Закони Кірхгофа. Електричні кола постійного струму. Магнітні кола, страница 5

     μ_г - відносна магнітна проникність, яка показує, наскільки магнітні властивості даного середовища відрізняються від магнітних властивостей вакууму; добуток μ = μ₀μ_г називається абсолютною магнітною проникністю (можливо її позначення і через μ_а).

Рис. 8.4

Інтегральною величиною магнітного поля є магнітний потік Ф [Вб]. У загаль­ному випадку, якщо в межах деякої поверхні S (рис. 8.5) магнітне поле неоднорідне, тобто магнітна індукція змінюється за значенням і напрямком, тоді магнітний потік:

де dS - елемент поверхні, вектор якого спрямований за нормаллю п до неї; α - кут між В і dS (змінна величина); В_п - нормальна складова індукції (проекція вектора В на dS).

Рис. 8.5

У найбільш простому випадку - при однорідному магнітному полі, коли магнітна індукція В однакова і спрямована за нормаллю в межах площі S усієї поверхні (рис. 8.6), магнітний потік буде найбільшим і визначається із (8.2) достатньо легко:

Ф = ВБ

Поряд із величинами, що характеризують магнітне поле, вико­ристовується ще поняття магніторушійної сили (MPC) котушки. Вона характеризує здатність котушки утворювати магнітне поле і визначається добутком її струму І на кількість витків ω:

F = ωl,

одиниця вимірювання [А] (іноді кажуть - ампервитки).

Зв'язок між електричними і магнітними величинами встанов­люється законом повного струму:

тобто циркуляція вектора напруженості H магнітного поля по замкненому контуру І чисельно дорівнює алгеб­раїчній сумі струмів, що охоплюються цим конту­ром (dl - векторний елемент довжини контуру).

Для прикладу розглянемо найпростіше маг­нітне коло, показане на рис. 8.7, де на осердя, яке має вигляд тору, намотана котушка. У даному випадку повний струм ΣІ=ωl=F.

Рис. 8.6

З огляду на симетрію лінії (показані пунктиром) є круговими, містяться всередині котушки і на конкретній сило­вій лінії в усіх точках напруженість магнітного поля Н постійна, а її вектор спрямований за дотичною до цієї лінії.

Рис. 8.7

За контур інтегрування І у формулі (8.5) використаємо середню силову лінію. Тоді в кожній точці на цій лінії вектори Н і dl паралельні один одному, як показано на рис. 8.7 в одній із точок (точку винесено). Тоді можна в (8.5) добуток векторів замінити добутком скалярів і спростити вираз до:

де постійна величина Н виноситься за інтеграл й отримуємо:

НІ = F або НІ = ωI,

що встановлює зв'язок між струмом і напруженістю магнітного поля:

і на основі цього можна зв'язати й інші електричні і магнітні величини.

Добуток НІ в (8.7) і (8.8) називається магнітною напругою і вимірюється в [А], а в загальному випадку магнітна напруга уздовж відрізка лінії довжиною І (або спад магнітної напруги) визначається виразом:

8. Магнітні властивості матеріалів

Процеси в магнітних колах і значення магнітних величин суттєво залежать від магнітних властивостей середовища, які, як вже відзна­чено в (8.1), характеризуються абсолютною μ або відносною μ_r маг­нітними проникностями. У залежності від значення μ_г, матеріали під­розділяють на два основних види: неферомагнітні і феромагнітні.

Якщо μ_г ≈ 1, то матеріали називають неферомагнітними, або немагнітними; зокрема, якщо μ_г трохи перевищує одиницю, то це парамагнетики; якщо трохи менше одиниці - діамагнетики. До немагнітних матеріалів відносять, наприклад, повітря, різні елек­троізоляційні матеріали (слюда, скло, папір, пластмаса та ін.), такі розповсюджені провідникові матеріали, як мідь і алюміній, нержа­віючі сталі та безліч інших.

Якщо μ_г³1, тобто значно перевищує одиницю, досягаючи зна­чень у діапазоні 100...10000, то це феромагнітні матеріали, або магнітні.

Серед хімічних елементів - феромагнітні перехідні елементи залізо (Fе), кобальт (Со) і нікель (Ni), а також рідкоземельні метали гадоліній (Gb), тербій (Тb), диспрозій (Dу) та інші (Но, Еr, Тm). Феромагнітними є також численні металічні сплави і з'єднання згаданих вище металів між собою й іншими неферомагнітними елементами, сплави і з'єднання хрому (Сr) і марганцю (Мn) з нефе­ромагнітними елементами (Fе₃Аl, Ni₃Мn, FеРd₃, МnРt₃). Спеціально для використання як магнітопроводів різних пристроїв розроб­лено широкий сортамент електротехнічних сталей - група лего­ваних кремнієм сталей (Fe + Sі від 0,5 до 4 %).