3-2. МАГНИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

Электрический ток производит магнитное действие (рис. 3-10 и 3-11). Другими словами, вокруг проводника C током образуется магнитное поле. Это замечательное открытие, и его дальнейшее изучение скоро привело к важ-

Рис. 3-10. Магнитная стрелка обращена се-
верным полюсом на север, когда цепь тока
разомкнута (тока нет).

Ным Практическим следствиям: электрические машины (дви­гатели и генераторы), электромагниты, телеграфные и теле­фонные аппараты основаны именно на взаимодействии электрического тока и магнитного поля.

Ясно, что изучающим электротехнику очень важно по­нять законы взаимодействия электрического тока и магнит­ного поля.

C . Ю

“Г

Рис. 3*11. Магнитная стрелка пово­рачивается под действием тока. Ток течет в проводах по ходу ча­сов; северный конец стрелки повер­нут от нас. Если изменить направ­ление тока, положение стрелки из­менится на прямо противоположное; северный конец обернется к нам.

Рис. 3-12. Правило штопора.

На рисунке изображены круговой ток и расположен­ная па его оси компасная стрелка. Если винт или штопор поворачивать по направлению кругового тока, он будет ввинчиваться в направлении от южного кон­

Ца к северному концу компасной стрелки.

Рис. 3-13. Правило штопора.

На рисунке изображены прямолинейные проводники с током и по две компасные стрелки, расположенные вблизи проводников Они повернуты в определенном направлении магнитным полем тока Северные концы компасных стрелок показы­вают, в каком направлении нужно врацать рукоятку, чтобы turoπop ввинчивался по направлению тока.

Правило штопора. Направление, в котором ток стремит­ся повернуть компасную стрелку, легко определить, поль­зуясь правилом штопора (рис. 3-12 и 3-13).

3-3. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ДЕЙСТВУЕТ НА ПРОВОДНИК C ТОКОМ

Тот оказывает силовое действие на магниты. Значит, нужно ожидать, что магниты также оказывают силовое дей­ствие на проводник с током. Действительно, если располо­жить провод C током между полюсами магнита, на этот провод будет действовать сила. Величина этой силы зави­сит от тока, от размеров проводника и, конечно, от того, находится проводник в сильном или в слабом магнитном поле; в сильных магнитных полях электрических машин развиваются огромные усилия, способные поворачивать валы больших прокатны. х cτaH0∣B.

Наконец, эта сила зависит от того, в каком направлении расположен проводник по отношению к магнитным полю­сам или, точнее, по отношению к направлению магнитного поля.

3-4. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ ИЛИ СИЛА МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ЛАы несколько раз говорили, что магнитное поле может быть сильнее или слабее и что оно имеет направление. Действительно, вспомним, что в разных точках простран­ства около полюсов магнита стрелка компаса поверты­вается по-разному.

Магнитные явления очень важны для электротехников, поэтому займемся более подробным рассмотрением магнит­ного поля. Установим прежде всего количественную меру, пользуясь которой можно сравнивать между собой разные магнитные поля и производить расчеты.

Сила магнитного поля определяется_колич^ст — венным значением величины, носящей название магнитной индукции, а также ее направлением.

Определяя скорость тела, недостаточно сказать 50 М/сек, Нужно еще сказать, в каком направлении это тело движет­ся, например; под углом 45° к горизонту в направлении C востока на запад.

В этом отношении магнитная индукция похожа на такие величины, как скорость. Для ее полного определения нужно знать не только ее значение, но и направление.

Направление. В Качестве направления магнитной индук­ции (силы магнитного поля) принято считать то направле­ние, В Котором располагается северный конец магнитной стрелки.

Количественное значение. Мерой количественного значе­ния магнитной индукции может служить механическая сила, действующая на проводник с током; чем больше си­ла, испытываемая проводником, тем сильнее магнитное поле.

Единицы измерения магнитной индукции. Сила магнит­ного поля (магнитная индукция) выражается в гауссах (сокращенно ас) ’.

Магнитная индукция земного поля порядка 0,5 Гс.

В электрических машинах и трансформаторах магнит­ная индукция порядка 10 000 Гс.

В лабораторных условиях достигаются поля порядка нескольких сотен тысяч гаусс.

3-5. СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ПРОВОДНИК C ТОКОМ

Расположим прямолинейный проводник перпендикуляр­но к направлению поля, т. е. расположим проводник так.

‘ Другой единицей, в 10 000 Раз более крупной, является вольт — секунда на кв. метр (в • Сек/м^);

В ■ ceκj. M-≈ !O’* гс.

.1Причина введения такой единицы и смысл ее наименования вольт — секунда на кв. метр станут ясны из дальнейшего изложения.

107

чтобы он образовывал прямой угол с компасной стрелкой (рис. 3-14). в таких условиях опыт показывает, что на проводник действует сила f, прямо пропорциональная произведению магнитной индукции в, длине проводника i и току i.
это значит, что двукратное уве-личение магнитного поля в приво-дит к двукратному увеличению си-лы f-, десятикратное увеличение тока 1 влечет за собой десятикратное

силарис. 3-14. проводник
c током расположен
между полюсами ма-
гнита.
в таком устройстве легко из-мерить силу, действующую на участок проводника, отмеченный фигурной скобкой. силы, действующие на параллельные участки проводов, взаимно уравновешиваются.

7^ Coh увеличение силы и т. д.

Сила F пропорциональна про­изведению указанных величин, но это еще не значит, что она просто равна этому произведению. Для то­го чтобы найти значение силы, нуж­но произведение индукции В, дли­ны I и тока I еще умножить на ко­эффициент (множитель) К. Этот по­следний множитель К зависит от то­го, в каких единицах выражаются магнитная индукция, ток и длина проводника, а также от того, в ка­ких единицах мы хотим получить выражение для силы.

Сказанное можно представить такой математической формулой:

F = KBBI‘,

Здесь F сила;

В — индукция;

I длина проводника;

I — ток.

Все величины, стоящие в правой части равенства, нуж­но перемножить друг на друга и еще умножить на коэф­фициент (множитель) К, зависящий от выбора единиц.

Если выбрать такие единицы: кщ. ч>грамм (кЕ), гаусс (ас), сантиметр (cλi) и ампер (п), то множитель пропор­циональности (⅛) следует принимать равным 1,02 •10"».

10"^—это одна десятимиллионная.

Умножить на 10’^—это то же, что разделить на Ю^, т. е. разделить на 10 млн.

Запищем все сказанное в виде таких двух формул:

Сила (кГ) = 1,02-10’’ × Магнитная индукция (гс)У<,
удлини провода
(CM)’∕Moκ (а)

И сокращенно

F (zfΓ) = 1,02 • 10-’ • β (гс) • I {см} ■ I{a}.

Единицы измерения можно выбрать таким образом, что множитель K окажется равным единице и может быть опу — ‘ щен. Для этого длину проводника надо выразить в метрах, магнитную индукцию—в вольтсекундах на квадратный метр и силу — в ньютонах.

Примеры вычисления силы, действуюи1,ей
на прямолинейные провода, расположенные
перпендикулярно магнитному полю

Пример 1. Провод длиной 1 М расположен перпендикулярно на­правлению магнитного поля (рис. 3-14). Магнитная индукция равна 15 000 гс. Ток в проводе равен 200 а. Чему равна механическая сила, действующая на провод?

Пользуясь приведенной выше формулой, найдем; сила= 1,02 ■ 10^r× ×l5 000 ac∙200 а — 100 cλi=30,6 kΓ=300 н.

Рис. 3-15. Упрощенное изображение рамки измеритель­ного прибора.

Между полюсами C и Л? расположена подвижная рамка, намотан* ная из сотни проводов Ток к подвижной рамке подвотится через тонкие спиральки. Для наглятности рисунка показаны только концы постоянного магнита C и /О; один из них изображен прозрачным.

Такого порядка силы мы встречаем в электрических машинах, где, однако, в магнитном поле располагается не один провод, а целый ряд проводов (обмотка машины).

Пример 2, В магнитном поле с индукцией 1 000 гс расположено IOO связанных между собой проводничков с током 1 ма в каждом. Д. зина каждого из проводничков 2 см. Проводнички расположены перпендикулярно к направлению магнитного поля. Чему равна сила, действующая на связку проводничков?

CttΛ0=l,02-10-7-1 000-0,00! ∙2∙ 100= 2,04-10-5 κΓ=0,0204 Г=0Д мн. (лн — миллиньютон, т. е. одна тысячная доля ньютона).

рис. 3-16. правило левой руки.Такого порядка силы ‘Мы встречаем в измерительных приборах, где по to∣hkhm проводам рамки (рис. 3-15) про­ходит малый измеряемый ток. Боковые стороны рамки рас­положены между полюсами постоянно­го магнита и стальным цилиндром. Этот цилиндр введен для того, чтобы усилить поле. Небольшой силы в сотые доли грамма достаточно, чтобы повер­нуть рамку и связанный с ней указа­тель (стрелку). Повороту рамки пре­пятствуют слабые пружинки. Поэтому чем больше ток, протекающий по рам­ке, тем на больший угол повернется указатель.

Правило левой руки. Направление силы, действующей на проводник, опре­деляется по правилу левой руки (рис. 3-16).

Если расположить ладонь левой руки таки. м, образом, 4τo6BL магнитное поле было направлено к ладони {входило в ладонь), а четыре вытяну­тых пальца направить вдоль электрического тока, то отогнутый большой палец укажет направление сильи

3-6. НАГЛЯДНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Проведем в магнитном поле ряд непрерывных линий так, чтобы эти линии всюду со^впадали с направлением силы поля (с направлением магнитной индукции). Полу­ченная картина может служить изображением магнитного поля.

Если перемещать вдоль линии магнитного поля малень­кую, свободно подвешенную компасную стрелку, то ее ось всюду будет совпадать с близлежащим участком линии. На HO

Одной из линий рис. 3-17 изображены компасные Стрейки В четырех положениях.

На рис. 3-17—3-18 посредством линий изображены маг­нитные поля постоянного магнита и прямолинейного про­водника C током. Стрелки на линиях показывают «аправле — ние магнитного поля (то направление, которое указывал бы северный конец компасной стрелки).

к,рис. 3-17. alarhhthoe поле стержневого магнита.,11178893

Для того чтобы по рисунку можно было судить и о силе поля, условились проводить линии тем ближе одна к дру­гой, чем сильнее поле.

Из рис. 3-17 видно, что самое сильное поле непосред­ственно около полюсов магнита. Из рис. 3-18 видно, что поле тока сильнее всего около провода, а по мере удале­ния от него поле ослабевает.

рис. 3-18. магнитное поле прямо.пннейного проводника с током. сопоставьте рисунок c рис. 3-13.

В § 3-1 говорило<сь, что небольшие железные тела под влиянием магнита сами становятся магнитами (рис. 3-1а). Поэтому понятно, что если положить на доску’постоянный магнит и посыпать доску железными опилками, то они рас­положатся так, как расположились бы маленькие компас­ные стрелки. Картины, получаемые посредство. м о’пилок, дают наглядное представление о поле (рис. 3-19 и 3-20).

Hl

рис. 3-j9. железные опилки располагаются на доске, создавая изображение магнитного поля (ср. c рис. 3-17).

На рис. 3-20 и 3-21 изображено магнитное поле ка­тушки.

рис. 3-20. железные опилки насыпаны на лист картона, через который пропущены витки проволоки c током.

■■■ рис, 3-21. картина магнитного поля катушки.

Если свернуть провод спиралью, намотав его как ка­тушку, то одинаково 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 (рис. 3-21). Поле внутри катушки приблизительно однородно, т. е. сила поля остает­ся приблизительно одинаковой в различных точках. Одина­ковыми будут и расстояния между соседними магнитными линиями, имеющими наибольшую плотность внутри ка­тушки.

. 3-7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВУХ ТОКОВ

Мы уже знаем, во-первых, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле, во-вторых, что проводник C током, находясь в магнитном поле, подвергается воздей­ствию силы.

рис. 3-22. провода с противоположно направленными токами взаимно отталкиваются. рис. 3-23. провода c одинаково направ-ленными то1'ами взаимно притягиваются.

на рисунке изображено сечение проводов плоскостью чертежа. направление токов схематически изображено точкой (острие стрелки, направленной к нам)н крестиком (хвост стрелки, направленной от нас). кольцевая линия показывает магнитное поле первого тока. применяя правило левой рукн для определения силы, действующей на второй провод, нужно расположить левую руку ладонью вниз и вытянуть четыре пальца в сторону чертежа. отогнутый большой палец покажет, что сила направлена вправо.Из этого вытекает такое следствие; два провода с током должны воздействовать один на другой. В самом деле, рассмотрим два параллельных провода, по которым токи текут в противоположных направлениях (рис. 3-22).

Ток первого из них со­здает вокруг себя маг­нитное поле, показанное на рис. 3-22 одной круго­вой линией. Эта линия проходит через второй провод. Применяя прави­ло левой руки ко второму проводу, легко убедиться в том, что он отталкивается от первого.

Сила, C которой первый ток, направленный на нас, дей­ствует на второй, равна по величине и противоположна по направлению той силе, с которой второй ток действует на первый. В качестве самостоятельного упражнения рекомен­дуем читателю разобрать этот же пример, рассматривая магнитное поле второго тока, действующее на первый ток.

Итак:

Между направленными в противоположные сто­роны токами суи^ествуют силы отталкивания. Между токами одинакового направления Cyw,E— ствуют силы притяжения.

Доказательство этого предоставляем — читателю (рис. 3-23).

Вычисление силы взаимодействия прямолинейных парал­лельных проводов. Покажем, как вычисляется величина ИЗ

Силы взаимодействия двух прямолинейных параллельных проводов, обтекаемых токами. Вокруг прямолинейного провода C током / создается магнитное поле, индукция которого равна: здесь D—Расстояние от оси провода до той точки поля, ин­дукцию в которой мы ищем; очевидно, что чем больше это расстояние, тем меньше соответственное значение магнит­ной индукции. Множитель 0,2 подобран с таким расчетом, что, измеряя ток I в амперах, а расстояние D в санти­метрах, мы будем получать значение магнитной индукции в гауссах.

0,2 /
b-

Если в магнитном поле, созданном током /, находится другой провод C током 1′, то сила, на него действующая, равна (см, формулу § 3-5);

F(кГ) == 1,02.1 о-’ • β(гс)-Г (а)I (^см).

Рассчитаем силу взаимодействия между двумя прово­дами, расстояние между которыми равно 20 См, в усло­виях короткого замыкания, т. е. при очень большом токе, например в 30 000 А. Первый провод создает поле, ин­дукция которого на расстоянии 20 См оказывается рав­ной:

=300 гс.в.0,2-30 000 а

Если длина проводов равна 1 М = 100 см, то сила взаимодействия проводов

F = 1,02.1 о — ’ ■ 300 • 30 000 ■ 100 = 91,8 КГ = 900 Н.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *