29.pdf

ÐÀÄÈÎ ÍÀ×ÈÍÀÞÙÈÌ

Â ÏÎÌÎÙÜ ÐÀÄÈÎÊÐÓÆÊÓ ÂÅÄÅÒ Á. Ñ. ÈÂÀÍÎÂ

Ðîëü ìàãíèòîïðîâîäîâ â ýëåêòðî-

òåõíèêå èñêëþ÷èòåëüíî âåëèêà, ïîýòî-

ìó äàâàéòå ðàçáåðåìñÿ â èõ íàçíà÷å-

íèè. Íàìàãíè÷èâàÿñü ïîëåì êàòóøêè,

ôåððîìàãíèòíîå âåùåñòâî ìàãíèòî-

ïðîâîäà ñîçäàåò ñîáñòâåííîå ïîëå,

óñèëèâàþùåå ïîëå êàòóøêè â

400...1000 ðàç äëÿ òðàíñôîðìàòîðíîé

ñòàëè è â 10 000...120 000 ðàç äëÿ ñïå-

öèàëüíûõ ñïëàâîâ ñ âûñîêîé ìàãíèò-

íîé ïðîíèöàåìîñòüþ (ïåðìàëëîé è

äðóãèå). Òåïåðü ãîâîðÿò óæå íå î íà-

ïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, à î ìàã-

íèòíîé èíäóêöèè, õàðàêòåðèçóþùåé

ñèëîâîå äåéñòâèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ:

Â =

ÒÅÎÐÈß: ÏÎÍÅÌÍÎÃÓ ÎÁÎ ÂÑÅÌ

Â. ÏÎËßÊÎÂ, ã. Ìîñêâà

1.4. Ýëåêòðîìàãíåòèçì.

Òî÷íî òàê æå, êàê çàðÿäû ñîçäàþò

ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, òîê, ïðîòåêàþ-

ùèé ïî ïðîâîäíèêó, ñîçäàåò ìàãíèò-

íîå ïîëå. Îäíàêî õàðàêòåð ýòèõ ïîëåé

ðàçíûé. Åñëè ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå äåé-

ñòâóåò íà çàðÿäû (çàêîí Êóëîíà), òî

ìàãíèòíîå íà òîêè, òåêóùèå ïî äðó-

ãèì ïðîâîäíèêàì (çàêîí Àìïåðà), èëè

íà ïðåäìåòû, èçãîòîâëåííûå èç ôåð-

ðîìàãíèòíîãî âåùåñòâà (æåëåçà, õðî-

ìà, íèêåëÿ èëè èñêóññòâåííî ñîçäàí-

íîãî ìàòåðèàëà ôåððèòà).

Íà ðèñ. 1,â óæå áûëè ïîêàçàíû ñè-

ëîâûå ëèíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â

êîíäåíñàòîðå. Êñòàòè, îíè ââåäåíû â

îáèõîä Ì. Ôàðàäååì è ïîêàçûâàþò íà-

ïðàâëåíèå ñèëû, äåéñòâóþùåé íà ìà-

ëåíüêèé (òî÷å÷íûé) ïîëîæèòåëüíûé

ïðîáíûé çàðÿä. Ýëåêòðè÷åñêèå ñèëî-

âûå ëèíèè íà÷èíàþòñÿ è êîí÷àþòñÿ

òîëüêî íà çàðÿäàõ. Â ìåòàëëè÷åñêóþ

ïðîâîäÿùóþ ïîâåðõíîñòü îíè âõîäÿò

ñòðîãî ïåðïåíäèêóëÿðíî. Ìàãíèòíûõ

çàðÿäîâ â ïðèðîäå íå áûâàåò. Ïîñòî-

ÿííûé òîê ìîæíî ñîçäàòü òîëüêî â

çàìêíóòîì êîíòóðå.

Ñäåëàåì ìàëåíüêèé ïðîáíûé êîí-

òóð (êîëå÷êî), ïî êîòîðîìó ïðîòåêàåò

òîê, è ïîìåñòèì åãî â ìàãíèòíîå ïîëå,

íàïðèìåð ìàãíèòíîå ïîëå Çåìëè. Êî-

ëå÷êî ïîâåðíåòñÿ, è åãî îñü ïîêàæåò

íàïðàâëåíèå ìàãíèòíîé ñèëîâîé ëè-

íèè! Òî÷íî òàê æå ïîâåäåò ñåáÿ è ìàã-

íèòíàÿ ñòðåëêà êîìïàñà. Ïðàâäà, êîì-

ïàñîì íåëüçÿ âîñïîëüçîâàòüñÿ â âàãî-

íå ýëåêòðè÷êè èëè âáëèçè âûñîêî-

âîëüòíîé ëèíèè ïåðåäà÷è ïîñòîÿííîãî

òîêà ñòðåëêà ïîâåðíåòñÿ ïåðïåíäè-

êóëÿðíî ïðîâîäó âäîëü ñèëîâîé ëèíèè,

à âîâñå íå íà Ñåâåð. Ìàãíèòíûå ñèëî-

âûå ëèíèè íèãäå íå êîí÷àþòñÿ è íå íà-

÷èíàþòñÿ, îíè çàìêíóòû (ðèñ. 4,à).

Íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ Í,

èçìåðÿåìàÿ â àìïåðàõ íà ìåòð, íà ðàñ-

ñòîÿíèè R îò ïðÿìîãî ïðîâîäà ñ òîêîì

I ñîñòàâèò: Í = I/2

R (íàïðÿæåííîñòü

ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðÿìîãî òîêà).

Ïîëå ìîæíî óñèëèòü, åñëè ïðîâîä

ñîãíóòü â êîëüöî (ðèñ. 4,á). Òîãäà â

öåíòðå êîëüöà, èëè âèòêà ñ òîêîì ðà-

äèóñà R, ìàãíèòíûå ïîëÿ îòäåëüíûõ

ó÷àñòêîâ êîëüöà ñëîæàòñÿ: Í = I/2R

(íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ

âèòêà ñ òîêîì) .

Íàìîòàåì N âèòêîâ íà êàðêàñ ñ ïëî-

ùàäüþ ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ S è äëè-

íîé l (ðèñ. 4,â). Ìàãíèòíûå ïîëÿ îòäåëü-

íûõ âèòêîâ ñëîæàòñÿ, è îáùåå ìàãíèò-

íîå ïîëå ïîëó÷èâøåéñÿ êàòóøêè èíäóê-

òèâíîñòè (èëè ñîëåíîèäà òàê èíîãäà

íàçûâàþò ïîäîáíîå óñòðîéñòâî) ñòàíåò

ñèëüíåå: Í = IN/ l (íàïðÿæåííîñòü ìàã-

íèòíîãî ïîëÿ êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè

ñîëåíîèäà).

Èòàê, ýëåêòðè÷åñêèé òîê ñîçäàåò

ìàãíèòíîå ïîëå. Âû ñïðîñèòå: à êàê æå

ïîñòîÿííûå ìàãíèòû æåëåçíûå áðó-

ñêè èëè ïîäêîâû, ïðèòÿãèâàþùèå äàæå

ãâîçäè? Êàêèå òàì òîêè? Îíè åñòü,

òîëüêî ìèêðîñêîïè÷åñêèå, âíóòðè-

àòîìíûå. Êàæäûé ýëåêòðîí, âðàùàþ-

ùèéñÿ âîêðóã ÿäðà, ýòî êîëüöåâîé

òîê, ñîçäàþùèé ìàãíèòíîå ïîëå. Åñòü

åùå âðàùåíèå ýëåêòðîíà âîêðóã îñè

ñïèí ýëåêòðîíà, òàêæå ñîçäàþùèé

ìàãíèòíîå ïîëå. Åñëè âñå ìàãíèòíûå

ïîëÿ ýëåêòðîíîâ â àòîìàõ âåùåñòâà íà-

ïðàâëåíû â ðàçíûå ñòîðîíû è êîìïåí-

ñèðóþò äðóã äðóãà, âåùåñòâî íå ïðîÿâ-

ëÿåò ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ. À åñëè íåò?

Òîãäà ýòî ôåððîìàãíåòèê, è åãî ìîæ-

íî íàìàãíèòèòü, ðàçâåðíóâ âñå ìàã-

íèòíûå ïîëÿ àòîìîâ â îäíó ñòîðîíó.

Êàê ýòî ñäåëàòü? Î÷åíü ïðîñòî

ïîìåñòèòü ôåððîìàãíåòèê â äîñòàòî÷-

íî ñèëüíîå âíåøíåå ïîëå, ñîçäàííîå,

íàïðèìåð, êàòóøêîé èíäóêòèâíîñòè ñ

ïðîïóùåííûì ÷åðåç íåå òîêîì. Îñòà-

òî÷íàÿ íàìàãíè÷åííîñòü âåùåñòâà ñî-

õðàíèòñÿ, äàæå åñëè âûêëþ÷èòü òîê èëè

âûíóòü ôåððîìàãíåòèê èç êàòóøêè.

Èìåííî òàê è äåëàþò ïîñòîÿííûå

ìàãíèòû äëÿ äèíàìè÷åñêèõ ãîëîâîê

ãðîìêîãîâîðèòåëåé, íàïðèìåð, âûáè-

ðàÿ âåùåñòâà ñ áîëüøîé îñòàòî÷íîé

íàìàãíè÷åííîñòüþ (ìàãíèòîæåñòêèå).

Åñëè æå îñòàòî÷íàÿ íàìàãíè÷åííîñòü

íåâåëèêà (ìàãíèòîìÿãêîå âåùåñòâî),

òî ïåðåìàãíè÷èâàòü åãî ìîæíî ïðàêòè-

÷åñêè áåç ïîòåðü, è èç òàêîãî ìàòåðèà-

ëà öåëåñîîáðàçíî èçãîòàâëèâàòü ìàã-

íèòîïðîâîäû êàòóøåê èíäóêòèâíîñòè è

òðàíñôîðìàòîðîâ.

mm î Í (ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ) , ãäå

îòíîñèòåëüíàÿ ìàãíèòíàÿ ïðîíè-

öàåìîñòü ìàãíèòîïðîâîäà,

m î ìàã-

íèòíàÿ ïîñòîÿííàÿ (

10 -7 Ãí/ì).

Èíäóêöèÿ èçìåðÿåòñÿ â Òåñëà, â ÷åñòü

çíàìåíèòîãî ýëåêòðîòåõíèêà Íèêîëû

Òåñëà (18561943).

Ýôôåêòèâíîñòü êàòóøêè ñ ìàãíèòî-

ïðîâîäîì (â êà÷åñòâå ýëåêòðîìàãíèòà,

íàïðèìåð) ïðîïîðöèîíàëüíà íå òîëü-

êî èíäóêöèè, íî åùå è ïîïåðå÷íîìó

ñå÷åíèþ, à òàê êàê ìàãíèòíûå ïîòîêè

îòäåëüíûõ âèòêîâ ñêëàäûâàþòñÿ,

åùå è ÷èñëó âèòêîâ: Ô = ÂSN (ìàãíèò-

íûé ïîòîê) .

Êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè

ìåæäó òîêîì â êàòóøêå è åå ìàãíèòíûì

ïîòîêîì íàçûâàåòñÿ èíäóêòèâíîñòüþ

(Ô=L I ìàãíèòíûé ïîòîê ñîëåíîèäà )

è èçìåðÿåòñÿ â ãåíðè â ÷åñòü àìåðèêàí-

ñêîãî ó÷åíîãî è ýëåêòðîòåõíèêà Äæîçå-

ôà Ãåíðè (17971878): L =

m î = 4

mm î N 2 S/ l (èí-

äóêòèâíîñòü).

À òåïåðü ïðåäñòàâüòå, ÷òî ìû ïîìå-

ñòèëè â ñîëåíîèä (ðèñ. 4,â) ôåððîìàã-

íåòèê è ñâåðíóëè âñå â êîëüöî òàê, ÷òî-

áû ìàãíèòíûé ïîòîê, âûõîäÿùèé èç îä-

íîãî êîíöà ñîëåíîèäà, ñðàçó æå âõîäèë

â äðóãîé. Ïîëó÷èëàñü êàòóøêà íà òîðî-

èäàëüíîì (êîëüöåâîì) ìàãíèòîïðîâî-

äå (ðèñ. 4,ã). Ýòî î÷åíü óäà÷íàÿ êîíñò-

ðóêöèÿ êàòóøêè, âñå ìàãíèòíîå ïîëå

êîòîðîé çàêëþ÷åíî âíóòðè òîðà è íèãäå

íå âûõîäèò íàðóæó. Ñîîòâåòñòâåííî è

âíåøíèå ïîëÿ ïðàêòè÷åñêè íå âîçäåé-

ñòâóþò íà òàêóþ êàòóøêó.

Ê ñîæàëåíèþ, òîðîèäàëüíûå êàòóø-

êè ñëîæíû â èçãîòîâëåíèè (íàäî ïðî-

äåâàòü ïðîâîä â îòâåðñòèå ñåðäå÷íè-

êà), ïîýòîìó ïðàêòè÷åñêè ÷àùå èñ-

ïîëüçóþò òîíêèå Ø-îáðàçíûå ïëàñòè-

íû, èç êîòîðûõ íàáèðàþò ìàãíèòîïðî-

âîäû, ñîñòàâëåííûå èç äâóõ ÷àñòåé

(ðèñ. 4,ä). Ïî÷åìó òàêîé ìàãíèòîïðî-

âîä íå äåëàþò èç öåëüíîãî êóñêà ñòà-

ëè? ×òîáû íå îáðàçîâûâàëîñü êîðîò-

êîçàìêíóòûõ îáúåìíûõ âèòêîâ âíóòðè

ìàãíèòîïðîâîäà, ïî êîòîðûì áóäóò

öèðêóëèðîâàòü íèêîìó íå íóæíûå òîêè,

âûçûâàþùèå òîëüêî íàãðåâ è ïîòåðè.

Ñàìûì æå ëó÷øèì ìàòåðèàëîì äëÿ

ìàãíèòîïðîâîäîâ ÿâëÿåòñÿ ôåððèò,

èçãîòîâëÿåìûé èç ôåððîìàãíèòíîãî

ïîðîøêà, ñïåêàåìîãî â ìîíîëèò. Ôåð-

ðèò íå ïðîâîäèò ýëåêòðè÷åñêèé òîê, íî

îáëàäàåò âûñîêîé ìàãíèòíîé ïðîíè-

öàåìîñòüþ ýòî ôåððîäèýëåêòðèê.

Ðèñ. 4

ÐÀÄÈÎ ¹ 7, 1998

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: