Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Моделирование плоскопараллельных электростатических и магнитных полей током в проводящем листе
Цель работы: Действие электрического и магнитного полей на электротехнические материалы, моделирование полей. Оборудование: Источник питания, набор планшетов, вольтметр, приложения. Краткая теория Известно, что электростатическое поле в области, где нет свободных зарядов, а также постоянное магнитное поле в области, где нет токов, описывается такими же уравнениями, как и поле постоянного тока в проводящей среде вне источников энергии, в частности, уравнением Лапласа: 7.1 Поскольку уравнение Лапласа имеет единственное решение при заданных граничных условиях, то при подобных граничных условиях в диэлектрике и в проводящей среде распределение потенциала будет одинаковым в обеих средах. Это подобие позволяет моделировать как электростатические, так и магнитные поля полем электрического тока в проводящей среде. Соблюдение подобных граничных условий сводится к геометрическому подобию областей, в которых исследуется поле. Плоский проводящий лист позволяет моделировать распределение электрического потенциала или магнитных силовых линий в сечении плоскопараллельного поля, перпендикулярном длинным заряженным проводникам или проводникам с током. Эквипотенциальные линии в проводящем листе соответствуют эквипотенциальным линиям в электростатическом поле между заряженными проводниками. При моделировании магнитного поля эквипотенциальные линии в проводящем листе соответствуют магнитным силовым линиям при протекании тока в проводниках. Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле, создаваемое током, пропорционально току — чем больше ток, тем сильнее поле. Магнитное поле создается в любой среде (воздух, керамика, медь и т. п) Некоторые исключительные материалы называют ферромагнитными, (кобальт, разные стали, чугун и т. п.). Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, значение которого определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд (силу Лоренца) и на тела, имеющие магнитный момент. Единица магнитной индукции в СИ называется Тесла (Тл). Магнитные свойства заключены не только в теле самого магнита с его полюсами, но и в окружающем его пространстве. В пространстве, окружающем магнит, существует магнитное поле. Магнитное поле — один из видов материи, один из видов ее проявления. Магнитное поле может наблюдаться как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. В магнитном поле заключена энергия. В самом деле, под действием магнитного поля возникают силы, приводящие в движение тела. За счет энергии, запасенной в магнитном поле, совершается работа. Известны два основных эффекта воздействия внешнего магнитного поля на вещество. Во-первых, при наличии внешнего магнитного поля каждый атом в целом получает дополнительное вращение, хотя внутреннее движение электронов в атоме при этом не изменяется. Это вращение приводит к возникновению индуцированного магнитного момента атома, направленного противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля. Это явление называется диамагнетизмом. Диамагнетизмом обладает любое вещество. Но практически диамагнетизм обнаруживается только в тех веществах, у которых атомы не обладают собственным магнитным моментом. Во-вторых, если атомы вещества обладают отличными от нуля магнитными моментами (спиновыми, орбитальными или тем и другим), то внешнее поле будет стремиться ориентировать эти магнитные моменты вдоль своего направления. В результате возникает параллельный полю магнитный момент, который называется парамагнитным, а такие вещества соответственно называются парамагнетиками. Существенное влияние на магнитные свойства вещества могут оказать также внутренние взаимодействия между микрочастицами — носителями магнитных моментов. В некоторых случаях благодаря этим взаимодействиям оказывается энергетически выгоднее, чтобы в веществе существовала самопроизвольная, не зависящая от внешнего поля, упорядоченность в ориентации магнитных моментов частиц. Вещества, в которых атомные магнитные моменты самопроизвольно ориентированы параллельно друг другу, называются ферромагнетиками. Особенностями ферромагнетиков являются: 1) большое значение магнитной проницаемости; 2) сохранение намагниченности после прекращения действия магнитного поля; 3) магнитная проницаемость не является постоянной величиной. Большая магнитная проницаемость ферромагнетиков используется в различных электрических устройствах для усиления магнитных полей. Непостоянство магнитной проницаемости существенно затрудняет расчеты. Вследствие этого при расчетах магнитных цепей с ферромагнетиками используется графическое изображение зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля (рис. 7.1) для данного материала (кривая намагничивания). Магнитная индукция сперва круто возрастает с увеличением Н, затем скорость ее роста уменьшается, и, наконец, начиная с некоторого значения напряженности внешнего поля Н, дальнейшее ее увеличение не дает увеличения В, что соответствует горизонтальному участку графика. Это явление носит название магнитного насыщения. Картины, получаемые посредством опилок, дают наглядное представление о поле.
Рис. 7.1 Магнитное поле стержневого магнита и проводника с током
На рис изображено магнитное поле катушки. Если свернуть провод спиралью, намотав его как катушку, одинаково то направленные поля отдельных витков сложатся друг с другом, усиливая поле внутри катушки. Направление магнитной линии совпадает с осью катушки, и поле достигает там наибольшей величины. Собранная установка для моделирования плоскопараллельного электростатического поля с одним из планшетов показана на рис. 7.2. Остальные четыре планшета – на рис. 7.3. Планшеты №№ 1, 2, 3, 4 (рис. 7.3) используются для моделирования электростатических полей заряженных длинных проводов соответствующих сечений. Планшет №1и, в меньшей степени, №3 и №4 пригодны также и для моделирования магнитного поля двухпроводной линии с током, на планшете №5 моделируется магнитное поле между полюсами и в зазоре явнополюсной электрической машины. На планшетах №3 и №4 при моделировании магнитного поля граничные условия обеспечиваются неточно, поэтому картина поля вблизи проводников, полученная с помощью модели. несколько отличается от реальной. Экспериментальная часть Задание 1 |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 1152; Нарушение авторского права страницы