ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИЛЫ
В технике широко применяют устройства, в основе работы которых лежит силовое действие магнитного поля (электродвигатели, реле и контакторы, тяговые и подъемные электромагниты, электроизмерительные приборы и др.).
а) Сила, действующая на проводник с током.
Поместим проводник с током I в однородное магнитное поле с магнитной индукцией В. Пусть прямолинейный отрезок провода расположен в пространстве между полюсами постоянного магнита или электромагнита так, что между направлениями магнитной индукции и током угол α=900 (рис.45).
а б
Рис.45
Сила, действующая на проводник
(4-12)
При других значениях угла α силу определяют по формуле
, (4-13)
где - проекция отрезка на направление, перпендикулярное направлению вектора В.
Направление электромагнитной силы всегда перпендикулярно плоскости, в которой лежат провод и линии магнитной индукции и его удобно определять по правилу левой руки.
Если проводник с током под действием сил поля переместился на расстояние х (рис.46 б), то работа совершаемая полем Так как , B S = Ф, α = 900, то
(4-14)
Таким образом, работа, совершаемая при перемещении проводника с неизменяющимся током в однородном магнитном поле, равна произведению тока на пересеченный проводником магнитный поток.
В неоднородном магнитном поле работа
(4-15)
б) Тяговое усилие электромагнита
Конструкции тяговых электромагнитов разнообразны и определяются их назначением. Но все они имеют намагничивающую обмотку, стальной магнитопровод, состоящий из двух частей - неподвижный и подвижный 2. Подвижная часть магнитопровода (якорь) намагничивается
Рис. 47
в магнитном поле обмотки с током и притягивается к неподвижной части с силой (рис.47)
F = B2S/2μ0 , (4-16)
где В- магнитная индукция, S – площадь сечения полюса.
Таким образом, катушка с сердечником, по которой протекает ток, всегда притягивает к себе якорь. Такое устройство называется электромагнитом.
Электромагниты применяют в измерительных приборах, реле, магнитных пускателях, автоматах и др. устройствах. Их широко используют для подъема грузов. Грузоподъемность таких электромагнитов может доходить до нескольких тонн.
Магнитный поток при этом достигает наибольшего значения для данной электромагнитной системы, так как воздушный зазор между сердечником и якорем сокращается, а магнитное сопротивление становится меньшим.
в) Заряженная частица в магнитном поле
Действие магнитного поля на заряженные частицы, движущиеся вне проводника, например в вакууме, широко используется в технике. Примерами могут служит фокусировка и смещение электронного пучка в электроннолучевых трубках телевизоров, осциллографов, электронных микроскопов, в ускорителях и т.д.
Для определения силы, действующей на частицу с зарядом q, движущуюся в однородном магнитном поле перпендикулярно направлению магнитной индукции В, можно
использовать формулу = . Подставим в нее и , тогда получим
= . (4-17)
В данном случае согласно правила левой руки направлена перпендикулярно направлениям магнитной индукции и скорости частицы. Из механики известно, что под действием постоянной по значению силы, направленной перпендикулярно направлению скорости, тело (частица) движется по окружности радиуса = в плоскости, перпендикулярной направлению линий магнитной индукции. Угловая скорость движения (вращения) равна .
Или так.
Электромагнитную силу, действующую на проводник с током ,
можно представить как сумму сил, которые действуют на отдельные электроны, направление движения которых образуют в проводнике ток
(4-18)
где ne = q –количество электричества в единице объема проводника (n=N/V ),
объем проводника, в котором заключен заряд q,
S= сечение цилиндрического проводника, а его длина,
= скорость электрона.
Сила, действующая на отдельный электрон , т.е. сила действующая на электрон пропорциональна магнитной индукции и скорости движения частицы.
Направление этой силы определяется по правилу левой руки. Причем четыре вытянутых пальца, должны быть направлены в сторону, противоположную направлению движения электрона.
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 1169;