Proprietăți magnetice ale materialelor ferromagnet. De magnetizare.
Materialele feromagnetice în ingineria electrică sunt de o importanță majoră.
Dacă se adaugă un ferromanet la câmpul magnetic. atunci inducția magnetică în el crește semnificativ, iar materialul în sine este magnetizat. Esența procesului în desfășurare este după cum urmează. Câmpul feromagnetic constă din mici regiuni magnetizate spontan, al căror volum este de aproximativ 10-8 cm3 (figura 36).
Aceste regiuni magnetizate pot fi reprezentate sub formă de dipoli bipolari elementari, care creează propriile câmpuri magnetice, legate între ele de forțele coeziunii. Forțele magnetice ale acestor regiuni sunt determinate de curenții electrici elementari, care se formează, în principal, ca urmare a rotirii electronilor în jurul propriilor axe. În absența unui câmp magnetic extern într-un corp feromagnetic, forțele magnetice se compensează reciproc, adică campul magnetic total al corpului este zero. Sub influența unui câmp extern, acești magneți elementari sunt orientați de-a lungul câmpului (rotit), creând astfel un pol pe o parte a corpului și, pe de altă parte, un alt pol. Astfel, corpul însuși devine polarizat și își creează propriul câmp magnetic.
Cu o creștere a câmpului exterior, numărul de magneți elementari orientați devine mai mare, ceea ce duce la o creștere a câmpului intern. Figura următoare prezintă schimbarea în magnetizarea corpului J în funcție de schimbarea intensității câmpului extern H.
Figura 37a prezintă o diagramă a instalației pentru magnetizarea unui miez feromagnetic. Cu creșterea curentului în bobină, intensitatea câmpului magnetic crește proporțional? I.
Dacă pentru valori specifice ale valorii lui H se măsoară sau se calculează valorile corespunzătoare inducției magnetice B, atunci putem trasa magnetizarea inițială a feromagnetului, adică B = f (H), care este prezentat în figura 37b prin secțiunea de curbă 0-1.
Pe secțiunea 0-1, cu o crestere a intensitatii H, se induce inductia magnetica a lui B. Aceasta se datoreaza faptului ca momentele magnetice ale domeniilor orientate anterior, arbitrar, iau directia campului magnetic extern. Apoi, creșterea inducției magnetice datorată câmpului magnetic intern scade și apoi se oprește complet, adică apare o stare de saturație magnetică (după punctul 1). Bs este inducția magnetică a saturației.
Magnetizarea J a unui corp este o cantitate care caracterizează câmpul magnetic al unui corp feromagnetic datorită polarizării sale. Magnetizarea are aceeași dimensiune ca și intensitatea câmpului magnetic, adică A / m. Magnetizarea corpului nu poate crește infinit. Dacă direcția câmpului de magnetizare spontană în toate punctele coincide cu direcția câmpului extern. atunci magnetizarea corpului atinge valoarea limita? numită magnetizarea de saturație (figura 38).
Natura neliniară a curbei de magnetizare arată că permeabilitatea magnetică a materialelor feromagnetice nu este constantă și depinde de rezistența câmpului magnetic.
La o anumită intensitate H a unui câmp magnetic extern într-un mediu nonferromagnetic, inducția magnetică
În mediul feromagnetic, această inducție a câmpului exterior (B0) este însoțită de adăugarea unui câmp magnetic suplimentar J. În acest sens, inducția magnetică rezultată
Pe de altă parte, această inducție magnetică este legată de puterea câmpului magnetic prin relația
Unde urmează acest lucru
Figura 39 prezintă sumarea curbelor de inducție magnetică ale câmpului extern (μ0H) și inducția magnetică a câmpului intern al corpului (μ0J). Adăugând ordonatele funcțiilor μ0 H și μ0 J, obținem o nouă funcție, care se numește curba de magnetizare.
Curba de magnetizare poate fi împărțită în trei zone caracteristice:
Secțiunea Oa, la care inducția magnetică crește aproape proporțional cu intensitatea câmpului;
Secțiunea a, pe care încetinește creșterea inducției magnetice;
Plot dincolo de punctul b. unde se observă o ușoară creștere a inducției.
Fiecare material feromagnetic are propria curbă de magnetizare.
Natura neliniară a curbei de magnetizare arată că permeabilitatea magnetică a materialelor feromagnetice nu este constantă și depinde de rezistența câmpului magnetic.
Un caracter similar al dependenței de H are o permeabilitate magnetică a cărei valoare inițială la H = 0 este μ0 și care tinde asimptotic la același μ0 în stadiul final al schimbării sale. Un grafic aproximativ al dependenței lui μ pe H este prezentat în Fig. b.
7. REMARCARE CICLICĂ. Histerezis.
Dacă luăm un corp feromagnetic într-o stare demagnetizată și începem magnetizarea, adică (fig.41a), până la momentul în care inducția atinge valoarea maximă, se poate obține curba B (H), numită curba de magnetizare inițială (fig.41b).
Dacă reducem curentul în bobină, adică pentru a reduce rezistența câmpului extern, curba va fi situată ușor deasupra curbei de magnetizare. Astfel, curba de demagnetizare nu coincide cu curba de magnetizare. Demagnetizarea nucleului este oarecum întârziată în comparație cu scăderea intensității câmpului. Acest fenomen a fost numit histerezis (lag). Din fig. 41b se poate observa că prin demagnetizare, când intensitatea câmpului este H = 0, inducția magnetică a corpului păstrează o anumită valoare B0. numita inducție magnetică reziduală.
Pentru a aduce inducția magnetică a corpului la zero (pentru a îndepărta inducția reziduală sau a demagnetiza miezul), este necesară schimbarea direcției câmpului exterior (direcția curentului în bobină).
Amploarea intensității câmpului magnetic (Hc) necesară pentru eliminarea inducției reziduale se numește forță coercitivă. Dacă creștem intensitatea câmpului cu o valoare mai mare decât Hc. atunci inducția magnetică va începe să crească, dar cu o polaritate diferită, adică procesul de magnetizare va apărea din nou. La o anumită intensitate a câmpului, inducția magnetică atinge o valoare maximă (-Bmax) la care are loc saturația magnetică a corpului. Astfel, prin modificarea mărimii curentului bobinei și direcția, este posibil să se obțină date pentru construirea unei curbe închise B = f (H), care se numește o buclă de histerezis magnetic. Figura următoare prezintă o curbă care caracterizează întregul proces de remagnetizare ciclică (figura C).
Curba de remagnetizare ciclică se numește buclă de histerezis. În timpul unei inversări de magnetizare ciclică cu o anumită frecvență, se încălzesc materialele feromagnetice, ceea ce indică o cheltuială a unei energii pe inversarea magnetizării.
Mărimea acestor pierderi de energie este cea mai mare, cu atât este mai mare aria delimitată de buclă de histereză.
8. MATERIALE FERROMAGNETICE
Ferromagneții sunt subdivizați în magneți moi și magneți rigizi.
Materialele magnetice moi sunt caracterizate prin magnetizare rapidă și un mic Hc.
Forță care acționează asupra conductorului
Pentru alte valori ale unghiului α, forța este determinată de formula
unde ?? - proiecția segmentului? pe o direcție perpendiculară pe direcția vectorului B.
Direcția forței electromagnetice este întotdeauna perpendiculară pe planul în care se află firul și liniile de inducție magnetică și este convenabil să se determine prin regula mâinii stângi.
Dacă conductorul cu curent aflat sub acțiunea forțelor de câmp se deplasează la o distanță x (fig.46b), atunci munca făcută de câmp? Deci, cum ??. B S = Φ, α = 90 0. atunci
Astfel, lucrarea efectuată atunci când se deplasează un conductor cu un curent nemodificat într-un câmp magnetic uniform este egal cu produsul curentului de pe fluxul magnetic intersectat de conductor.
Într-un câmp magnetic neomogen, lucrați
b) efortul de tracțiune al electromagnetului
Proiectele electromagnetelor de tracțiune sunt diverse și determinate de scopul lor. Dar toate au o înfășurare de magnetizare, o miez magnetic din oțel constând din două părți - fixe și mobile 2. Partea în mișcare a circuitului magnetic (armătură) este magnetizată
în câmpul magnetic al înfășurării cu un curent și este atras de piesa fixă cu o forță (Fig.47)
unde B este inducția magnetică, S este aria secțiunii transversale a polului.
Astfel, bobina cu miezul, peste care curge curentul, atrage întotdeauna o ancoră în sine. Un astfel de dispozitiv este numit un electromagnet.
Electromagneții sunt utilizați în instrumente de măsură, relee, startere magnetice, automate și alte dispozitive. Sunt utilizate pe scară largă pentru ridicarea încărcăturilor. Capacitatea de transport a acestor electromagneți poate ajunge până la câteva tone.
Fluxul magnetic atinge o valoare maximă pentru acest sistem electromagnetic, deoarece diferența de aer dintre miez și armătură este redusă. iar rezistența magnetică devine mai mică.
c) particule încărcate într-un câmp magnetic
Acțiunea unui câmp magnetic pe particule încărcate care se deplasează în afara unui conductor, de exemplu în vid, este utilizată pe scară largă în inginerie. Exemple sunt focalizarea și deplasarea fasciculului de electroni în tuburile cu fascicul de electroni ale televizoarelor, osciloscoape, microscoape electronice, acceleratoare etc.
Pentru a determina forța care acționează asupra unei particule cu încărcătură q care se deplasează într-un câmp magnetic omogen perpendicular pe direcția inducției magnetice B,
utilizați formula? = ??. Vom înlocui în ea? și ??. atunci ajungem
În acest caz? în conformitate cu regula mâinii stângi este direcționată perpendicular pe direcțiile de inducție magnetică și viteza particulei. Din mecanică se știe că sub acțiunea unei forțe constante direcționate perpendicular pe direcția vitezei, corpul (particula) se mișcă de-a lungul circumferinței razei ?? = ?? Într-un plan perpendicular pe direcția liniilor de inducție magnetică. Viteza unghiulară a mișcării (rotație) este egală cu? .
Forța electromagnetică care acționează pe un conductor cu curent? .
pot fi reprezentate ca sumă? forțele care acționează asupra electronilor individuali a căror direcție de mișcare formează în conductor un curent
unde ne = q este cantitatea de energie electrică pe unitatea de volum a conductorului (n = N / V?),
?? volumul conductorului în care este închisă sarcina q,
S = secțiunea transversală a unui conductor cilindric, a? lungimea,
Forța care acționează pe un singur electron? și anume Forța care acționează asupra electronului este proporțională cu inducția magnetică și viteza particulei.
Direcția acestei forțe este determinată de regula mâinii stângi. Și patru degete alungite trebuie îndreptate în direcția opusă direcției de mișcare a electronului.
10. INDUCIUNEA ELECTROMAGNETICĂ
Legea inducției electromagnetice sau legea lui Faraday pentru ingineria electrică este una dintre principalele. Acest fenomen constă în faptul că o forță electromotoare este excitată în circuitul conductiv electric, dacă fluxul magnetic. conectat la acest circuit. schimbat.
Pe baza acestui fenomen, sunt create și funcționează generatoare electrice și motoare, transformatoare, transmițătoare radio și receptoare radio (receptoare de televiziune) și multe altele. Această lege este necesară în studiul circuitelor electrice de curent alternativ. Legea lui M. Faraday a fost deschisă în 1831.
Conductorul AB, se deplasează sub acțiunea forței mecanice FMH stânga la dreapta în câmpul magnetic B (abordat de noi pentru desen), astfel încât aceasta intersectează liniile de inducție magnetică, forța electromotoare de inducție apare. Acest lucru se datorează faptului că electronii liberi ai conductorului AB
se deplasează cu viteza V. V - viteza relativă a conductorului și a câmpului magnetic (figura 48).
Fiecare electron este acționat de forța Lorentz
care este îndreptată de-a lungul conductorului de jos în sus (în conformitate cu regula mâinii stângi). Sub influența acestei forțe electronii sunt deplasate spre capătul superior al conductorului, care creează un exces de sarcină negativă, iar la celălalt capăt al conductorului este format din aceeași magnitudine pe o sarcină pozitivă. Separarea încărcărilor într-un conductor duce la apariția unui câmp electric, adică Forțele Coulomb (?) Apar din părțile încărcate ale conductorului, direcționate deja în jos, adică împotriva forței lui Lorentz.
Separarea încărcărilor într-un conductor se termină atunci când forțele electromagnetice și electrice sunt egale, adică la F = Fc. Egalitatea de forțe înseamnă prezența între capetele conductorului AB a unei diferențe de potențial de stare constantă VA-VB.
Să presupunem că anvelopa este de rulare pe care AB conductor metalic și interconectate printr-un rezistor R. Apoi buclă închisă formată (circuit), în care (a doua) printr-o diferență de potențial ?? un curent electric apare.
Din aceasta rezultă că emf de inducție este
La un unghi α ≠ 90 0, această formulă este înlocuită de proiecția proiecției pe direcția perpendiculară pe direcția inducției magnetice în loc de viteza totală. și apoi se obține o formulă mai generală
Dacă a = 0, adică când se deplasează, conductorul nu intersectează liniile de forță ale câmpului magnetic. dar pe măsură ce se alunecă de-a lungul liniei de forță, emf de inducție este zero.
În cazul în care conductorul de scurtcircuit se deplasează într-un câmp magnetic de la rezistor R, forța electromotoare indusă creează o buclă de curent I. Aceasta interacționează curent cu câmpul magnetic determină o forță de retardare Fm contracarării cauze forță electromotoare, - și aceasta este o manifestare de reguli sau principiul Lenz. Iar formula pentru forța electromotoare necesară pentru a pune semnul minus
Lungimea conductorului ℓ, se deplasează perpendicular pe liniile de forță (α = 90 0) cu o viteză v se extinde dincolo de calea dx dt interval de timp elementar. atunci
Dacă într-un câmp magnetic există o bobină cu numărul de spire N, atunci lungimea activă a sârmei? unde ℓ σр - lungimea medie a unui rând.
Induced emf în bobină
Din fig. poate fi văzut că? La rândul său, B dS = dΦ. atunci
Ultima expresie arată că emf indus este proporțional cu rata de schimbare a fluxului dF / dt.
Această modificare a fluxului poate avea loc atât în direcția creșterii (dF> 0, magnetul este introdus în bobina) și în direcția reducerii debitului (dF 0) auto-inducție EMF previne creșterea curentului. un astfel de emf se numește un antidot. Pe măsură ce curentul din circuit scade (di / dt
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: