Prawo Ohma dla obwodu magnetycznego

Gdyby nie było strumieni magnetycznych, jest mało prawdopodobne, aby istniała współczesna elektrotechnika. Działanie generatorów i silników elektrycznych, elektromagnesów i transformatorów, przyrządów pomiarowych i czujników Halla opiera się na wykorzystaniu pola magnetycznego i właściwości strumienia magnetycznego.

Aby skoncentrować i wzmocnić strumień magnetyczny, uciekają się do użycia materiałów ferromagnetycznych. Produkowane są materiały ferromagnetyczne rdzenie magnetyczne — korpusy o wymaganych kształtach i rozmiarach, rdzenie do kierowania strumieni magnetycznych o takim lub innym rozmiarze w wymaganym kierunku. Takie ciała, wewnątrz których przechodzą zamknięte linie indukcji magnetycznej, nazywane są obwodami magnetycznymi.

Znane własności pola magnetycznego umożliwiają obliczenie strumieni magnetycznych w różnych obwodach magnetycznych. Ale w przypadku praktycznej pracy znacznie wygodniej jest odwołać się do ogólnych konsekwencji i praw obwodów magnetycznych wywodzących się z praw pola magnetycznego, zamiast bezpośrednio używać tych praw za każdym razem. Stosowanie pewnych reguł do obwodów magnetycznych jest wygodniejsze w rozwiązywaniu typowych problemów praktycznych.

Rozważmy na przykład prosty obwód magnetyczny składający się z nierozgałęzionego jarzma o przekroju S, które z kolei jest wykonane z materiału o przepuszczalność mi… Jarzmo ma niemagnetyczną szczelinę o tej samej powierzchni S, na przykład powietrze, a przenikalność magnetyczna w szczelinie — mu1 — jest różna od przenikalności magnetycznej jarzma. Tutaj możesz spojrzeć na średnią linię indukcji i zastosować do niej twierdzenie o napięciu magnetycznym:

Ponieważ linie indukcji magnetycznej są ciągłe w całym obwodzie, wielkość strumienia magnetycznego zarówno w jarzmie, jak iw szczelinie jest taka sama. Teraz używamy wzorów na Indukcja magnetyczna B i aby strumień magnetyczny F wyrażał siłę H pola magnetycznego w kategoriach strumienia magnetycznego F.

Następnym krokiem jest podstawienie otrzymanych wyrażeń do powyższego wzoru twierdzenia o strumieniu magnetycznym:

Otrzymaliśmy wzór bardzo podobny do znanego w elektrotechnice Prawo Ohma dla odcinka obwodu zamkniętego, a rolę pola elektromagnetycznego odgrywa tutaj wielkość iN, zwana przez analogię do siły elektromotorycznej siłą magnetomotoryczną (lub MDF). W układzie SI siła magnetomotoryczna jest mierzona w amperach.

Suma w mianowniku to nic innego jak analogia całkowitego oporu elektrycznego dla obwodu elektrycznego, a dla obwodu magnetycznego nazywana jest odpowiednio całkowitym oporem magnetycznym. Wyrażenia w mianowniku to rezystancje magnetyczne poszczególnych odcinków obwodu magnetycznego.

Rezystancje magnetyczne zależą od długości obwodu magnetycznego, jego pola przekroju poprzecznego i przenikalności magnetycznej (podobnie jak przewodność elektryczna dla zwykłego prawa Ohma).W rezultacie możesz napisać wzór prawa Ohma, tylko dla obwodu magnetycznego:

Oznacza to, że sformułowanie prawa Ohma w odniesieniu do obwodu magnetycznego brzmi następująco: „w obwodzie magnetycznym bez rozgałęzień strumień magnetyczny jest równy ilorazowi podziału MDS przez całkowity opór magnetyczny obwodu”.

Ze wzorów wynika, że ​​opór magnetyczny w NE jest mierzona w amperach Webera, a całkowity opór magnetyczny obwodu magnetycznego jest liczbowo równy sumie oporów magnetycznych części tego obwodu magnetycznego.

Opisana sytuacja dotyczy nierozgałęzionego obwodu magnetycznego, który zawiera dowolną liczbę części, pod warunkiem, że strumień magnetyczny kolejno przenika wszystkie te części. Jeśli rdzenie magnetyczne są połączone szeregowo, całkowity opór magnetyczny oblicza się, dodając opór magnetyczny części.

Rozważmy teraz doświadczenie, które demonstruje wpływ reluktancji części obwodu na całkowitą reluktancję obwodu.Obwód magnetyczny w kształcie litery U jest magnesowany przez cewkę 1, która jest zasilana (prądem przemiennym) przez amperomierz i reostat. W uzwojeniu wtórnym 2 indukowana jest siła elektromotoryczna, a odczyty woltomierza podłączonego do uzwojenia, jak wiadomo, są proporcjonalne do strumienia magnetycznego w obwodzie magnetycznym.

Jeśli teraz utrzymasz niezmieniony prąd w uzwojeniu pierwotnym, regulując go za pomocą reostatu i jednocześnie dociskając żelazną płytkę do obwodu magnetycznego powyżej, po tym, jak całkowity opór magnetyczny obwodu zostanie znacznie zmniejszony, odczyt woltomierz odpowiednio wzrośnie.

Oczywiście powyższe terminy, takie jak "magnetorezystancja" i "siła magnetomotoryczna", są pojęciami formalnymi, ponieważ nic w strumieniu magnetycznym się nie porusza, nie ma tam żadnych poruszających się cząstek, jest to tylko wizualna reprezentacja (jak model przepływu płynu) lepsze zrozumienie prawa...

Fizyczne znaczenie powyższego eksperymentu i innych podobnych eksperymentów polega na zrozumieniu, w jaki sposób wprowadzenie szczelin niemagnetycznych i materiałów magnetycznych do obwodu magnetycznego wpływa na strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym.

Wprowadzając np. magnes do obwodu magnetycznego, do ciał już zawartych w obwodzie dodajemy dodatkowe prądy molekularne, które wprowadzają dodatkowe strumienie magnetyczne. Pojęcia formalne, takie jak „opór magnetyczny” i „siła magnetomotoryczna”, okazują się bardzo wygodne przy rozwiązywaniu praktycznego problemu, dlatego z powodzeniem są stosowane w elektrotechnice.