поле, выражается не в том, что отдельные элементы вещества облада

Магнитный цикл.
Рассмотрим процесс переменного намагничения какого-либо ферромагнитного материала. Методы осуществления переменного намагничения весьма разнообразны. Наиболее простым в смысле условий намагничени

Материала.
Форма гистерезисной петли весьма характерна для каждого данного материала. Как видно из сказанного выше, площадь, охватываемая кривой, зависит от величины остаточной магнитной индукции Br

Расчет потерь на гистерезис и формула Штейнметца.
Вопрос о потерях на гистерезис в случае перемагничивания железа, стали, чугуна и т п. очень важен для электротехники, так как эти материалы играют существенную роль в магнитных цепях электромагнит

Гипотеза вращающихся элементарных магнитов.
Рассмотренные выше явления гистерезиса, а также многие иные особенности поведения ферромагнитных материалов в случае их намагничения можно с большим правдоподобием объяснить изменениями в ориентир

Магнитное насыщение.
Итак, мы имеем достаточно данных признать, что гипотеза вращающихся элементарных магнитов вместе с вытекающей из нее юинговской моделью магнитного вещества может быть положена нами в основу наших п

Влияние сотрясений на магнитные свойства.
Попытаемся теперь при помощи гипотезы элементарных магнитов объяснить влияние на магнитные свойства материалов некоторых внешних факторов, например, механических сотрясений, нагрева и т. д.

Влияние температурных условий на магнитные свойства вещества.
Еще со времен Гильберта было известно, что железо и сталь теряют свои магнитные свойства, будучи нагреты до светло-красного каления. Они при этом перестают намагничиваться и не притягиваются магнит

Магнитная вязкость.
С точки зрения гипотезы Ампера-Юинга мы рассматриваем всякий магнитный материал как совокупность элементарных магнитов. Процесс намагничения мы понимаем как изменение направления осей этих элемен

Изменение размеров тел при намагничении.
Заранее можно предвидеть, что перегруппировки элементарных: магнитов при намагничении могут вызвать некоторые изменения. в размерах намагничиваемого тела. Опыт показывает, что подобное изменение ра

Гистерезис вращения.
Опыт показывает, что величина потерь на гистерезис, вообще говоря, зависит от того, каким, именно, образом происходит перемагничивание. Это явление довольно просто объясняется с точки зрения гипот

Некоторые магнитные свойства железа и его сплавов.
В заключение мы остановимся на некоторых магнитных свойствах железа и его сплавов. Вообще говоря, в обычной практике мы пока еще редко пользуемся железом в чистом виде, а применяем его соед