Формальные аналогии между параметрами электрической и магнитной цепей

Электрическая цепь	Магнитная цепь
Ток I	Магнитный поток Ф
Электродвижущая сила (ЭДС) Е	Магнитодвижущая сила (МДС) F
Электрическое сопротивление R=U/I	Магнитное сопротивление Rm=Um/Ф
Простейшая электрическая цепь источник ЭДС – соединительные провода – приемник (рис.2.3в):	Простейшая магнитная цепь (рис2.3а,б):
- при электродвижущей силе Е ток равен: - электрическое сопротивление равно: R=l/S	- при магнитодвижущей силе F магнитный поток равен: - магнитное сопротивление равно: Rm=l/μrμ0S

2.4. Электромагниты

Электромагнитом называется катушка (соленоид) с помещенным внутрь ее сердечником из мягкой стали, т.е. стали быстро теряющей магнитные свойства после намагничивания. Схематическое изображение электромагнита и его схема замещения представлена на рис.2.3 а, б

Р

в)

ис.2.3. Магнитная цепь электромагнита (а), ее схема замещения (б) и простейшая электрическая цепь (в).

Если по обмотке электромагнита W пропустить электрический ток I, то вокруг обмотки образуется магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Так как сердечник выполняется из мягкой стали, то он намагничивается мгновенно. После выключения тока, магнитные свойства сердечника также быстро исчезнут и он перестанет быть магнитом.

Полосы электромагнита определяются, так же как и соленоида по правилу правой руки. Если в обмотке электромагнита изменить направление тока, то изменится и полярность электромагнита.

В отличие от постоянного магнита сила притяжения электромагнита не постоянная, а зависит от величины тока I в обмотке и ее количестве витков W.

Произведение силы тока I на количество витков W электромагнита называется магнитодвижущей силой (МДС) и обозначается F. Магнитодвижущая сила измеряется числом ампер-витков (АW), а ее действие аналогично ЭДС в электрической цепи (см. рис.2.3,табл.2.1). Подобно тому как ЭДС является причиной возникновения электрического тока, так и МДС является причиной возникновения магнитного потока Ф в электромагните. Точно также как в электромагнитной цепи с увеличением ЭДС увеличивается ток, так и в магнитной цепи с увеличением МДС увеличивается магнитный поток.

Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь обладает определенным магнитным сопротивлением, зависящем от магнитной проницаемости среды, через которую проходит магнитный поток Ф. Чем короче путь магнитного потока и чем больше магнитная проницаемость среды, тем меньше магнитное сопротивление цепи.

Магнитная цепь электромагнита на рис 2.3 состоит из двух однородных участков: железного сердечника П-образной формы и воздушного зазора. Ясно, что магнитное сопротивление участка цепи по стали намного меньше участка цепи по воздуху, исходя из их магнитной проницаемости.

Таким образом, значение магнитного сопротивления зависит от геометрической формы и размеров участка магнитной цепи, а также от свойств материала (среды) этого участка. Оно рассчитывается по формуле:

(2.1)

где: - средняя длина участка магнитной цепи.

μ_r - относительная магнитная проницаемость материала (среды) - безразмерная величина.

μ₀ - магнитная постоянная равная 4π10^-7 Вб/(Ам)=1.2610^-6Вс/(Ам).

μ_а=μ_rμ₀ - абсолютная магнитная проницаемость, которая соответствует γ электрических проводников и характеризует магнитную проницаемость материала.

Схема замещения соленоида на рис.2.3, б соответствует схеме простейшей электрической цепи, состоящей из источника и одного приемника, на рис.2.3в Магнитное сопротивление стального сердечника R_м.ст является внутренним сопротивлением источника МДС R_м.вн, т.е. R_м.ст=R_м.вн. Сопротивление воздушного промежутка R_м.в является сопротивлением нагрузки источника МДС, т.е. внешним для него сопротивлением R_м.вн. Соответственно R_м.в=R_м.вн.

У так называемых ферромагнитных материалов (железо, никель, кобальт и др.) относительная магнитная проницаемость может быть очень большой (от 100 до 200000). У немагнитных материалов (в том числе и воздуха) μ_r=1, т.е. у таких материалов μ_а=μ₀.