Ohms lag för en magnetisk krets

Om det inte fanns några magnetiska flöden är det osannolikt att modern elektroteknik skulle existera. Driften av generatorer och elmotorer, elektromagneter och transformatorer, mätinstrument och Hall-sensorer är baserad på användningen av magnetfältet och egenskaperna hos det magnetiska flödet.

För att koncentrera och stärka det magnetiska flödet tillgriper de användningen av ferromagnetiska material. Ferromagnetiska material produceras magnetiska kärnor — kroppar av erforderlig form och storlek, kärnor för att rikta magnetiska flöden av en eller annan storlek i den riktning som krävs. Sådana kroppar, inuti vilka slutna linjer av magnetisk induktion passerar, kallas magnetiska kretsar.

De kända egenskaperna hos magnetfältet gör det möjligt att beräkna de magnetiska flödena i olika magnetiska kretsar. Men för praktiskt arbete är det mycket bekvämare att tillgripa allmänna konsekvenser och lagar för magnetiska kretsar härledda från magnetfältets lagar, istället för att använda dessa lagar direkt varje gång. Att tillämpa vissa regler på magnetiska kretsar är bekvämare för att lösa typiska praktiska problem.

Tänk till exempel en enkel magnetisk krets som består av ett ogrenat ok med tvärsnitt S, som i sin tur är tillverkat av ett material med permeabilitet mu… Oket har ett omagnetiskt gap med samma area S, till exempel luft, och den magnetiska permeabiliteten i gapet — mu1 — skiljer sig från okets magnetiska permeabilitet. Här kan du titta på medelinduktionslinjen och tillämpa magnetspänningssatsen på den:

Eftersom linjerna för magnetisk induktion är kontinuerliga genom hela kretsen, är storleken på det magnetiska flödet i både oket och gapet densamma. Nu använder vi formlerna för magnetisk induktion B och för att det magnetiska flödet F ska uttrycka styrkan H för det magnetiska fältet i termer av det magnetiska flödet F.

Nästa steg är att ersätta de resulterande uttrycken i formeln ovan för magnetflödesteoremet:

Vi fick en formel som mycket liknar den som är känd inom elektroteknik Ohms lag för en sektion av en sluten krets, och EMF:s roll här spelas av kvantiteten iN, kallad magnetomotorisk kraft (eller MDF) i analogi med den elektromotoriska kraften. I SI-systemet mäts magnetomotorisk kraft i ampere.

Summan i nämnaren är inget annat än en analogi av det totala elektriska resistansen för en elektrisk krets, och för en magnetisk krets kallas det därför det totala magnetiska motståndet. Termerna i nämnaren är de magnetiska motstånden för enskilda sektioner av den magnetiska kretsen.

Magnetiska resistanser beror på längden på den magnetiska kretsen, dess tvärsnittsarea och den magnetiska permeabiliteten (liknande elektrisk ledningsförmåga för den vanliga Ohms lag).Som ett resultat kan du skriva formeln för Ohms lag, bara för en magnetisk krets:

Det vill säga formuleringen av Ohms lag i förhållande till en magnetisk krets låter så här: «i en magnetisk krets utan förgrening är det magnetiska flödet lika med kvoten för divisionen av MDS med kretsens totala magnetiska resistans.»

Det är uppenbart från formlerna att det magnetiska motståndet i NE mäts i weber ampere, och den totala magnetiska resistansen för en magnetisk krets är numeriskt lika med summan av de magnetiska resistanserna för delarna av den magnetiska kretsen.

Den beskrivna situationen gäller för en ogrenad magnetisk krets som inkluderar valfritt antal delar, förutsatt att det magnetiska flödet successivt penetrerar alla dessa delar. Om de magnetiska kärnorna är seriekopplade, så hittas den totala magnetiska resistansen genom att addera delarnas magnetiska resistanser.

Betrakta nu ett experiment som visar effekten av reluktansen hos delar av en krets på den totala reluktansen hos en krets En U-formad magnetisk krets magnetiseras av spole 1, som matas (växelström) genom en amperemeter och en reostat. En EMF induceras i sekundärlindningen 2, och avläsningarna av voltmetern som är ansluten till lindningen är, som du vet, proportionella mot magnetflödet i magnetkretsen.

Om man nu håller strömmen i primärlindningen oförändrad genom att reglera den med en reostat, och samtidigt trycker järnplattan mot magnetkretsen ovanför, efter att kretsens totala magnetiska resistans kommer att minska kraftigt, kommer avläsningen av voltmetern kommer att öka i enlighet med detta.

Naturligtvis är termerna ovan, såsom "magnetoresistans" och "magnetomotorisk kraft", formella begrepp, eftersom ingenting i det magnetiska flödet rör sig, det finns inga rörliga partiklar, det är bara en visuell representation (som en vätskeflödesmodell) av en tydligare förståelse av lagarna...

Den fysiska innebörden av ovanstående experiment och andra liknande experiment är att förstå hur införandet av icke-magnetiska gap och magnetiska material i den magnetiska kretsen påverkar det magnetiska flödet i den magnetiska kretsen.

Genom att till exempel införa en magnet i en magnetisk krets lägger vi till ytterligare molekylära strömmar till de kroppar som redan finns i kretsen, vilket introducerar ytterligare magnetiska flöden. Formella begrepp som "magnetiskt motstånd" och "magnetomotorisk kraft" visar sig vara mycket praktiska när man löser ett praktiskt problem, varför de framgångsrikt används inom elektroteknik.