Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

§ 3.1. Магнитное поле электрического тока

Электромагнетизмом называют комплекс явлений, связанных с взаимодействием между электрическим током и магнитным полем. Электрический ток создает в окружающем его пространстве магнитное поле. В свою очередь магнитное поле оказывает механическое воздей­ ствие на находящийся в нем проводник с током, а при некоторых ус­ ловиях наводит (индуктирует) в проводниках электродвижущую силу

исоздает в них электрический ток. Таким образом, электрический ток

имагнитное поле представляют собой два физических явления, тесней­ шим образом связанных друг с другом.

Рис. 3.1. Магнитное поле прямолинейного электрического тока и правило буравчика

называемых м а г н и т н ы м и с и л о в ы м и л и н и я м и * . На­ правление магнитной силы в любой точке пространства может быть оп­ ределено с помощью маленькой магнитной стрелки (стрелки компаса): стрелка в магнитном поле устанавливается так, что ее северный конец указывает направление действия магнитной силы в данной точке.

Постоянный ток, протекающий по прямому проводнику, создает магнитное поле, силовые линии которого располагаются по концентри­ ческим окружностям в плоскостях, перпендикулярных направлению тока (рис. 3.1, а). Направление магнитных силовых линий может быть определено по п р а в и л у б у - р а в ч и к а : если ввертывать буравичк по направлению тока, то рукоятка буравчика будет вращаться по направлению силовых линий ( рис. 3.1, б).

Особое значение в электротехнике для устройства электрических машин и аппаратов имеют магнитные поля, создаваемые катушками

* Точнее, магнитная сила действует по касательной к магнитной силовой линии 'в каждой ее точке.

38

из проводов. Рассмотрим магнитное поле спиралеобразной катушки — соленоида, схематически изображенное на рис. 3.2, а. Во всех витках соленоида образуются вокруг проводника с током замкнутые магнит­ ные силовые линии, которые, складываясь от витка к витку, создают суммарное магнитное поле соленоида. Как показано на рисунке, внут­ ри соленоида магнитные силовые линии располагаются равномерно, параллельно друг другу. Соленоид, по которому идет электрический ток, обладает теми же свойствами, что и магнит. Конец его, где магнит­

соленоид так, что рукоятка вращается по направлению тока, то ост­ рие бураичика будет указывать на северный полюс соленоида.

Намотав спиралеобразную катушку изолированным проводом на стальной стержень круглого или прямоугольного сечения, получают устройство, называемое э л е к т р о м а г н и т о м . Стальной стер­ жень называют с е р д е ч н и к о м , а намотанную на него катушку из провода—о б м о т к о й э л е к т р о м а г н и т а . При включении обмотки электромагнита в цепь постоянного тока сердечник намагни­ чивается: один его конец приобретает свойства северного полюса маг­ нита, другой—южного полюса (в соответствии с направлением тока,

см. рис. 3.2, б).

Если сердечник выполнен из мягкой стали, то при отключении тока он теряет магнитные свойства; если же для сердечника применены спе­ циальные сорта стали —магнитные его свойства в известной мере сохра­ нятся и после отключения тока. Более подробно вопросы намагничива­ ния стали рассматриваются в § 3.5.

Электромагниты имеют самое широкое применение для создания магнитного поля в электрических машинах и аппаратах.

39

Сердечники электромагнитов при этом могут иметь различную кон­ фигурацию: прямолинейную (рис. 3.3, о), замкнутую (рис. 3.3, б), подковообразную (рис. 3.3, в). На рис. 3.3, в схематически изображено магнитное поле в воздушном промежутке между полюсами подковооб­ разного магнита. Направление магнитных силовых линий —от север­ ного полюса к южному. Магнитное поле, неизменное во времени, си­ ловые линии которого расположены в пространстве равномерно и па-

Рис. 3.3. Конфигурация сердечников электромагнитов:

раллельно друг другу, называется р а в н о м е р н ы м . В дальней­ шем изложении электромагнитные явления рассматриваются только в равномерных магнитных полях, создаваемых электромагнитами.

§ 3.2. Магнитная индукция и магнитный поток

Магнитная индукция

Интенсивность магнитного поля характеризуется величиной, но­ сящей название м а г н и т н о й и н д у к ц и и . Магнитная индук­ ция является векторной величиной, следовательно, она имеет не только численное значение, но и направление. Направление вектора магнит­ ной индукции совпадает с направлением магнитных силовых линий. Обозначается магнитная индукция латинской буквой В\ единица ее

измерения —т е с л а (сокращенно тл).

Величина магнитной индукции определяется силой механического воздействия магнитного поля на проводник с током, находящийся в нем. Сущность этого, известного из курса физики явления, рассматривается в § 3.3.

Магнитный поток

Большое значение при изучении электромагнитных явлений имеет величина м а г н и т н о г о п о т о к а . Магнитным потоком называют произведение BS, где В — магнитная индукция равномерного магнит­ ного поля, a S — площадь, перпендикулярная вектору магнитной ин­ дукции, или, что то же—направлению магнитных силовых линий, ограниченная некоторым контуром внутри магнитного поля. Обозна­

40

чается магнитный поток греческой буквой Ф («фи» прописное), еди­ ница его измерения в е б е р (сокращенно Вб).

При магнитной индукции В, равной одной тесле (тл), площадку, равную 1 м2, пронизывает магнитный поток Ф, равный одному веберу (Вб). Отсюда следует:

размеры (в поперечном сечении) 300X200 мм. Магнитная индукция в сердечнике

дикулярно к его силовым линиям проходит прямолинейный проводник,

циональна интенсивности магнитного поля, иными словами его магнит­ ной индукции, току, протекающему по проводнику, и длине участка проводника, находящегося в магнитном поле; от сечения и материала проводника сила F не зависит.

41