Раздел 3. Электромагнетизм

Теория магнетизма: магнитное поле, силовые линии магнитного поля, магнитная плотность силовых линий и её изменение. Свойства магнита. Поведение магнита в магнитном поле Земли. Магнитная защита. Закон Ампера. Магнитная индукция, магнитный поток, собственное и взаимное потокосцепление. Индуктивность. Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля. Mагнитодвижущая сила. Правила для определения направления магнитного поля вокруг проводника с током. Энергия магнитного поля. Проводник с током в магнитном поле. Энергия магнитного поля. Проводник с током в магнитном поле. Механические силы в магнитном поле. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Конструкция электромагнитов и принципы работы. Меры предосторожности при хранении магнитов. Различные типы магнитных материалов. Магнитно-твердые, магнитно-мягкие материалы. Намагничивание ферромагнитных материалов. Магнитный гистерезис: петля гистерезиса, остаточная намагниченность, насыщение магнитных материалов, принудительное размагничивание.

Расчет магнитных цепей. Применение закона полного тока для расчета параметров магнитной цепи. Прямая и обратная задачи. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Электродвижущая сила в проводнике, движущемся в магнитном поле, и влияние на ее величину скорости движения проводника. Закон Фарадея. Применение законов. Явление и ЭДС самоиндукции, явление и ЭДС взаимоиндукции. Влияние на взаимную индуктивность: количество витков в катушке, физический размер катушки, проницаемость катушки, расположение катушек относительно друг друга. Применение закона электромагнитной индукции в практике. Вихревые токи, их использование и способы ограничения

Задачи и вопросы для самопроверки

1. Что называют магнитным полем? Начертите магнитное поле вокруг прямолинейного проводника с током, кольцевого тока и катушки с током.

2. Дайте определение основных магнитных величин и их единиц измерения: индукции, магнитного потока, напряженности, абсолютной магнитной проницаемости, магнитной проницаемости, намагничивающей силы.

3. Выведите формулу для определения напряженности магнитного поля на осевой линии кольцевой катушки.

4. Напишите формулу, связывающую магнитную индукцию, напряженность и абсолютную магнитную проницаемость.

5. Определите индукцию магнитного поля, если на помещенный в поле проводник длиной 1 м с сопротивлением 10 Ом, присоединенный к источнику с напряжением на зажимах 50 В, действует сила 0,5 Н. Ответ: 0,1 Тл.

6. От каких величин зависит электромагнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле? Как определить направление этой силы? В каких единицах выражают все величины, входящие в формулу для электромагнитной силы?

7. Определите напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой, имеющей 100 витков, если через нее проходит ток 15 А, а длина средней силовой линии магнитного поля 2 м. Ответ: 750 А/м.

8. Какое разрывающее усилие действует на каждый метр алюминиевой оболочки двухжильного кабеля, если по его жилам, находящимся на расстоянии 10 мм друг от друга, проходит ток, равный 200 А? Магнитная проницаемость изоляции жил равна 1,0. Ответ: 0,8 Н/м.

9. В чем сущность намагничивания ферромагнитных материалов? Начертите начальную кривую намагничивания стали. Почему ее последний участок называют участком магнитного насыщения?

10. Какой характер имеет петля гистерезиса для магнитомягких и магнитотвердых материалов? Как зависят потери на гистерезис oт площади петли?

11. Опишите порядок расчета магнитной цепи, если заданы ее размеры и магнитный поток или индукция.

12. На стальном магнитопроводе помещена обмотка с числом витков, равным 800. Определите напряженность магнитного поля, если ток в обмотке равен 2 А, а длина средней магнитной линии составляет 0,2 м. Ответ: 8000 А/м.

13. Сформулируйте принцип электромагнитной индукции. Почему при движении проводника в магнитном поле происходит разделение зарядов в проводнике?

14. Как определить значение и направление ЭДС, наведенной в проводнике, движущемся в магнитном поле?

15. Сформулируйте закон Ленца.

16. Определите ЭДС в катушке с числом витков 250, если пронизывающий ее магнитный поток растет со скоростью 0,01 Вб/с. Ответ: -2,5 В.

17. Поясните сущность явления самоиндукции. От каких факторов зависит ЭДС самоиндукции? Какое направление имеет она при возрастании и убывании тока в цепи?

18. Найдите ЭДС самоиндукции в обмотке с индуктивностью 0,1 Гн, если ток в обмотке равномерно возрастает со скоростью 20 А/с. Ответ: -2 В.

19. Поясните принцип возникновения вихревых токов в стальных магнитопроводах электрических машин и трансформаторов. Какое влияние оказывают эти токи на работу машин?