02.11.2021,03.11.2021

ПРЕДМЕТ: " ОСНОВЫ  ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ "

Преподаватель: Пархоменко Лариса Ивановна.

ГРУППА № 412 

02.11.21г. Группа № 412  темы уроков: " Нагревание проводов."," Простейшие магнитные поля.", "Магнитная индукция."

Изучить материал и составить краткий конспект.

                                                                  Нагревание проводов.

Для неизолированных проводов воздушных ли­ний электропередач основную роль играет передача тепла посред­ством конвекции, т. е. охлаждение нагретого провода движущимся потоком воздуха. Отдача тепла посредством лучеиспускания в дан­ном случае невелика, так как температура проводов воздушных ли­ний при нормальной эксплуатации не превышает 70 °С. Отдача тепла посредством теплопроводности в рассматриваемом случае практи­чески не играет заметной роли из-за плохой теплопроводности воз­духа.

При охлаждении прокладываемых в воздухе изолирован­ных проводов и кабелей отдача тепла с их внешней поверх­ности происходит по тому же закону, как и для неизолированных проводов. Но при нагревании изолированных проводов и кабелей тепловой поток, прежде чем достичь внешней его поверхности, дол­жен преодолеть тепловое сопротивление изолирующих и защитных покровов. Это обстоятельство ухудшает условия охлаждения изоли­рованных проводов по сравнению с неизолированными.  Наиболее часто для прокладки в воздухе применяются провода и кабели с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией.  Наиболь­шая допустимая температура определяется сохранностью изоляции. Длительный срок службы теплостойкой резиновой изоляции гаран­тируется при температуре, не превышающей + 65 °С, а полихлорви­ниловой изоляции при температуре не более + 70 °С. При более вы­сокой температуре резиновая изоляция становится хрупкой, поли­хлорвиниловая изоляция размягчается, и изоляционная оболочка провода или кабеля перестает удовлетворять требованиям. Кабели с бумажной изоляцией получили широкое распростране­ние при выполнении наружных электрических сетей городов и про­мышленных предприятий. Для таких сетей наиболее распространен­ным способом прокладки является прокладка в земляных траншеях. Условия охлаждения проложенных в земле кабелей отли­чаются от условий охлаждения проводов, прокладываемых на возду­хе вследствие более высокой теплопроводности земли. Кабели про­кладываются в земле на глубине 0,7... 1,0 м, где температура значи­тельно отличается от температуры воздуха.

                                                     Простейшие магнитные поля.

Магни́тное по́ле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.

Основной количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции ${\displaystyle \mathbf {B} }$ (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения, магнитное поле описывается векторным полем ${\displaystyle \mathbf {B} =\mathbf {B} (x,y,z)}$, заданным в каждой точке пространства.

Вместо магнитной индукции для описания магнитного поля можно использовать ещё одну фундаментальную величину, тесно с ней взаимосвязанную, — векторный потенциал.

Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. В специальной теории относительности магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).

Одно из наиболее часто встречающихся в обычной жизни проявлений магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами как взаимодействие между двумя монополями, и с формальной точки зрения эта идея вполне реализуема и часто весьма удобна, а значит практически полезна (в расчётах); однако детальный анализ показывает, что на самом деле это не полностью правильное описание явления (наиболее очевидным вопросом, не получающим объяснения в рамках такой модели, является вопрос о том, почему монополи никогда не могут быть разделены, то есть почему эксперимент показывает, что никакое изолированное тело на самом деле не обладает магнитным зарядом; кроме того, слабостью модели является то, что она неприменима к магнитному полю, создаваемому макроскопическим током, а значит, если не рассматривать её как чисто формальный приём, приводит лишь к усложнению теории в фундаментальном смысле).

                                                               Магнитная индукция.

Магни́тная инду́кция — векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, а именно характеристикой его действия на движущиеся заряженные частицы и на обладающие магнитным моментом тела.

Стандартное обозначение: ${\displaystyle {\vec {B}}}$; единица измерения в СИ — тесла (Тл), в СГС — гаусс (Гс) (связь: 1 Тл = 10⁴ Гс).

Величина магнитной индукции фигурирует в ряде важнейших формул электродинамики, включая уравнения Максвелла.

Для измерения магнитной индукции ${\displaystyle {\vec {B}}}$ используются магнитометры-тесламетры. Также она может быть найдена расчётным путём — в статической ситуации для этого достаточно знать пространственное распределение токов.

Вектор ${\displaystyle {\vec {B}}}$ в общем случае зависит от координат рассматриваемой точки и времени ${\displaystyle t}$. Он не инвариантен относительно преобразований Лоренца и изменяется при смене системы отсчёта.

Магнитная индукция может быть определена  как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещённую в предполагаемое однородным (на расстояниях порядка размера рамки) магнитное поле, к произведению силы тока ${\displaystyle I^{*}}$ в рамке на её площадь. Момент сил зависит от ориентации рамки и достигает максимального значения при каких-то определённых углах. Звёздочка у символа указывает на то, что заряд или ток являются «пробными», то есть воспринимающими, а не создающими поле, в отличие от тех же величин без звёздочки.

Магнитная индукция выступает основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля ${\displaystyle {\vec {E}}}$.

03.11.21. Группа № 412 темы уроков: " Электромагниты.", "Понятие о вихревых токах."

Изучить материал и составить краткий конспект.

                                                              Электромагниты.  

      Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.

Обмотку электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопроводы изготавливают из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи (токи Фуко) магнитопроводы выполняют из набора листов .       Выделяют три типа электромагнитов по способу создания магнитного потока.

Нейтральные электромагниты постоянного тока

Постоянный магнитный поток создается постоянным током в обмотке таким образом, что сила притяжения зависит только от величины и не зависит от направления тока в обмотке.

Поляризованные электромагниты постоянного тока

Присутствуют два независимых магнитных потока — рабочий и поляризующий. Первый создается рабочей (или управляющей) обмоткой. Поляризующий поток чаще всего создается постоянными магнитами, иногда дополнительными электромагнитами, и используется для обеспечения наличия притягивающей силы при выключенной рабочей обмотке. В целом действие такого магнита зависит как от величины, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке.

Электромагниты переменного тока

В этих магнитах питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, а однонаправленная сила притяжения меняется только по величине, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Широко применяют в электротехнике, начиная от бытовой техники до плит электромагнитных для станков, при магнитопорошковом методе неразрушающего контроля.

Другие классификации

Электромагниты различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками; по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах; по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия, создающие постоянное или переменное магнитное поле и т. д.  

                                                          Понятие о вихревых токах.

Вихревые токи, или токи Фуко́  — вихревой  индукционный объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока действующего на них магнитного поля.  Свободные носители заряда (электроны) в металлическом листе движутся с листом вправо, поэтому магнитное поле оказывает на них боковую силу из-за силы Лоренца .  Подвижные носители заряда в металле, электроны, на самом деле имеют отрицательный заряд (q <0), поэтому их движение противоположно направлению показанного обычного тока.

Магнитное поле магнита, действующее на электроны, движущиеся вбок под магнитом, затем создает силу Лоренца, направленную назад, противоположную скорости металлического листа. Электроны при столкновении с атомами металлической решетки передают эту силу листу, оказывая на лист силу сопротивления, пропорциональную его скорости. Кинетическая энергия , которая потребляется преодоление этой силы сопротивления рассеивается в виде тепла за счет токов , протекающих через сопротивление металла, так что металл получает тепло под магнитом.

Токи Фуко возникают под действием изменяющегося во времени (переменного) магнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в проводах и вторичных обмотках электрических трансформаторов.  Вихревые токи также могут иметь нежелательные эффекты, например потери мощности в трансформаторах . В этом приложении они минимизируются за счет использования тонких пластин, ламинирования проводников или других деталей формы проводников. Поскольку электрическое сопротивление массивного   проводника может быть мало, то сила индукционного электрического тока, обусловленного токами Фуко, может достигать чрезвычайно больших значений. В соответствии с правилом Ленца токи Фуко в объеме проводника выбирают такой путь, чтобы в наибольшей мере противодействовать причине, вызывающей их протекание. Поэтому, в частности, движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с внешним магнитным полем. Этот эффект используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других приборов без использования силы трения, а также в некоторых конструкциях тормозных систем железнодорожных поездов.

Самоиндуцированные вихревые токи ответственны за скин-эффект в проводниках. Скин-эффект может использоваться для неразрушающего контроля материалов на предмет геометрических характеристик, таких как микротрещины.