Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Znajomość wielu tematów zwanych „Elektrotechniką” zawiera w swoim programie szereg podstawowych praw, które określają zasady fizycznej interakcji pola magnetycznego. Rozszerzają swoje działanie na różne elementy urządzeń elektrycznych, a także na struktury i środowiska, które są ich częścią. Fizyka zachodzących w nich procesów dotyczy takich podstawowych pojęć, jak przepływ energii elektrycznej i pola. Prawo prądu całkowitego ustanawia zależność między ruchem ładunków elektrycznych a wytworzonym przez nie polem magnetycznym (a dokładniej jego intensywnością). Współczesna nauka twierdzi, że jej zastosowanie obejmuje prawie wszystkie środowiska.
Istota prawa
Rozważane prawo, mające zastosowanie w obwodach magnetycznych, określa następującą zależność ilościową między jego składowymi składowymi. Cyrkulacja wektora pola magnetycznego wzdłuż zamkniętej pętli jest proporcjonalna do sumy prądów, które go przenikają. Aby zrozumieć fizyczne znaczenie prawa prądu całkowitego - należy zapoznać się z graficzną reprezentacją opisanych przez niego procesów.
Z rysunku wynika, że około dwóch przewodników z prądami I1 i I2 przepływającymi przez nie tworzy pole ograniczone konturem L. Jest ono przedstawiane jako reprezentowana mentalnie postać zamknięta, której płaszczyzna przenika przewody z ruchomymi ładunkami. Mówiąc prosto, prawo to można wyrazić w następujący sposób. Jeśli w wyobrażonej powierzchni pokrytej obwodem L jest kilka strumieni elektryczności, w jej granicach tworzy się pole magnetyczne o danym rozkładzie natężenia.
Dla dodatniego kierunku ruchu wektora zgodnie z prawem kontur obwodu magnetycznego jest wybierany do poruszania się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Jest też wyobrażona psychicznie.
Ta definicja pola wirowego wytworzonego przez prądy sugeruje, że kierunek każdego z prądów może być dowolny.
Dla odniesienia! Strukturę pola wejściowego i opisujące ją urządzenie należy odróżnić od cyrkulacji wektora elektrostatycznego „E”, który jest zawsze zerowy podczas chodzenia po obwodzie. W konsekwencji pole to odnosi się do potencjalnych struktur. Cyrkulacja wektora „B” pola magnetycznego nigdy nie wynosi zero. Dlatego nazywa się „wir”.
Podstawowe pojęcia
Zgodnie z omawianym prawem do obliczania pól magnetycznych stosuje się następujące uproszczone podejście. Całkowity prąd jest reprezentowany jako suma kilku składników przepływających przez powierzchnię pokrytą obwodem zamkniętym L. Obliczenia teoretyczne można przedstawić w następujący sposób:
- Całkowity strumień elektryczny przenikający do hodowli Σ I jest sumą wektorów I1 i I2.
- W tym przykładzie formuła służy do jej określenia:
ΣI = I1-I2 (minus przed drugim terminem oznacza, że kierunki prądów są przeciwne). - Z kolei są one określone przez prawo (regułę) świderka znane w elektrotechnice.
Natężenie pola magnetycznego wzdłuż konturu oblicza się na podstawie uzyskanych obliczeń metodami specjalnymi. Aby go znaleźć, konieczne jest zintegrowanie tego parametru z L, przy użyciu równania Maxwella przedstawionego w jednej z form, które można zastosować w formie różnicowej, ale nieco skomplikuje to obliczenia.
Uproszczone podejście integralne
Jeśli użyjemy reprezentacji różnicowej, bardzo trudno będzie wyrazić prawo prądu całkowitego w postaci uproszczonej (w tym przypadku konieczne jest wprowadzenie do niego dodatkowych komponentów). Dodaj do tego, że pole wiru magnetycznego utworzone przez prądy poruszające się w konturze jest w tym przypadku określane z uwzględnieniem prądu polaryzacji w zależności od szybkości zmiany indukcji elektrycznej.
Dlatego w praktyce, w TOE, bardziej popularne jest reprezentowanie wzorów na prądy całkowite w postaci sumowania mikroskopijnie małych odcinków konturowych z utworzonymi w nich polami wirowymi. To podejście obejmuje zastosowanie równania Maxwella w postaci integralnej. W jego realizacji kontur jest podzielony na małe segmenty, które w pierwszym przybliżeniu są uważane za prostoliniowe (zgodnie z prawem przyjmuje się, że pole magnetyczne jest jednolite). Ta wartość, oznaczona jako Um dla jednego dyskretnego segmentu o długości ΔL pola magnetycznego działającego w próżni, jest zdefiniowana jako:
Um = HL * ΔL
Całkowita intensywność wzdłuż pełnego konturu L, przedstawiona w skrócie w formie integralnej, jest podana przez następujący wzór:
UL = Σ HL * ΔL.
Całkowite obowiązujące prawo dla próżni
W ostatecznej formie, zaprojektowanej zgodnie ze wszystkimi zasadami integracji, prawo całkowitego prądu wygląda tak. Cyrkulację wektora „B” w zamkniętej pętli można przedstawić jako iloczyn stałej magnetycznej m i sumy prądów:
Całka z B nad dL = całka z Bl nad dL = m Σ In
gdzie n jest całkowitą liczbą przewodników z prądami wielokierunkowymi pokrytymi reprezentowanym psychicznie konturem L o dowolnym kształcie.
Każdy prąd jest brany pod uwagę w tej formule tyle razy, ile jest w pełni pokryty przez ten obwód.
Ostateczna forma uzyskanych obliczeń dla prawa prądu całkowitego jest w dużym stopniu zależna od środowiska, w którym działa indukowana siła elektromagnetyczna (pole).
Wpływ na środowisko
Relacje dla prawa prądów i pól działających nie w próżni, ale w medium magnetycznym, przybierają nieco inną formę. W tym przypadku, oprócz głównych komponentów prądowych, wprowadzana jest koncepcja prądów mikroskopowych pojawiających się na przykład w magnesie lub w podobnym materiale.
Niezbędny stosunek w jego pełnej formie wywodzi się z twierdzenia o wektorowym obiegu indukcji magnetycznej B. W prostym języku wyraża się go w następującej formie. Łączna wartość wektora B przy całkowaniu nad wybranym konturem jest równa sumie makroprądów objętych nim, pomnożonej przez stały współczynnik magnetyczny.
W rezultacie wzór na „B” w substancji jest określony przez wyrażenie:
Całka z B nad dL = całka z Bl nad dL = m ( I + I 1)
gdzie: dL jest dyskretnym elementem konturu skierowanym wzdłuż jego obejścia, B jest składnikiem w kierunku stycznej w dowolnym punkcie, bI i I1 to prąd przewodzenia i prąd mikroskopowy (molekularny).
Jeśli pole działa w środowisku składającym się z dowolnych materiałów, należy wziąć pod uwagę mikroskopijne prądy charakterystyczne dla tych struktur.
Obliczenia te obowiązują również dla pola utworzonego w solenoidie lub innym medium o skończonej przenikalności magnetycznej.
W celach informacyjnych
W najbardziej kompletnym i kompleksowym systemie pomiarowym GHS siła pola magnetycznego jest reprezentowana w oersteds (E). W innym systemie operacyjnym (SI) jest on wyrażany w amperach na metr (A / metr). Dzisiaj Oersted jest stopniowo zastępowany przez bardziej dogodną jednostkę działającą - amper na metr. Przy tłumaczeniu wyników pomiarów lub obliczeń z SI na GHS stosuje się następującą zależność:
1 E = 1000 / (4π) A / m ≈ 79, 5775 Amper / metr.
W końcowej części przeglądu zauważamy, że bez względu na sformułowanie prawa prądów całkowitych, jego istota pozostaje niezmieniona. Własnymi słowami można to przedstawić w następujący sposób: wyraża związek między prądami penetrującymi dany obwód a polami magnetycznymi wytworzonymi w substancji.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na temat artykułu:
Materiały na ten temat:
- Czym jest pole elektryczne
- Rezystancja przewodów w zależności od temperatury
- Największe odkrycia Nikoli Tesli