Het magnetische veld en zijn parameters, magnetische circuits

Onder de term «magnetisch veld» is het gebruikelijk om een ​​bepaalde energieruimte te begrijpen waarin de krachten van magnetische interactie zich manifesteren. Ze betreffen:

• afzonderlijke stoffen: ferrimagneten (metalen - voornamelijk gietijzer, ijzer en hun legeringen) en hun klasse van ferrieten, ongeacht de staat;

• bewegende lasten van elektriciteit.

Ze worden fysieke lichamen genoemd die een gemeenschappelijk magnetisch moment hebben van elektronen of andere deeltjes van permanente magneten... Hun interactie wordt getoond op de foto. magnetische veldlijnen.

Ze worden gevormd nadat een permanente magneet op de achterkant van een kartonnen plaat is aangebracht met een gelijkmatige laag ijzervijlsel. De afbeelding toont een duidelijke markering van de Noordpool (N) en Zuidpool (Z) met de richting van de veldlijnen ten opzichte van hun oriëntatie: de uitgang van de Noordpool en de ingang naar de Zuidpool.

Hoe een magnetisch veld ontstaat

De bronnen van het magnetische veld zijn:

• permanente magneten;

• mobiele kosten;

• tijdsvariërend elektrisch veld.

Elk kind op de kleuterschool kent de werking van permanente magneten.Hij moest immers al beeldmagneten boetseren, uit pakjes met allerlei lekkers, op de koelkast.

Elektrische ladingen in beweging hebben meestal een aanzienlijk hogere magnetische veldenergie dan permanente magneten… Het wordt ook wel aangeduid met krachtlijnen. Laten we de regels analyseren voor hun tekening voor een rechte draad met stroom I.

De lijn van het magnetische veld wordt getrokken in een vlak loodrecht op de beweging van de stroom, zodat op elk van zijn punten de kracht die op de noordpool van de magnetische naald inwerkt, tangentieel aan deze lijn wordt gericht. Dit creëert concentrische cirkels rond de bewegende lading.

De richting van deze krachten wordt bepaald door de bekende schroef- of rechtse schroefregel.

gimlet-regel

Het is noodzakelijk om de cardanische ophanging coaxiaal met de huidige vector te plaatsen en de hendel zo te draaien dat de voorwaartse beweging van de cardanische ophanging samenvalt met zijn richting. Vervolgens wordt de oriëntatie van de magnetische veldlijnen aangegeven door aan de hendel te draaien.

In een ringgeleider valt de roterende beweging van het handvat samen met de richting van de stroom en geeft de translatiebeweging de oriëntatie van de inductie aan.

Magnetische veldlijnen verlaten altijd de Noordpool en komen de Zuidpool binnen. Ze lopen door in de magneet en worden nooit geopend.

Zie hier voor meer details: Hoe de cardanische regel werkt in de elektrotechniek

Regels voor interactie van magnetische velden

Magnetische velden van verschillende bronnen vormen bij elkaar het resulterende veld.

In dit geval worden magneten met tegenovergestelde polen (N - S) tot elkaar aangetrokken, en met dezelfde namen (N - N, S - S) - ze stoten elkaar af.De krachten van interactie tussen de polen zijn afhankelijk van de afstand ertussen. Hoe dichter de polen worden verschoven, hoe meer kracht wordt gegenereerd.

Basiskenmerken van het magnetische veld

Ze bevatten:

• magnetische inductievector (V);

• magnetische flux (F);

• fluxkoppeling (Ψ).

De intensiteit of kracht van de impact van het veld wordt geschat door de waardevector van de magnetische inductie... Het wordt bepaald door de waarde van de kracht «F» gecreëerd door de passerende stroom «I» door een draad met lengte «l ». V= F / (I ∙ l)

De meeteenheid van magnetische inductie in het SI-systeem is Tesla (ter nagedachtenis aan de natuurkundige die deze verschijnselen bestudeerde en beschreef met behulp van wiskundige methoden). In de Russische technische literatuur wordt het aangeduid als "T", en in internationale documentatie wordt het symbool "T" overgenomen.

1 T is de inductie van zo'n uniforme magnetische flux die met een kracht van 1 newton per meter lengte inwerkt op een rechte draad loodrecht op de richting van het veld als er een stroom van 1 ampère door die draad gaat.

1T = 1 ∙ N / (A ∙ m)

Vectorrichting V bepaald door de linkerhandregel.

Als je de palm van je linkerhand in een magnetisch veld plaatst zodat de krachtlijnen van de Noordpool haaks de handpalm binnenkomen en vier vingers in de richting van de stroom in de draad plaatst, dan geeft de uitstekende duim de richting van de kracht die op die draad werkt.

In het geval dat de geleider met een elektrische stroom niet loodrecht op de magnetische veldlijnen staat, zal de kracht die erop inwerkt evenredig zijn met de waarde van de stroom die vloeit en de component van de projectie van de lengte van de geleider met een stroom op een vlak dat zich in een loodrechte richting bevindt.

De kracht die op een elektrische stroom inwerkt, is niet afhankelijk van de materialen waaruit de geleider is gemaakt en de dwarsdoorsnede ervan. Zelfs als deze draad helemaal niet bestaat en de bewegende ladingen in een andere omgeving tussen de magnetische polen gaan bewegen, zal deze kracht op geen enkele manier veranderen.

Als binnen het magnetische veld op alle punten de vector V dezelfde richting en grootte heeft, dan wordt zo'n veld als uniform beschouwd.

Elke omgeving met magnetische eigenschappen, beïnvloedt de waarde van de inductievector V.

Magnetische flux (F)

Als we kijken naar de passage van magnetische inductie door een bepaald gebied S, dan wordt de inductie beperkt tot zijn grenzen magnetische flux genoemd.

Wanneer het gebied schuin staat onder een hoek α ten opzichte van de richting van magnetische inductie, neemt de magnetische flux af met de cosinus van de hellingshoek van het gebied. De maximale waarde wordt gecreëerd wanneer het gebied loodrecht staat op de penetrerende inductie. Ф = В S

De meeteenheid van magnetische flux is 1 weber, bepaald door de passage van een inductie van 1 tesla door een oppervlakte van 1 vierkante meter.

Streaming-verbinding

Deze term wordt gebruikt om de totale hoeveelheid magnetische flux te verkrijgen die wordt gegenereerd door een bepaald aantal stroomgeleiders die zich tussen de polen van een magneet bevinden.

Voor het geval dat dezelfde stroom I door de wikkeling van de spoel gaat met het aantal windingen n, dan wordt de totale (verbonden) magnetische flux van alle windingen de fluxkoppeling Ψ genoemd.

Ψ = n Ф… De eenheid van stroommeting is 1 weber.

Hoe een magnetisch veld ontstaat uit een wisselend elektrisch veld

Het elektromagnetische veld dat in wisselwerking staat met elektrische ladingen en lichamen met magnetische momenten is een combinatie van twee velden:

• elektrisch;

• magnetisch.

Ze zijn met elkaar verbonden, ze zijn een combinatie van elkaar, en wanneer de ene in de loop van de tijd verandert, treden bepaalde afwijkingen op in de andere. Wanneer bijvoorbeeld een wisselend sinusvormig elektrisch veld wordt gecreëerd in een driefasige generator, wordt hetzelfde magnetische veld gelijktijdig gevormd met de kenmerken van soortgelijke wisselende harmonischen.

Magnetische eigenschappen van stoffen

In verband met de interactie met een extern magnetisch veld worden stoffen onderverdeeld in:

• antiferromagneten met gebalanceerde magnetische momenten, waardoor een zeer kleine mate van magnetisatie van het lichaam wordt gecreëerd;

• diamagneten met de eigenschap het interne veld te magnetiseren tegen de werking van het externe veld in. Als er geen extern veld is, manifesteren hun magnetische eigenschappen zich niet;

• paramagneten met de eigenschappen van het magnetiseren van het interne veld in de richting van de externe actie, die een kleine mate hebben magnetisme;

• ferromagnetische eigenschappen zonder aangelegd extern veld bij temperaturen onder het Curie-punt;

• ferrimagneten met ongebalanceerde magnetische momenten in grootte en richting.

Al deze eigenschappen van stoffen hebben verschillende toepassingen gevonden in moderne technologieën.

Magnetische circuits

Deze term wordt een set van verschillende magnetische materialen genoemd waar een magnetische flux doorheen gaat.Ze zijn analoog aan elektrische circuits en worden beschreven door de overeenkomstige wiskundige wetten (totale stroom, Ohm, Kirchhoff, enz.). Kijk - Basiswetten van de elektrotechniek.

Gebaseerd berekeningen van magnetische circuits alle transformatoren, inductoren, elektrische machines en vele andere apparaten werken.

In een werkende elektromagneet gaat de magnetische flux bijvoorbeeld door een magnetisch circuit gemaakt van ferromagnetisch staal en lucht met uitgesproken non-ferromagnetische eigenschappen. De combinatie van deze elementen vormt het magnetische circuit.

De meeste elektrische apparaten hebben magnetische circuits in hun ontwerp. Lees er meer over in dit artikel — Magnetische circuits van elektrische apparaten

Lees ook over dit onderwerp: Voorbeelden van berekeningen van magnetische circuits