Сила взаимодействия двух параллельных проводников с токами

Если взять два параллельных проводника с токами, расположенных на расстоянии а друг от друга, то вокруг каждого из них будет возникать собственное магнитное поле, причем проводник с током I₁ окажется в магнитном поле проводника с током I₂ и наоборот. В результате на проводники будут действовать электромагнитные силы F₁ и F₂, направление которых определяется по правилу левой руки.

Þ провода с токами одинакового направления притягиваются друг к другу с силой F.

Намагничивание ферромагнитных материалов

У ферромагнетиков . Они используются во всех электрических машинах. Если ввести ферромагнитный сердечник в катушку с током, то магнитное поле этой катушки увеличивается в сотки и в тысячи раз.

В ферромагнетиках имеются произвольно намагниченные области, которые называют доменами, или области спонтанного намагничивания. Магнитные поля их направлены хаотически, а результирующее магнитное поле равно «0».

Если такой ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, например – в катушку с током, то домены будут разворачиваться в направлении внешнего магнитного поля, и результирующее поле резко возрастает. При этом говорят, что ферромагнетик намагнитился.

Процесс намагничивания ферромагнетика, помещенного в катушку с током, можно объяснить с помощью кривой намагничивания.

- кривая Столетова

Под действием внешнего поля, создаваемого током в катушке, домены начнут ориентироваться в направлении внешнего поля. Кривую можно разбить на три участка:

1. участок ОА – здесь магнитная индукция растет пропорционально к увеличению напряженности магнитного поля;

2. участок АВ (колено кривой) – здесь рост магнитной индукции замедляется, т.к. большинство доменов уже сориентированы в направлении внешнего поля; пропорциональность между В и Н нарушается;

3. участок ВС – здесь все домены сориентированы в направлении внешнего поля, рост магнитной индукции прекращается. Наступает магнитное насыщения.

 

Перемагничивание ферромагнетиков

Магнитный гистерезис

Если после достижения насыщения сердечника уменьшать ток в катушке (напряженность внешнего поля), то магнитная индукция также будет уменьшаться, т.к. часть доменов вернется в положение, которое они занимали до намагничивания. Однако другая часть останется сориентированной в направлении внешнего магнитного поля.

В точке А внешнее магнитное поле равно нулю, а магнитная индукция не равна нулю. Это значение магнитной индукции называется остаточной магнитной индукцией.

Чтобы размагнитить сердечник необходимо приложить внешнее поле обратного направления и довести его до значения, определяемого отрезком ОВ, который называют коэрцитивной силой. Если продолжать увеличивать внешнее поле, то вновь получим насыщение.

Выводы:

1.Изменение магнитной индукции отстает (запаздывает) во времени от изменения напряженности внешнего поля.

2.Это запаздывание называется магнитным гистерезисом, а кривая намагничивания, характеризующая этот процесс, называется петлей гистерезиса.

3.Перемагничивание ферромагнетиков связано с затратой энергии, которая превращается в тепло. Потери энергии, связанные с процессом перемагничивания, называются потерями гистерезиса.

Величина энергии, затраченной на 1 цикл перемагничивания, пропорциональна площади петли гистерезиса.

При перемагничивании происходит изменение размеров тел (10^-6). Это явление называется магнитострикцией.

Магнитожесткие и магнитомягкие материалы

Магнитомягкие – хорошо намагничиваются и хорошо размагничиваются. Площадь петли гистерезиса у них невелика. Коэрцитивная сила небольшая. Имеют большую магнитную проницаемость.

К ним относится электротехническая сталь, трансформаторная сталь, пермолон (железо с никелем). Они используются во всех электромагнитах.

Магнитожесткие – плохо намагничиваются и плохо размагничиваются. Характеризуются большой площадью петли гистерезиса, большой коэрцитивной силой и остаточной магнитной индукцией.

К ним относятся углеродистые, вольфрамовые, кобальтовые и другие сплавы.

 

Магнитные цепи

Магнитной цепью называют устройство, в котором замыкается магнитный поток. Бывают разветвленные и неразветвленные.

Неразветвленная цепь	Разветвленная цепь

Кроме того, магнитные цепи бывают однородные и неоднородные. Однородные цепи изготавливают из одного материала, они имеют одинаковую площадь сечения.

 

Закон Ома и закон Кирхгофа для магнитных цепей

Закон Ома: магнитное напряжение на любом участке т.к. .

Если , то , где - магнитное сопротивление. .

Магнитный поток прямо пропорционален магнитному напряжению и обратно пропорционален магнитному сопротивлению.

Закон Кирхгофа

1 правило: алгебраическая сумма магнитных токов в точке разветвления равна 0.

2 правило: основано на законе полного тока .

Алгебраическая сумма МДС равна алгебраической сумме магнитных напряжений на отдельных участках цепи.

.

Закон Ома и закон Кирхгофа для расчета магнитных цепей не используют, т.к. магнитное сопротивление, в отличие от электрического, зависит от величины магнитного напряжения.

Для расчета магнитных цепей используют закон полного тока.

 

Электромагниты и реле