Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловой ток

Тепловой ток

Из ВАХ идеального диода при обратном включении при следует, что , т. е. не зависит от напряжения. – обратный ток диода. У реальных диодов обратный ток состоит из трех токов: теплового, термогенерации и тока утечки.

Этот ток обусловлен генерацией неосновных носителей в слоях и , примыкающих к переходу. После генерации носители подхватываются электрическим полем и уносятся в другой слой: дырки из -базы вытягиваются отрицательным полюсом источника в эмиттер, а электроны эмиттера положительным полюсом базы притягиваются в базу. Так как в соответствии с законом действия масс в базе генерируется больше дырок, чем электронов в эмиттере, то экстракция носит односторонний характер. Чем больше удельное сопротивление базы, тем больше тепловой ток. Носители, возникающие вдали от перехода, рекомбинируют с основными и вклада в тепловой ток не дают. Толщина области возникновения носителей составляющих равна диффузионной длине неосновных носителей.

Тепловой ток зависит от напряжения лишь в области малых . С ростом напряжения и . Поэтому тепловой ток также называют обратным током насыщения.

Зависимость обратного тока от температуры аппроксимируется выражением . Здесь , – ток , например, при комнатной температуре , а – температура удвоения. Если , то тепловой ток удваивается. Для германиевых диодов = 10 °С, а для кремниевых – 5 °С. Сравнение обратных токов по величине дает: .То есть, тепловой ток кремниевых диодов пренебрежимо мал по сравнению с германиевыми диодами.

Обьясните очень просто про магнитные пускатели.

Много прочитал, но основного так и не понял — обясните в 2х словах — чем отличаются магнитные пускатели от обычного «автомата» (вроде предохранителя автоматического) . Ведь оба то и делают, что включают и выключают. Оба при превышении тока отрубают електричество (и то под вопросом к магн. пускателю). Так в чем отличия? Зачем мне покупать магн. пускатель и пост управления (кнопочный пост) , если можно просто взять автомат?

Леся

не путать пускатель и автомат — разные назначения. Да и пускатели разные бывают, с тепловым расцепителем и без.
Зачем пускатель? — Автомат не предназначен для частого включения и отключения. Это первое.
Второе — пускатель в случае отключения электричества не включится снова внезапно. Например ты пилишь на циркулярке и вырубилось питание. Ты полез и неожиданно включилось. Пускатель пока снова не нажмешь пуск — не включит.

В автоматах включение силовых контактов происходит ВРУЧНУЮ и есть защита от КЗ и перегруза, а в магнитных пускателях силовые контакты замыкаются ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ, а значит, можно этим управлять с помощью реле (давления, температуры, таймера и т. д. ) и не только кнопкой

Магнитный пускатель не отключает при превышении тока. Только в случае установки теплового реле (обычно для управления электродвигателями) . От КЗ не спасает. Пускатель часть схем управления и автоматики, реверсирования двигателей.
Автоматический выключатель-устройство защиты-а не коммутации. И не рекомендуется его использовать в качестве выключателя.

Магнитным пускателем можно управлять дистанционно. Кроме того, автомат часто требует значительных усилий. Других отличий нет-

магнитный пускатель это есть коммутатор управляемый .(дистанционно)
автомат есть коммутатор не управляемый

а вот по ограничению тока, у автомата есть, а у пускателя нет . он может быть встроен рядом с ним .

Светлана Рева

СМОТРЯ ДЛЯ КАКИХ ЦЕЛЕЙ.

Полина

М. пускатель — это силовой коммутатор. Реле. Даёшь ему ток в обмотку — он срабатывает и замыкает 3 силовые фазные цепи.
Автомат — защитное устройство. Его функция — обесточить нагрузку после превышения порога заданного тока.

Константин Юрин

ДЛЯ КАКИХ ЦЕЛЕЙ. ага на 380 поставь автомат

Andrey Bezugliy

автомат — нужно включать ручками. .
а пускателем дистанционно. .

(представь себе диспетчера ЖД узла, кот не сидит в тёплой комнате, жмакая на кнопки, а бегает вручную переключает стрелки автоматами. .
на станции площадью в 1 кв. километр.. )

кроме этого на шине управления пускателем может висеть ещё куча датчиков, и концевиков, кот. автоматически выключат пускатель (а следовательно и нагрузку) , в случае выхода какого то параметра за пределы допустимого. . и не позволят ошибочно что то включить, если сработал какой то датчик..

Магнитные пускатели пускают магнит !

есть цепь управления

Сергей Самойлов

Ппц. а в случае аварии успеешь до автомата добежать, чтобы мотор вырубить, который твою руку затянет? Пускатель — это просто мощное реле, автомат — навороченный рубильник/выключатель, ну прямо одно и тоже.

Работа магнитного пускателя и его характеристики

Освещение в доме мы включаем обыкновенным выключателем, при этом через него проходит ток небольшой величины. Для включения мощных нагрузок однофазных на 220 Вольт и 3 фазных на 380 Вольт используются специальные коммутирующие электротехнические аппараты— магнитные пускатели. Они позволяют дистанционно при помощи кнопок (можно сделать и от обычного выключателя) включать-выключать мощные нагрузки, например освещение целой улицы или мощный электродвигатель.

Читайте так же:
Теплоотражающая одежда ток 200

В квартирах пускатели не используются, за то довольно часто применяются на производстве, в гаражах на даче для запуска, защиты и реверсирования асинхронных электрических двигателей. Да же из названия понятно, что главное его предназначение заключается в запуске электродвигателей. А кроме того вместе с тепловым реле, магнитный пускатель защищает мотор от ошибочных включений и повреждений в аварийных ситуациях: возникновении перегрузок, нарушении изоляции обмоток, пропадании одной фазы и т. п.

Часто пускатели устанавливаются для включения и выключения не только двигателей, но и других много киловаттных нагрузок- уличное освещение, обогреватели и т. п.

После пропадания электричества он сам отключится и включится только после повторного нажатия кнопки «Пуск». Но если использовать для дома простейшую схему управления при помощи обычного выключателя, тогда во включенном его положении всегда будет срабатывать пускатель. Он работает по принципу реле, только в отличие от него управляет мощными нагрузками до 63 Киловатт, при больших используется контактор. Для автоматизации управления, например уличным освещением можно к контактам катушки подключить управляющие таймеры, датчики движения или освещения.

Устройство и принцип работы магнитного пускателя

устройство пускателя

Основой является электромагнитная система, состоящая из катушки, неподвижной части сердечника и подвижной- якоря, который крепится к изоляционной траверсе с подвижными контактами. К неподвижным контактам при помощи болтовых соединений подключаются с одной стороны провода от электросети, а с другой- к нагрузке.

Для осуществления защиты от ошибочных включений устанавливаются по бокам или сверху над основными- блок контакты, которые например в реверсивной схеме с двумя пускателями при включении одного пускателя, блокируют включение второго. Если включится сразу два, то возникнет межфазное короткое замыкание, потому что изменение направления вращения асинхронного двигателя достигается благодаря замене местами 2 фаз. То есть со стороны подключения электродвигателя между пускателями делаются перемычки с чередованием на одном из них 2 фаз. Так же одна пара блок контактов необходима для удержания во включенном состоянии пускателя после отпускания кнопки «Пуск». Подробно схему подключения Мы рассмотрим в следующей статье.

Принцип работы пускателя довольно прост. Для включения необходимо подать рабочее напряжение на катушку. Она при включении потребляет по цепи управления очень маленький ток, их мощность находится в пределах от 10 до 80 Ватт, в зависимости от величины.

При включении катушка намагничивает сердечник и происходит втягивание якоря, который при этом замыкает главные и вспомогательные контакты. Цепь замыкается и электрический ток начинает протекать через подключенную нагрузку.

Для отключения необходимо обесточить катушку, и возвратная пружина возвращает якорь на место- блок и главные контакты размыкаются.

общая схема подключения пускателя, автомата и теплового релеого реле

Между пускателем и 3 фазным асинхронным двигателем устанавливается тепловое реле, которое защищает его то токов перегрузки во внештатных ситуациях.

Внимание, тепловое реле не защищает от коротких замыканий, поэтому требуется установка перед пускателем необходимой величины автоматического выключателя.

Принцип работы теплового реле прост— оно подбирается под определенный рабочий ток двигателя, при превышении его предела происходит нагревание и размыкание биметаллических контактов, которые размыкают цепь управления с отключением пускателя. Схема подключения будет рассмотрена в следующей статье.

Технические характеристики магнитных пускателей.

Основные технические характеристики можно узнать из условного обозначения, состоящего чаще всего из трех букв и четырех цифр . Например, ПМЛ-Х Х Х Х:

      1. Первые две буквы обозначают- пускатель магнитный.
      2. Третья буква указывает на серию или тип пускателя. Бывают ПМЛ, ПМЕ, ПМУ, ПМА…
      3. Первая после букв цифра указывает на величину пускателя по номинальному току:
        Величина, первая цифра1234567
        Номинальный ток10 или 16 А25 А40 А63 или 80 А125 А160 А250 А
      4. Вторая цифра — наличие тепловой защиты и характеристику работы электродвигателя.
        12345
        Реверсивныйдадада
        С тепловым реледадада
        Электрическая блокировкаестьесть
        Механическая блокировкаестьесть
      5. Третья цифра указывает на наличие кнопок и степень защиты.
        1234
        В корпуседададада
        С кнопками «пуск» и «стоп»дада
        Класс защищенностиIP00IP54IP54IP54IP40
        Сигнальные лампыесть

      При покупке обращайте и на другие параметры:

      места указания напряжения на катушке

      • Самый важный параметр- это рабочее напряжение катушки оно может быть как переменным 24, 36, 42, 110, 220 ил 380 Вольт, так и постоянным. Для домашнего хозяйства берите с катушкой на переменное напряжение величиной 380 Вольт для подключения 3 фазных электромоторов, и на 220 В- для подключения других нагрузок. Будьте внимательны всегда проверяйте величину напряжения только на корпусе самой катушки, а не пускателя.
      • Не менее важно обратить на тип крепления— под болты или на Din рейку.
      • Класс износостойкости обозначается буквами «А» (3 мл. рабочих циклов), «Б» (1.5 мл. циклов) и «В» (300 тыс. циклов).
      • Рабочее напряжение коммутации главных контактов- 380 или 660 Вольт.
      • Ток теплового реле. Должен соответствовать мощности электрического двигателя. Для других устройств нет необходимости в установке теплового реле.

      характеристики магнитных пускателей ПМЛ

      Предлагаю в сводной таблице ознакомиться с основными характеристиками самых распространенных пускателей серии ПМЛ.

      Есть еще целый ряд не существенных параметров- потребляемый ток катушки, максимальный ток вспомогательных контактов. На них не стоит обращать внимание при покупке.

      Индукционный нагрев, основные принципы и технологии.

      Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

      Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно — это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

      Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

      На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

      Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

      Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

      Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

      Применение:
      Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
      Получение опытных образцов сплавов.
      Гибка и термообработка деталей машин.
      Ювелирное дело.
      Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
      Поверхностная закалка.
      Закалка и термообработка деталей сложной формы.
      Обеззараживание медицинского инструмента.

      Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

      Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.

      Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.

      За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).

      Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

      Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

      Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

      Легко провести местный и избирательный нагрев.

      Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).

      Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

      Установки индукционного нагрева:

      На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

      Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

      Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
      — повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
      — применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

      Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

      Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

      Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

      Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

      На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

      Недостатки трёх точки:

      Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).

      Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.

      При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.

      При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

      Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

      Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

      Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

      а) постоянную частоту
      б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
      в) максимально высокий КПД.

      Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания — заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается — это может привести к "разносу" генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

      Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).

      Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).

      При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

      При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).

      Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
      Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
      В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).

      В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности — схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.

      Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

      Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
      Вывод:
      В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
      В последовательном контуре наоборот — напряжение стремится к нулю, а ток максимален.

      Отличие магнитного тока от теплового

      Магнитные явления были известны еще в глубокой древности из наблюдений над свойством природного магнитного железняка (закись — окись железа притягивать железные предметы и намагничивать их. Тогда же были замечены магнитные свойства Земли, благодаря которым стержневой магнит, уравновешенный на острие, самопроизвольно устанавливался почти вдоль географического меридиана. Основанный на этом свойстве компас существовал в Китае еще примерно 3000 лет тому назад.

      Первое подробное исследование и описание свойств постоянных магнитов было выполнено в 1600 г. Гильбертом. Выяснилось, что постоянный магнит имеет два полюса — концевые области, притягивающие железные предметы с наибольшей силой, и расположенную между ними нейтральную зону, которая практически не обнаруживает сил притяжения, Между полюсами магнита существует различие, выражающееся в том, что, как уже отмечалось, магнит всегда ориентируется одним определенным полюсом на север, а другим — на юг; первый назван северным, или положительным магнитным полюсом, второй — южным, или отрицательным магнитным полюсом. Оказалось также, что разноименные полюсы магнитов взаимно притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

      В результате этих исследований в физике возникло представление об особой магнитной субстанции, сосредоточенной в полюсах магнита и названной соответственно положительной и отрицательной «магнитной массой» («магнитным зарядом»). Однако наряду с этим появилось и серьезное сомнение в реальности такой субстанции, поскольку оказалось, что никаким способом невозможно разделить полюсы магнита, т. е. получить отдельно друг от друга положительный и отрицательный «магнитный заряд» (подобно тому, как отделяют положительные и отрицательные электрические заряды, образующиеся, например, при электризации тел). Из разрезанного поперек оси магнита всегда получались два меньших магнита, каждый из которых имел северный и южный полюсы.

      Уже в XVIII в. было обращено внимание на намагничивание железных предметов и перемагничивание компаса, если вблизи них происходил грозовой разряд. Это наводило на мысль о связи магнитных явлений с электрическими. Справедливость такого предположения была экспериментально подтверждена в 1820 г. датским физиком Эрстедом, установившим, что, как и постоянный магнит, электрический ток в проводе воздействует на расположенную поблизости магнитную стрелку, ориентируя ее вполне определенным образом

      (перпендикулярно проводу). Тогда же французский физик Ампер экспериментально обнаружил и подробно исследовал магнитное взаимодействие двух проводников с током.

      Последующие опыты, поставленные в XIX в. рядом ученых, показали, что магнитные свойства обнаруживает не только ток в проводах, но и ток в жидкостях и газах и вообще всякий движущийся электрический заряд. Неподвижный электрический заряд воздействует (посредством электрического поля) на электрические же заряды, но не на магнитную стрелку; магнитное воздействие свойственно только движущимся электрическим зарядам (и изменяющимся электрическим полям).

      Таким образом, выяснилось, что вокруг движущихся электрических зарядов (токов) возникает еще один вид поля — магнитное поле, посредством которого эти заряды взаимодействуют с магнитами или с другими движущимися электрическими зарядами.

      Так как магнитное поле является силовым полем, то его удобно изображать графически посредством силовых линий, подобно тому, как это делалось в отношении электрического поля (см. § 75). Касательная к магнитной силовой линии в любой ее точке должна совпадать по направлению с силой, с которой магнитное поле действует в этой точке на положительный магнитный полюс. Конфигурацию магнитных силовых линий в каждом конкретном случае можно установить, например, с помощью магнитной стрелки, ориентирующейся вдоль этих линий; за направление линии принято считать направление от южного к северному полюсу стрелки. Как известно из школьного курса физики, весьма наглядное представление о магнитных силовых линиях можно также получить с помощью железных опилок, насыпанных тонким слоем на стекло. На рис. 212 изображено изученное таким путем магнитное поле длинного стержневого магнита (магнитной спицы).

      В упомянутом опыте Эрстеда силовые линии магнитного поля, созданного током в прямолинейном проводе, представляют собой концентрические окружности, перпендикулярные проводу, центры которых находятся на этом проводе (рис. 213). Направление силовых линий магнитного поля тока определяется по правилу буравчика; рукоятка буравчика, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении магнитных силовых

      линий. В отличие от силовых линий электрического поля магнитные силовые линии всегда замкнуты (т. е. не имеют ни начала, ни конца).

      В соответствии с правилом буравчика магнитное поле кругового тока имеет вид, представленный на рис. 214, а; на этом же рисунке изображено магнитное поле очень короткого постоянного магнита — магнитного листка (рис. 214, б). Сравнение рис. 214, а и б обнаруживает полное сходство магнитных полей кругового тока и постоянного магнита. Поэтому круговой ток ориентируется во внешнем магнитном поле точно так же, как и постоянный магнит: он устанавливается своей осевой линией (т. е. центральной силовой линией собственного магнитного поля) вдоль внешнего магнитного поля.

      В связи с отмеченным сходством магнита с круговым током Ампер в 1820 г. выдвинул гипотезу о том, что магнитное свойство постоянных магнитов обусловлено существующими в них элементарными круговыми токами. Однако происхождение этих токов оставалось неясным вплоть до начала текущего столетия, когда благодаря открытиям в области строения атома выяснилось, что круговые токи образованы вращательным движением электронов вокруг собственных осей и вокруг ядер атомов.

      Таким образом, было окончательно установлено, что в природе нет особой магнитной субстанции — «магнитных масс» или «магнитных зарядов»; магнитные свойства вещества обусловлены элементарными круговыми токами в атомах и молекулах этого вещества.

      Более подробно вопрос о природе магнетизма мы рассмотрим в § 99, а сейчас перейдем к изучению магнитного поля и электромагнитных явлений на основе магнитного взаимодействия токов.

      Первоначальное изучение электромагнитных явлений и магнитного поля как силового поля можно осуществить несколькими различными способами. Во-первых, на основе воздействия поля на постоянный магнит (магнитную стрелку); именно этот способ исторически и был использован в качестве исходного для изучения электромагнитных явлений. Во-вторых, на основе воздействия поля на замкнутый контур (рамку) с током. В-третьих, на основе взаимодействия токов посредством их магнитных полей. Эти способы являются лишь методическими вариантами начала изложения электромагнетизма и приводят, конечно, к одинаковому результату в описании электромагнитных явлений.

      Мы воспользуемся третьим способом — магнитным взаимодействием токов, поскольку из выражающего это взаимодействие закона Ампера почти непосредственно следуют (легко выводятся) важнейшие закономерности электромагнетизма: закон Био — Савара — Лапласа и формула Ампера.

      голоса
      Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector