По аналогии с электрической цепью под магнитной цепью понимается
совокупность устройств, обеспечивающих возможность создания магнитного потока. Магнитная цепь содержит магнитопровод (предназначенный для замыкания и усиления магнитного потока), а также катушку, выполненную из проводника (предназначенную для протекания электрического тока и создания магнитного потока), которая питается от источника постоянного электрического тока. Магнитопроводы выполняются из ферромагнитных материалов и могут иметь различные длины и сечения, а также воздушные промежутки. Ферромагнитные материалы – это железо, никель, кобальт, их сплавы.
Приведём пример конструктивной схемы неразветвлённой магнитной цепи (рис.5.3).
Магнитопровод содержит два участка:
1-й участок длиной l 1, сечением S 1;
2-й участок длиной l 2, сечением S 2.
Катушка содержит число витков w.
К катушке подведено напряжение U, под действием которого протекает намагничивающий ток I. В результате будет наблюдаться явление электромагнетизма: катушка с намагничивающим током I создаст магнитный поток Ф.
Вопросы для самоконтроля
1. Что понимается под магнитной цепью?
2. Назовите основные элементы магнитной цепи.
3. Укажите назначение магнитопровода.
4. Из каких материалов изготавливаются магнитопроводы?
5. Перечислите ферромагнитные материалы.
6. Приведите пример конструктивной схемы простейшей магнитной цепи.
Кривая намагничивания
Для однородного магнитного поля известен закон полного тока:
намагничивающая сила (произведение числа витков катушки на силу тока) прямо пропорциональна произведению напряженности
магнитного поля на длину магнитопровода:
F = wI = Hl, (5.6)
где F – намагничивающая сила катушки, А;
w – число витков катушки;
I – сила тока, протекающего в катушке, А;
Н – напряженность магнитного поля, А / м;
l – длина магнитопровода катушки, м.
.
Из (5.6) можно найти зависимость напряжённости магнитного поля от
намагничивающего тока:
. (5.7)
Если по катушке пропускать электрический ток, изменяя силу электрического тока от нуля до определенного значения, то в соответствии с (5.4) будет изменяться и магнитная индукция по закону:
В = mс Н. (5.8)
Магнитный поток будет изменяться по закону:
Ф = mс Н S. (5.9)
Из курса физики известно, что с ростом магнитного потока в ферромагнетике его магнитная проницаемость будет уменьшаться. Поэтому зависимость Ф = f (Н) или В = f (Н) будет нелинейной. Такая кривая называется кривой намагничивания (рис.5.4), которая впервые была экспериментально установлена для мягкого железа русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым в 1871 году.
Как видно из кривой намагничивания на рис.5.4 с ростом напряжённости
постепенно наступает насыщение ферромагнитного материала и магнитная индукция далее практически не возрастает.
Вопросы для самоконтроля
1. Сформулируйте закон полного тока для однородного магнитного поля.
2. Запишите математически и расшифруйте закон полного тока
для однородного магнитного поля.
3. Что понимается под намагничивающей силой?
4. Запишите определяющую формулу намагничивающей силы.
5. Получите единицу намагничивающей силы из определяющей формулы.
6. Получите напряжённость магнитного поля из закона полного тока.
7. Что представляет собой кривая намагничивания?
8. Изобразите графически кривую намагничивания и объясните её.
Петля гистерезиса
Если сначала увеличивать силу тока до режима насыщения (рис.5.5), а потом его уменьшать, то зависимость В = f (Н) уже проходит выше (отрезок 1). Для того, чтобы магнитная индукция уменьшилась до нуля, необходимо ток пропускать
в обратном направлении (отрезок 2). Если далее в обратном направлении
пропускать ток, то постепенно наступает насыщение (отрезок 3). Если теперь ток уменьшать до нуля, то зависимость В = f (Н) будет иметь вид отрезка 4. Изменяем направление тока и при определенном значении силы тока магнитная индукция
равна нулю (отрезок 5). Повышая силу тока далее, постепенно наступает насыщение (отрезок 6). Таким образом, мы получили зависимость В = f (Н) в виде так называемой петли гистерезиса.
Из курса физики
известно, что площадь
петли гистерезиса прямо пропорциональна потерям энергии на перемагничивание магнитопровода.
Вопросы для самоконтроля
1. Изобразите графически петлю гистерезиса (перемагничивания) и объясните её.
2. Каким явлением сопровождается перемагничивание магнитопровода?
3. От чего зависят потери энергии на перемагничивание.