Вопрос об условиях тождественности фарадеевской и максвелловской формулировок закона электромагнитной индукции.
Вопрос об условиях тождественности фарадеевской и максвелловской формулировок закона электромагнитной индукции. - раздел Физика, Магнитный поток Указанный Вопрос Имеет Весьма Важное Значение Для Правильного Понимания Того,...
Указанный вопрос имеет весьма важное значение для правильного понимания того, что происходит во всех электромагнитных механизмах. Недостаточно отчетливое понимание существа дела нередко приводило к серьезным недоразумениям. Бывали примеры того, что весьма опытные электрики, работавшие над расчетом электрических машин, ошибались, утверждая, что формулировки, данные Фарадеем и Максвеллом, выражают собой два различных физических явления.
Спор, между прочим, однажды возник по поводу процесса индуктирования ЭДС в зубчатых арматурах электрических машин. Якори электрических машин в первоначальных конструкциях представляли собой, как известно, гладкие железные цилиндры, на поверхности которых по образующим укладывались составлявшие обмотку провода (схематический рис. 12).
При вращении якоря в магнитном поле эти проводники резали магнитные линии, причем величина индуктированной ЭДС обычно определялась при расчете числом пересечений в 1 секунду, т. е. применялась формула (7):
e=-dN/dt.
Однако, механические усилия, приложенные к проводам обмотки, особенно в случаях коротких замыканий и т. п. ненормальных режимов, оказывались при таком расположении обмотки настолько значительными, что вопрос о креплении ее на барабане якоря представлял большие практические трудности. С развитием динамо-строения техника выработала новый тип якорей, так называемые зубчатые арматуры, в которых проводники обмотки укладываются во впадинах барабана (рис. 13).
При такой конструкции якоря магнитный поток, входя в якорь, не распределяется равномерно по его окружности, а вследствие большей магнитной проводимости железа направляется главным образом через зубцы. Проводники же,
утопленные во впадинах, оказываются при этом в магнитном поле, в сотни раз более слабом, чем в случае гладкой арматуры. Казалось бы, что движение проводников, находящихся в очень слабом магнитном поле, должно сопровождаться незначительным числом пересечений этих проводников магнитными линиями, а следовательно, и незначительной величиной индуктированной ЭДС. Опыт, однако, показывает, что, при прочих равных условиях, машина с зубчатой арматурой дает в точности такую же ЭДС, что и машина с гладким якорем. Это именно обстоятельство в свое время и вызвало большие споры и разногласия в среде электротехников. Для объяснения создавшегося противоречия некоторыми было даже выдвинуто следующее положение: в случае зубчатой арматуры ЭДС индуктируется не в силу пересечения проводниками магнитных линий (что якобы в этом случае почти не имеет места), а вследствие изменений потока, пронизывающего витки якоря, и что величину ЭДС в этом случае надо рассчитывать по формуле (8):
e=-dФ/dt.
Одним словом, делались указания, будто бы две, приведенные нами выше формулировки закона электромагнитной индукции (7) и (8) выражают различные физические явления. Между тем подобное утверждение в корне неверно. Сущность процесса генерирования ЭДС в обоих случаях совершенно одинакова. Ниже, в § 14, мы подробнее разберем физический смысл экранирования проводников от магнитного поля (ослабления магнитного поля в непосредственной близости к проводнику — применением железной брони, роль которой
в рассматриваемом случае играют зубцы якоря). Пока же рассмотрим вопрос с чисто геометрической точки зрения и поясним то» что было сказано в § 7, а именно, что всякое изменение магнитного потока, охватываемого строго определенным контуром, может произойти только за счет пересечения контуром магнитных линий, причем число пересеченных линяй в точности равно изменению потока (напомним, что поток измеряется числом магнитных линий), т. е. всегда в случае строго определенного контура:
DФ =DN
Это утверждение непосредственно вытекает из принципа замкнутости магнитного потока. В самом деле, замкнутый неизменяемый электрический контур (а всякий контур электрического тока является замкнутым) и каждая связанная с ним магнитная линия, которая также всегда замкнута по своей природе, представляют собой как бы два связанных между собой звена цепи (см. рис. 14).
Мы не можем, не нарушая законов трехмерного пространства, расцепить эти два звена, не приведя их в интимное соприкосновение друг с другом, т.-е. не прибегая к „перерезыванию". Иными словами, мы не можем изменить величину магнитного потока, пронизывающего неизменяемый контур, ни на одну линию без того, чтобы эта линия не пересекала контура. В настоящее время это нам должно быть совершенно ясно. Но все же до сих пор время от времени появляются работы, основанные на непонимании универсальности и непреложности принципа замкнутости магнитного потока и поэтому естественно приводящие авторов к парадоксальным результатам. Между тем осознание этого принципа совершенно необходимо при рассмотрении процессов, происходящих в электромагнитных механизмах.
Итак, обе формулировки закона электромагнитной индукции (7) и (8) в случае строго определенного и неизменного контура тока совершенно тождественны и выражают собой один и тот же физический процесс. Существование двух формулировок объясняется тем, что на практике в различных случаях мы видим более отчетливо то одну, то другую сторону этого процесса. В приведенных выше примерах, в случае гладкой арматуры, мы имеем явное пересечение проводником магнитных линий, а в случае зубчатого якоря явление пересечения замаскировано, и на первый план как будто бы выступает эквивалентное ему явление изменения потока, охватываемого контуром.
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
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:
„..
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
Энергия магнитного потока.
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,
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
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов