Вопрос №1. Принцип Ленца (10 мин.)

Методы расчета магнитных цепей.

Классификация магнитных цепей.

Свойства ферромагнетиков.

Самоиндукция и взаимоиндукция.

Принцип Ленца.

Введение (5 мин.).

Дополнительная

Основная

1. Электротехника и электроника: рабочая программа цикла по специальности 280104.65 – Пожарная безопасность. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009. 25 с.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника и электроника: учеб. М.: Академия, 2005. 9-е изд. С. 165-192.

3. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2008. С. 25-50.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности курсантов к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие, записывается тема занятия (время 5 мин.)

Мы с вами изучили характеристики магнитного поля (магнитную индукцию, напряженность магнитного поля, магнитный поток, магнитную проницаемость) и основные законы электромагнетизма: закон Ампера, закон полного тока, закон ЭДС электромагнитной индукции. Знание и понимание этих характеристик и законов в дальнейшем позволят осуществить расчет параметров магнитной цепи. Наибольшую роль для практической деятельности играет закон ЭДС электромагнитной индукции, т.к. он положен в основу принципа действия трансформаторов, электрических машин и многих других устройств. Закон ЭМИ ЭДС интерес и тем, что у него есть два проявления: самоиндукция и взаимоиндукция. На лекции мы также рассмотрим свойства ферромагнитных материалов, из которых выполняют магнитопроводы основного электрооборудования.

Важной дидактической единицей при изучении электромагнетизма является понятие магнитной цепи. Расчеты магнитных цепей являются основой для определения основных характеристик электрооборудования.

Вопросы лекции:

Мы уже с вами знаем обе части формулировки закона ЭДС электромагнитной индукции (Фарадея-Максвелла). Давайте вспомним, как звучит вторая часть этого закона: ЭДС вдоль замкнутого контура (не содержащего других источников ЭДС) пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур.

И если мы вспомним формулы, для записи этого закона, а именно:

в контуре:, ав катушке:, то из формул видно, что перед дробью, описывающей скорость изменения магнитного потока, стоит знак «минус». Как вы думаете, о чем это говорит?

Знак «минус» показывает направление ЭДС ЭМИ и индукционного тока по отношению к магнитному потоку, их вызвавшему. Знак «минус» говорит о том, что они имеют встречное направление по отношению к направлению силовых линий магнитного поля или магнитному потоку.

Вспомним, что такое индуцированный ток? Мы уже говорили на прошлой лекции, что в проводнике, перемещаемом в магнитном поле, наводится ЭДС электромагнитной индукции. Если проводник включить в замкнутую цепь, то в проводнике появится ток. Этот называется индукционным.

Таким образом, русский ученый Э.Х. Ленц доказал, что:

Правило (Принцип) Ленца: ЭДС ЭМИ, индуцируемая в контуре, стремится вызвать токи, препятствующие изменению МП. Следовательно, индуцированная в контуре ЭДС и ток всегда имеют такое направление, при котором они препятствуют причине, их вы­зывающей

Рис. 1

Это правило можно проиллюстрировать на следующем опыте. На концах стержня свободно вращающегося вокруг своей оси, закреплены два проводящих алюминиевых кольца А и В, одно из них (В) с разрезом. При приближении магни­та к кольцу В с разрезом взаимодействия не наблюдается. Почему? Потому, что в кольце есть разрыв, и, следовательно, в нем не возникают индукционные токи и собственно магнитное поле кольца. Если резко сблизить магнит и кольцо А, то есть увеличить в последнем магнитный поток, то кольцо оттолкнется от магнита. И наоборот, при удалении магнита от кольца А, то есть при уменьшении магнитного потока, кольцо притянется к магниту.

На перемещение магнита относительно кольца затрачивается механическая энергия, которая направлена на увеличение его магнитного поля. Чтобы компен­сировать это прибавление сторона кольца направленного к магниту становится одноименным полюсом, препятствуя увеличению внешнего магнитного поля пу­тем отталкивания магнита. То есть ток в кольце направлен так, чтобы препятст­вовать приближению магнита. И наоборот. Как вы думаете, какой закон, обусловливает описанные выше явления? Закон сохранения энергии.

На рис. 2,апоказан виток, в который сначала вводят постоянный магнит. При этом магнитное поле увеличивается, ΔФ/Δt> 0. В витке индуцируется ЭДС и ток такого напряжения, при котором МП витка препятствует нарастанию внешнего магнитного поля, т. е. магнитный поток витка Ф_В имеет направ­ление, противоположное направлению магнитного поля постоянного магнита. Когда постоянный магнит вы­водят из витка (рис. 2,б), магнитное поле умень­шается, ΔФ/Δt <0. Ток, возникающий в витке, создает МП, препятствующий убыванию МП постоянного магнита.

Рис. 2. К объяснению принципа Ленца

Принцип Ленца отражает явление электромагнитной инерции: потокосцепления контура не могут измениться скачком, также как не может измениться скачком положение тела в пространстве.

Вывод по первому вопросу: правило Ленца положен в основу принципа действия электрических машин.

Дата добавления: 2014-01-20