Меню

Исследование магнитного поля электрического тока

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

  • магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
  • магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются ( рис. 1 ).

магнитное поле

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом ( рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему ( рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток ( рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. В каждой точке он направлен по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, а сила, действующая в этом поле на заряд, направлена по касательной к линии в каждой ее точке. В отличие от электрического, линии магнитного поля замкнуты, что связано с отсутствием в природе «магнитных зарядов».

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита ( рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа ( рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.

Направление силы определяется правилом левой руки:

Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к его силовым линиям, подобно электрической силе, а перпендикулярна им. На проводник, расположенный вдоль силовых линий, магнитная сила не действует.

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Отношение не зависит от свойств проводника и характеризует само магнитное поле.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

В системе СИ единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл):

Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы

(Взаимодействие магнитов, опыт Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое изображение магнитных полей, линии магнитной индукции. Магнитный поток, энергетическая характеристика поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства вещества, гипотеза Ампера)

магнитное поле

изображение магнитных полей

магнитные силы

движение заряженных частиц в магнитном поле

Дополнительные материалы по теме: Электромагнитные явления

Конспект по теме «Магнитное поле. Теория, формулы, схемы».

Источник

Магнитное поле тока, магнитный ток.

Магнитное поле тока представляет собой силовое поле, воздействующее на электрические заряды и на тела, находящиеся в движении и имеющие магнитный момент, вне зависимости от состояния их движения. Магнитное поле является частью электромагнитного поля.

Ток заряженных частиц либо магнитные моменты электронов в атомах создают магнитное поле. Также, магнитное поле возникает в результате определенных временных изменений электрического поля.

Вектор индукции магнитного поля В представляет собой главную силовую характеристику магнитного поля. В математике В = В (X,Y,Z) определяется как векторное поле. Это понятие служит для определения и конкретизации физического магнитного поля. В науке зачастую вектор магнитной индукции попросту, для краткости, именуется магнитным полем. Очевидно, что такое применение допускает некоторую вольную трактовку этого понятия.

Ещё одной характеристикой магнитного поля тока есть векторные потенциал.

Векторный потенциал

В научной литературе часто можно встретить, что в качестве главной характеристики магнитного поля, в условиях отсутствия магнитной среды (вакууме), рассматривается вектор напряжённости магнитного поля. Формально, такая ситуация вполне приемлема, поскольку в вакууме вектор напряженности магнитного поля H и вектор магнитной индукции B совпадают. В тоже время, вектор напряженности магнитного поля в магнитной среде не наполнен тем же физическим смыслом, и является второстепенной величиной. Исходя из этого при формальной равенства этих подходов для вакуума, систематическая точка зрения рассматривает вектор магнитной индукции основной характеристикой магнитного поля тока.

основной характеристикой магнитного поля

Магнитное поле, безусловно, представляет собой особенный вид материи. С помощью этой материи происходит взаимодействие между обладающими магнитным моментом и движущимися заряженными частицами либо телами.

Специальная теория относительности рассматривает магнитные поля как следствие существования самих электрических полей.

В совокупности магнитное и электрическое поля формируют электромагнитное поле. Проявлениями электромагнитного поля является свет и электромагнитные волны.

Читайте также:  Измеритель переменного тока с жк дисплеем

Магнитное поле тока

Квантовая теория магнитного поля рассматривает магнитное взаимодействие как отдельный случай электромагнитного взаимодействия. Он переносится безмассовым бозоном. Бозон представляет собой фотон — частицу, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля.

Порождается магнитное поле либо током заряженных частиц, либо трансформирующимся во временном пространстве электрическим полем, либо собственными магнитными моментами частиц. Магнитные моменты частиц для однообразного восприятия формально сводятся к электрическим токам.

Вычисление значения магнитного поля.

Простые случаи позволяют вычислить значения магнитного поля проводника с током по закону Био-Савара-Лапласа, либо при помощи теоремы о циркуляции. Таким же образом может быть найдено значение магнитного поля и для тока, произвольно распределённого в объёме или пространстве. Очевидно, эти законы применимы для постоянных либо относительно медленно изменяющихся магнитных и электрических полей. То есть, в случаях наличия магнитостатики. Более сложные случаи требуют вычисления значения магнитного поля тока согласно уравнений Максвелла.

Проявление наличия магнитного поля.

Основным проявлением магнитного поля является влияние на магнитные моменты частиц и тел, на заряженные частицы находящиеся в движении. Силой Лоренца называется сила, которая воздействует на электрически заряженную частицу, которая движется в магнитном поле. Эта сила имеет постоянно выраженную перпендикулярную направленность к векторам v и B. Она также имеет пропорциональное значение заряду частицы q, составляющей скорости v, осуществляющейся перпендикулярно направлению вектора магнитного поля B, и величине, которая выражает индукцию магнитного поля B. Сила Лоренца согласно Международной системе единиц имеет такое выражение: F = q [v, B], в системе единиц СГС: F = q / c [v, B]

Векторное произведение отображено квадратными скобками.

В результате влияния силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы, магнитное поле и может осуществлять воздействие на проводник с током. Силой Ампера является сила, действующая на проводник с током. Составляющими этой силы считаются силы, воздействующие на отдельные заряды, которые движутся внутри проводника.

Явление взаимодействия двух магнитов.

Явление магнитного поля, которое мы можем встретить в повседневной жизни, получило название взаимодействие двух магнитов. Оно выражается в отталкивании друг от друга одинаковых полюсов и притяжении противоположных полюсов. С формальной точки зрения описать взаимодействия между двумя магнитами как взаимодействие двух монополей, является достаточно полезной, реализуемой и удобной идеей. В то же время, детальный анализ свидетельствует, что в действительности это не совсем верное описание явления. Основным вопросом, остающимся без ответа в рамках такой модели, является, почему монополя не могут быть разделены. Собственно, экспериментально доказано, что любое изолированное тело не имеет магнитный заряд. Также эту модель невозможно применить к магнитному полю, созданному макроскопическим током.

С нашей точки зрения, правильно считать, что сила, действующая на магнитный диполь, находящийся в неоднородном поле, стремится развернуть его таким образом, чтобы магнитный момент диполя имел одинаковое с магнитным полем направление. Однако нет магнитов, которые подвержены воздействию суммарной силы со стороны однородного магнитного поля тока. Сила, которая действует на магнитный диполь с магнитным моментом m выражается следующей формулой:

Магнитное поле тока, магнитный ток.

.

Действующая на магнит сила со стороны неоднородного магнитного поля, выражается суммой всех сил, которые определяются данной формулой, и воздействующих на элементарные диполи, которые составляют магнит.

Электромагнитная индукция.

В случае изменения во времени потока вектора магнитной индукции через замкнутый контур, в этом контуре формируется ЭДС электромагнитной индукции. Если контур неподвижен, она порождается вихревым электрическим полем, которое возникает в результате изменения магнитного поля со временем. Когда магнитное поле не изменяется со временем и нет изменений потока из-за движения контура-проводника, то ЭДС порождается силой Лоренца.

Источник

Магнитное поле

Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

магнетит

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой – на ЮГ.

магнетит на воде

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

китайский древний компас

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

древний компас со стрелкой

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец – южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм “Южный парк”, он же Сауз (South) парк).

сауз парк

Магнитные линии и магнитный поток

Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.

линии магнитного поля

Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.

Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии – они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.

замкнутые магнитные линии

Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов

взаимодействие разноименных магнитных полей

Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание

взаимодействие одноименных полюсов магнита

Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.

  • Магнитные линии не поддаются гравитации.
  • Никогда не пересекаются между собой.
  • Всегда образуют замкнутые петли.
  • Имеют определенное направление с севера на юг.
  • Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
  • Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.

Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.

Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке “а” или на рисунке “б”?

плотность магнитного потока

Видим, что на рисунке “а” мало силовых магнитных линий, а на рисунке “б” их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке “б” больше, чем на рисунке “а”.

В физике формула магнитного потока записывается как

Читайте также:  Что движет ток в проводнике

формула магнитного потока

Ф – магнитный поток, Вебер

В – плотность магнитного потока, Тесла

а – угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах

S – площадь, через которую проходит магнитный поток, м 2

магнитный поток

Что же такое 1 Вебер? Один вебер – это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м 2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.

Напряженность магнитного поля

Формула напряженности

Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: “напряженность между ними все росла и росла”. То есть по сути напряженность – это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой

напряженность магнитного поля формула

H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр

B – плотность магнитного потока, Тесла

μ – магнитная постоянная = 4π × 10 -7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10 -6 Генри/метр.

Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.

напряженность магнитного поля в веществе формула

μ – это относительная магнитная проницаемость.

У разных веществ она разная

магнитная проницаемость веществ

Напряженность магнитного поля проводника с током

Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.

напряженность проводника с током

Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой

напряженность магнитного поля проводника с током

H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр

I – сила тока, текущая через проводник, Ампер

r – расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

правило буравчика

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

саморез

Ввинчиваем по часовой стрелке – саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам – кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

направление электрического тока

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

суммирование магнитного поля

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

сумма магнитных полей

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

соленоид

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

плотность магнитного потока в соленоиде

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

принцип работы соленоида

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала – феррита.

многообмоточная катушка

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС – электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог – МДС – магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

многообмоточная катушка

I – это сила тока в катушке, Амперы

N – количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Похожие статьи по теме “магнитное поле”

Источник



Исследование магнитного поля электрического тока с использованием индукционного измерительного преобразования

Измерительная техника Электрический ток

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Томский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДУКЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

по курсу “Физические основы получения информации”

Лабораторная работа №1

²ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДУКЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ²

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Для реализации многих измерительных преобразований требуется создавать в некоторой области пространства постоянное или переменное магнитное поле. Наибольшее распространение получил источник магнитного поля, представляющий собой обмотку с электрическим током.

При использовании магнитного поля для измерительных преобразований важно знать не только значения напряженности или индукции магнитного поля в некоторой точке пространства в определенный момент времени, но и пространственно-временное распределение этих величин, что дает возможность получать дополнительную информацию об объекте измерения.

В данной работе исследуется пространственное распределение напряженности магнитного поля круглой и вытянутой прямоугольной плоских обмоток, по которым протекает переменный электрический ток. В общем случае, для произвольной точки пространства с координатами X, Y, Z (рис. 1), вектор напряженности магнитного поля обмотки с током имеет три пространственные составляющие , описываемые достаточно сложными и громоздкими уравнениями.

На оси OY магнитные поля обмоток имеют только одну пространственную составляющую HY, зависимости которой от координаты Y для той и другой обмоток описываются относительно простыми выражениями, приводимыми ниже. Здесь и далее для исключения влияния на результат тока обмотки будем определять не абсолютные значения напряженности магнитного поля, а нормированные относительные значения . В качестве нормирующего значения напряженности удобно использовать ее значение в точке с координатами X = 0; Y = A; Z = 0, где А — диаметр круглой обмотки или ширина прямоугольной обмотки. Значение А будем использовать для нормирования значений координат: x = X /A; y = Y /A; z = Z /A.

Для круглой обмотки на ее оси:

Для прямоугольной обмотки при условии L>>A и Y>>L можно воспользоваться выражениями для двухпроводной линии:

В случае если расстояние R от центра обмотки до точки в пространстве, где определяется напряженность магнитного поля, значительно превышает размеры обмотки (рис.2) можно воспользоваться для определения пространственных составляющих вектора напряженности возбуждающего магнитного поля в плоскости Z = 0 приближенными выражениями:

Данные выражения позволяют осуществить анализ топографии магнитного поля.

Напряженность магнитного поля может быть измерена с использованием индукционного измерительного преобразования, основанного на явлении электромагнитной индукции, суть которого заключается в возникновении в замкнутом контуре, пронизываемом изменяющимся во времени потоком магнитной индукции Ф, эдс. индукции е, равной скорости изменения магнитного потока: Для обмотки с числом витков w, площадью среднего витка S (рис. 2) в случае синусоидального характера изменения напряженности магнитного поля ( ) и при условии, что поле в плоскости витков можно считать однородным (данное допущение справедливо при относительно малых размерах индукционной обмотки):

Читайте также:  Взаимодействие проводника с током электромагнитная сила

где Гн/м — магнитная постоянная;

w — угловая частота тока, 1/с;

a — угол между нормалью к плоскости витков обмотки и вектором ;

— амплитуда напряженности магнитного поля.

Действующее H и амплитудное Hm значения напряженности магнитного поля определяется из (5) по формуле:

где Е и Em – соответственно действующее и амплитудное значения эдс индукционной обмотки.

Пространственные составляющие напряженности магнитного поля в плоскости Z = 0 Hx и Hy измеряются при ориентациях нормали индукционной обмотки соответственно вдоль осей OX и OY. Угол a в выражении (6) берется при этом равным нулю. Нормированные значения составляющих напряженности находятся по формулам:

где и — действующие (амплитудные) значения эдс индукционной обмотки при ориентации ее нормали соответственно вдоль осей OX и OY ;

— действующее (амплитудное) значение эдс обмотки в точке x = 0, y = A, z = 0 при ориентации нормали обмотки вдоль OY.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2.1. Как сделать магнитное поле круглой обмотки более однородным?

2.2. Поле какой из обмоток — круглой или вытянутой — при одинаковых значениях А более однородно?

2.3. Какие пространственные составляющие имеет вектор напряженности магнитного поля обмоток с током в плоскостях X = 0; Y = 0; Z = 0?

2.4.Чему равен фазовый сдвиг между напряженностью магнитного поля и эдс индукционной обмотки?

2.5. Как экспериментально определить направление вектора напряженности магнитного поля?

Исследование пространственного распределения напряженности магнитных полей различных по конфигурации обмоток с токами. Ознакомление с теоретическими основами и практическим применением для измерения напряженности магнитного поля индукционного измерительного преобразования.

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

4.1. Определить экспериментально зависимости относительных значений напряженностей магнитных полей круглой и прямоугольной обмоток на оси OY от значения относительной координаты y и сравнить с теоретическими зависимостями (1), (2), (3). Определить абсолютные значения напряженностей магнитных полей круглой и прямоугольной обмоток в точке X = 0; Y = A; Z = 0.

4.2. Определить экспериментально для круглой обмотки зависимости и при различных значениях y (Z = 0). Сравнить с теоретическими зависимостями (3).

4.3. Определить экспериментально для круглой обмотки зависимости значений x = x0, при которых функция равна нулю, и значений x = xm, при которых функция достигает экстремальных значений, от координаты y. Сравнить полученные экспериментальные зависимости x0(y) и xm(y) с теоретическими (4).

4.4. Определить экспериментально для прямоугольной обмотки зависимости и при различных значениях y (Z = 0).

4.5. Определить экспериментально для прямоугольной обмотки зависимости значений x = x0, при которых функция равна нулю, и значений x = xm, при которых функция достигает экстремальных значений, от координаты y.

5. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

В настоящей работе исследуются магнитные поля двух обмоток — круглой и прямоугольной вытянутой. Диаметр круглой обмотки и ширина прямоугольной равны: А = 50 мм. Для задания системы координат служит специальный планшет с прорезью для крепления той или другой обмотки. Питание обмоток переменным током частоты f = 16 кГц осуществляется с коммутационно-измерительной панели (КИП) коаксиальным кабелем. Для измерения составляющих напряженности магнитного поля используется индукционная обмотка меньших размеров, имеющая площадку для установки на координатную сетку планшета. Ориентация индукционной обмотки осуществляется с помощью нанесенных на площадку ортогональных осей. Параметры обмотки: число витков w = 300; диаметр среднего витка d = 30 мм.

Измерение эдс измерительной обмотки осуществляется с использованием амплитудно-фазового детектора и вольтметра постоянного напряжения (рис. 4). В качестве измерительного прибора используется мультиметр MY-62 (MY-65) в режиме измерения постоянного напряжения. Детектирование сигнала индукционной обмотки осуществляется электронным амплитудно-фазовым детектором (АФД). Конструктивно АФД выполнен отдельным блоком (рис. 5), имеющим гнезда подключения индукционной обмотки — ²Вход² и ²^², гнезда подключения измерительного прибора — ²Выход² и ²^², гнезда подключения опорного напряжения — ²Опорное напряжение² и ²^², шнур с разъемом для подключения цепей питания электронной схемы детектора к разъему КИП ²Внешнее устройство²(на рисунке не показан). Эдс индукционной обмотки в зависимости от ориентации и местоположения последней в исследуемом магнитном поле может быть в фазе или противофазе с напряжением токовой обмотки (опорным напряжением). Принимается, что для точки с координатами X = 0; Y = A; Z = 0, фаза эдс совпадает с фазой опорного напряжения. Показание мультиметра при этом должно иметь знак (+). В противном случае следует изменить полярность подключения индукционной обмотки к соединительному кабелю. В дальнейшем результат измерения эдс берется с учетом знака показаний вольтметра. При этом знак (+) соответствует совпадению по фазе эдс и опорного напряжения, знак (-) соответствует их противоположности по фазе. Показания мультиметра соответствуют амплитудному значению измеряемой эдс.

6. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

6.1. При измерении напряженности магнитного поля на оси OY обмоток следует учитывать, что в этом случае вектор имеет только одну составляющую . Для измерения плоскости витков индукционной обмотки должны быть перпендикулярны OY, а нормаль к плоскости витков должна быть ориентирована навстречу OY. Измерение нормирующего значения производится при установке индукционной обмотки в точку с координатами x = X/A = 0, y = Y/A = 1. Для этой точки определяется абсолютное значение H по формуле (6). Для остальных точек определяется относительное значение hy по формуле (7). Далее строится зависимость hy(x). Полученные экспериментально зависимости hy(x) для круглой и прямоугольной обмоток сравниваются с теоретическими, построенными с использованием выражений (1), (2), (3).

6.2. Для измерения составляющих вектора напряженности магнитного поля hx и hy в точке с координатами x, y центр основания индукционной обмотки совмещается с данной точкой на планшете. При измерении горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля нормаль к плоскости витков обмотки ориентируется параллельно OX, а при измерении вертикальной составляющей — параллельно OY. Стрелки осей, нанесенных на основание индукционной обмотки при этом ориентируются против положительных направлений осей координат планшета. Нормирование составляющих вектора напряженности магнитного поля производится по значению напряженности в точке с координатами x = X/A = 0, y = Y/A = 1. Для заданного значения y определяются зависимости hx(x) и hy(x). Полученные экспериментальные зависимости сравниваются с теоретическими (3).

6.3. Для определения местоположения на оси x экстремумов функции hx(x) и нулей функции hy(x) при фиксированном y производится перемещение индукционной обмотки вдоль оси x. Измерение каждой из ортогональных составляющих вектора напряженности магнитного поля производится по аналогии с 6.2. Таким образом находятся значения x0 и xm для различных значений y. Далее строятся зависимости x0(y) и xm(y). Полученные зависимости сравниваются с теоретическими (4).

6.4. При выполнении п.4.4 и 4.5 программы работы используются методические рекомендации 6.2 и 6.3.

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

7.1. Название работы.

7.3. Программа работы.

7.4. Схема экспериментальной установки.

7.5. Основные соотношения, примеры расчетов.

7.6. Результаты экспериментов и расчетов, оформленные в виде таблиц.

7.7. Графики зависимостей.

8.1. Говорков и магнитные поля. — М.: Госэнергоиздат, 196с.

8.2. Электрические измерения неэлектрических величин. /Под ред. . — Изд. 5-е. Л.: Энергия, 1с.

8.3. Неразрушающий контроль. Кн.3 Электромагнитный контроль. Под ред. . — М.: Высш. шк., 1991.

Кафедра информационно-измерительной техники

Источник