Prawo prądu całkowitego w prostych słowach
Znajomy przedmiot o nazwie Inżynieria elektryczna zawiera w swoim programie szereg podstawowych praw określających zasady fizycznej interakcji pola magnetycznego. Rozszerzają swoje działanie na różne elementy urządzeń elektrycznych, a także ich struktury i środowiska. Fizyka zachodzących w nich procesów odnosi się do takich podstawowych pojęć, jak prądy elektryczności i pola. Prawo prądu całkowitego ustanawia związek między ruchem ładunków elektrycznych a wytwarzanym przez niego polem magnetycznym (a dokładniej jego natężeniem). Współczesna nauka twierdzi, że jej zastosowanie obejmuje prawie wszystkie środowiska.
Istota prawa
Rozważane prawo obowiązujące w obwodach magnetycznych określa następujący stosunek ilościowy między jego składowymi składnikami. Cyrkulacja wektora pola magnetycznego w zamkniętej pętli jest proporcjonalna do sumy prądów penetrujących go. Aby zrozumieć fizyczne znaczenie prawa prądu całkowitego, musisz zapoznać się z graficzną reprezentacją opisanych przez niego procesów.
Z rysunku można zobaczyć, że około dwóch przewodników z przepływającymi przez nie prądami I1 i I2 tworzy pole ograniczone przez obwód L. Wprowadza się je jako wyobrażoną w myślach postać zamkniętą, której płaszczyzna jest przebita przewodnikami o ruchomych ładunkach. Krótko mówiąc, prawo to można wyrazić następująco. W obecności kilku przepływów energii elektrycznej przez wyimaginowaną powierzchnię wyobrażoną pokrytą konturem L, powstaje w nim pole magnetyczne o ustalonym rozkładzie natężenia.
Dla dodatniego kierunku wektora zgodnie z prawem dla konturu obwodu magnetycznego wybiera się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Można to również sobie wyobrazić.
Taka definicja pola wirowego utworzona przez prądy sugeruje, że kierunek każdego z prądów może być dowolny.
Na przykład! Wprowadzoną strukturę pola i opisujący ją aparat należy odróżnić od cyrkulacji wektora elektrostatycznego „E”, który zawsze jest równy zeru omijającemu obwód. W rezultacie takie pole odnosi się do potencjalnych struktur. Cyrkulacja wektora „B” pola magnetycznego nigdy nie wynosi zero. Dlatego nazywa się to „wirowaniem”.
Podstawowe koncepcje
Zgodnie z rozpatrywanym prawem do obliczenia 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 prąd elektryczny przepływający przez obwody Σ I jest sumą wektorów I1 i I2.
- W tym przykładzie, aby to ustalić, użyj wzoru:
ΣI = I1 - I2 (minus przed drugim członem oznacza, że kierunki prądów są przeciwne). - Oni z kolei są określani zgodnie z prawem znanym w elektrotechnice (reguła) świder ręczny.
Pole magnetyczne wzdłuż konturu jest obliczane na podstawie obliczeń uzyskanych za pomocą specjalnych technik. Aby go znaleźć, konieczne jest zintegrowanie tego parametru z L za pomocą równania Maxwella przedstawionego w jednej z form.Można go zastosować w formie różnicowej, ale to nieco skomplikuje obliczenia.
Uproszczone zintegrowane podejście
Jeśli użyjemy reprezentacji różnicowej, wyrażenie prawa całkowitego prądu w formie uproszczonej będzie bardzo trudne (w tym przypadku należy wprowadzić do niego dodatkowe elementy). Dodajemy do tego, że pole wiru magnetycznego wytwarzane przez prądy poruszające się w obwodzie jest w tym przypadku określane z uwzględnieniem prądu polaryzacji, który zależy od szybkości zmiany indukcji elektrycznej.
Dlatego w praktyce w TOE bardziej popularne jest przedstawianie wzorów dla pełnych prądów w postaci sumowania mikroskopijnie małych segmentów obwodu z utworzonymi w nich polami wirowymi. Podejście to polega na zastosowaniu równania Maxwella w postaci całkowej. Po wdrożeniu kontur dzieli się na małe segmenty, które w pierwszym przybliżeniu są uważane za proste (zgodnie z prawem zakłada się, że pole magnetyczne jest jednorodne). Wartość ta, oznaczona jako Um dla jednego dyskretnego odcinka długości ΔL pola magnetycznego działającego w próżni, jest zdefiniowana następująco:
Um = HL * ΔL
Całkowite napięcie wzdłuż pełnego konturu L, przedstawione w skrócie w postaci integralnej, wynika z następującego wzoru:
UL = Σ HL * ΔL.
Prawo całkowitego prądu próżniowego
W ostatecznej formie, sporządzonej zgodnie ze wszystkimi regułami integracji, prawo prądu całkowitego wygląda następująco. Krążenie wektora „B” w zamkniętej pętli można przedstawić jako iloczyn stałej magnetycznej m w ilości prądów:
Całka B powyżej dL = całka Bl powyżej dL = m Σ W
gdzie n jest całkowitą liczbą przewodników o prądach wielokierunkowych pokrytych wyobrażonym mentalnie obwodem L o dowolnym kształcie.
Każdy prąd jest uwzględniany w tym wzorze tyle razy, ile jest całkowicie objęty tym obwodem.
Na ostateczną formę uzyskanych obliczeń dla prawa prądu całkowitego duży wpływ ma czynnik, w którym działa indukowana siła elektromagnetyczna (pole).
Wpływ środowiska
Rozważane relacje dla prawa prądów i pól działających nie w próżni, ale w ośrodku magnetycznym, przyjmują nieco inną formę. W tym przypadku, oprócz głównych komponentów prądowych, wprowadza się koncepcję prądów mikroskopowych powstających na przykład w magnesie lub w jakimkolwiek podobnym materiale.
Niezbędną zależność wyprowadza się w całości z twierdzenia o cyrkulacji wektorowej indukcji magnetycznej B. Mówiąc prościej, wyraża się ją w następującej postaci. Całkowita wartość wektora B po zintegrowaniu w wybranym obwodzie jest równa sumie pokrytych przez niego prądów makro pomnożonych przez współczynnik stałej magnetycznej.
W rezultacie wzór na „B” w substancji jest określony przez wyrażenie:
Całka B powyżej dL = całka Bl powyżej dL = m(ja+ja1)
gdzie: dL jest dyskretnym elementem obwodu skierowanym wzdłuż jego obejścia, Bl jest składową 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 prądy mikroskopowe charakterystyczne dla tych struktur.
Obliczenia te są również prawdziwe dla pola utworzonego w solenoidie lub w dowolnym innym medium o skończonej przenikalności magnetycznej.
Na przykład
W najbardziej kompletnym i kompleksowym systemie pomiarów GHS siła pola magnetycznego jest reprezentowana w Oersteds (E). W innym istniejącym systemie (SI) wyraża się go w amperach na metr (A / metr). Dzisiaj Oersted jest stopniowo zastępowany przez bardziej wygodną jednostkę roboczą - amper na metr.Podczas tłumaczenia wyników pomiarów lub obliczeń z SI na GHS stosuje się następujący stosunek:
1 e = 1000 / (4π) A / m ≈ 79,5775 amper / metr.
W końcowej części przeglądu zauważamy, że bez względu na to, jakie jest brzmienie prawa pełnych prądów, jego istota pozostaje niezmieniona. Jego własnymi słowami można to przedstawić następująco: wyraża związek między prądami przenikającymi dany obwód a polami magnetycznymi wytwarzanymi w substancji.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na temat tego artykułu:
Powiązane materiały:
Ładowanie...
