КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Порядок выполнения
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2
Простейшим гальваническим элементом является медно-цинковый. В стеклянный сосуд, наполненный раствором серной кислоты в воде, погружены медная и цинковая пластины, которые представляют собой положительный и отрицательный полюсы элемента. При замыкании цепи элемента каким-либо проводником внутри этого элемента будет проходить ток от цинковой отрицательной пластины к медной положительной, а во внешней цепи от медной к цинковой. Под действием тока внутри элемента положительные ионы водорода движутся по направлению тока, отрицательные ионы кислотного остатка — в противоположном направлении. Соприкасаясь с медной пластиной, положительные ионы водорода отдают ей свои заряды, а водород в виде пузырьков газа скопляется на ее поверхности. В это же время отрицательные ионы остатка серной кислоты отдают свои заряды цинковой пластине. Таким образом происходит непрерывный заряд пластин элемента, поддерживающий разность потенциалов (напряжение) на его зажимах. Выделение водорода на медной пластине элемента ослабляет его действие — поляризует элемент. Явление поляризации состоит в том, что скопляющийся на положительном электроде водород создает в совокупности с металлом электрода дополнительную разность потенциалов, называемую электродвижущей силой поляризации. Эта эдс направлена противоположно электродвижущей силе элемента. Кроме того, пузырьки водорода, покрывающие часть медной пластины, уменьшают ее действующую поверхность, а это увеличивает внутреннее сопротивление элемента. Поляризация в рассмотренном элементе настолько значительна, что делает его непригодным для практических целей. Для устранения явления поляризации в состав элемента вводят поглотитель (деполяризатор), который предназначен для поглощения водорода и недопускает скопления его на положительном полюсе элемента. Деполяризаторами могут служить химические препараты, богатые кислородом или хлором. Электродвижущая сила медно-цинкового элемента равна 1,1 В, а внутреннее сопротивление в зависимости от времени работы — 5—10 Ом. В угольно-цинковом элементе положительным полюсом служит угольная пластина, а отрицательным — цинковый стержень. Деполяризатором в этом элементе является спрессованная под большим давлением смесь, называемая агломератом. Она состоит из перекиси марганца и графита. В качестве электролита в угольно-цинковом элементе применяют водный раствор хлористого аммония. Электродвижущая сила угольно-цинкового элемента 1,4—1,5 В в начале разряда при среднем значении 0,9—1,1 В, а внутреннее сопротивление в зависимости от конструкции элемента — 0,25—0,7 Ом в начале разряда и 1,4—5 Ом в конце. Угольно-цинковые элементы выпускает отечественная промышленность в виде так называемых сухих элементов стаканчикового и галетного типов, весьма удобных для переноски и перевозки. В сухих элементах стаканчикового типа положительный полюс с агломератом помещают внутри цинковой коробки , которая служит отрицательным полюсом элемента. Пространство между стенками цинковой коробки и агломератом заполняют пастой, состоящей из раствора хлористого аммония и картофельной муки. Над агломератом укладывают картонную прокладку , на которую насыплют прослойку опилок; сверху опилки закрывают прокладкой. 
Затем элемент заливают смолой, в которую вставляют трубку. Назначение этой трубки — удалять образующиеся внутри элемента газы. На выходящий из смолы угольный электрод насаживают медный колпачок с винтом и гайкой для присоединения проводника. К верхней части цинковой коробки (отрицательному полюсу) припаивают изолированный гибкий проводник. На дно коробки укладывают изолирующую прокладку. В галетном элементе отрицательным электродом является цинковая пластина, положительным — спрессованный в виде галеты порошок двуокиси марганца с углем. 
Между электродами помещают картонную пластинку, пропитанную раствором нашатырного спирта. Наружная поверхность цинковой пластины покрыта слоем канифоли с частицами графита для электропроводности. В качестве изоляции применяют хлорвиниловые пленки. Галетные элементы компактны и их активные материалы (особенно цинк) используются лучше, чем в стаканчиковых элементах.
Аккумулятором называется прибор, обладающий способностью накапливать и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию в результате химических процессов. В аккумуляторе, как и в гальваническом элементе, 
электрический ток является следствием химических процессов. Но в отличие от аккумулятора в гальваническом элементе получающиеся химические соединения не могут быть вторично разложены и приведены в первоначальное состояние током постороннего источника. Поэтому гальванические элементы называются первичными, а аккумуляторы — вторичными или обратимыми. Повторные заряд и разряд не только не вредят аккумулятору, но даже улучшают его свойства, так как в работе участвуют все более глубокие слои пластин электродов. В зависимости от состава электролита аккумуляторы могут быть кислотными и щелочными. Простейший кислотный аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), погруженных в электролит, которым служит вода с небольшим добавлением серной кислоты. Постоянный ток постороннего источника, проходя через электролит, разлагает его на составные части. Внутри электролита возникает движение положительных ионов водорода Н2 к пластине, соединенной с отрицательным зажимом источника тока, и отрицательных ионов кислорода О к пластине, соединенной с положительным зажимом источника тока. В результате электролиза окисляется свинец на положительном электроде и образуется губчатый свинец на отрицательном электроде. Если аккумулятор отключить от источника тока и замкнуть на какой-нибудь приемник энергии, то аккумулятор сам станет источником тока подобно гальваническому элементу, у которого электродами служат пластины, отличающиеся друг от друга по химическому составу. Электролитом в кислотных аккумуляторах, как указывалось выше, служит раствор кислоты определенной плотности. — Плотностью раствора называется число, показывающее, во сколько раз масса этого раствора больше массы воды того же объема. — При составлении раствора для аккумуляторов серную кислоту тонкой струей наливают в воду. — Нельзя вливать в серную кислоту воду, так как произойдёт бурное разбрызгивание кислоты, которая может причинить ожоги. — Вода для электролита должна быть дистиллированной. — Эдс аккумулятора зависит от плотности электролита и не зависит от его размеров и номинальной емкости. — В процессе заряда и разряда аккумулятора плотность злектролита не остается постоянной, в связи с этим изменяется как его эдс, так и напряжение на его зажимах. 
График изменения напряжения кислотного аккумулятора: 1 — при заряде, 2 — при разряде. Количество электричества, которое аккумулятор может отдать при разряде определенным током до наинизшего допустимого напряжения, называется его емкостью. Она равна произведению разрядного тока в амперах на продолжительность времени разряда в часах и выражается в ампер-часах. Схема соединения пластин кислотного аккумулятора. 
Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы, величины тока и температуры. Под номинальной емкостью понимают то количество электричества, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при 10-часовом режиме разряда и температуре 25°С. Таким образом, аккумулятор отдает номинальную емкость, разряжаясь в течение 10 ч током, численно равным 0,1 величины его номинальной емкости. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается, так как поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом и затрудняет доступ электролита к внутренним слоям активной массы. При понижении температуры увеличивается вязкость электролита, что также затрудняет его доступ к внутренним слоям активной массы и уменьшает емкость аккумулятора. Для увеличения емкости аккумулятора несколько одноименных пластин соединяют параллельно. Каждая группа положительных и отрицательных пластин работает как одна большая пластина, площадь которой равна сумме площадей параллельно соединённых пластин. Так как положительные пластины должны находиться между отрицательными, число отрицательных пластин всегда на одну больше числа положительных. При этом условии обе стороны положительных пластин вступают во взаимодействие с электролитом ( при односторонней работе положительные пластины коробятся и при соприкосновении с отрицательными пластинами может произойти короткое замыкание ). 
Стационарные кислотные аккумуляторы изготовляют в стеклянных или керамических сосудах. Аккумуляторы больших емкостей имеют сосуды деревянные, выложенные внутри свинцом или кислотостойким изоляционным материалом. Кислотные аккумуляторы применяют на электротехнических установках стационарного типа и на автотранспорте. В качестве переносных аккумуляторов используют преимущественно щелочные аккумуляторы. Щелочные аккумуляторы. Сосуды щелочных аккумуляторов сваривают из тонкой листовой стали и с наружной стороны никелируют. В центре крышки сосуда имеется отверстие для заливки аккумуляторов электролитом. Эдс щелочных аккумуляторов зависит от состояния активной массы пластин. От температуры и плотности электролита эдс зависит незначительно и только при низких температурах, близких к нулю, она резко изменяется. Напряжение в конце заряда аккумулятора равно 1,8 В, по окончании заряда — 1,5—1,55 В; эдс разряженного аккумулятора — 1,3 В. Достоинством щелочных аккумуляторов является то, что 
— они не требуют тщательного ухода; — не боятся сотрясений; — могут длительно оставаться в разреженном состоянии; — выносят короткие замыкания, которые для кислотных аккумуляторов представляют большую опасность; — саморазряд у щелочных аккумуляторов меньше, чем у кислотных. В зависимости от материала электродов щелочные аккумуляторы могут быть кадмиево-никелевые, железо-никелевые, серебряно-цинковые, золото-цинковые и газовые. Применение в массовом масштабе золото-цинковых аккумуляторов ограничивается их высокой стоимостью. Газовые аккумуляторы отличаются легкостью и дешевизной, но технология их производства недостаточно разработана. Наиболее широкое распространение получили кадмиево-никелевые ( КН ) и железоникелевые ( ЖН ) аккумуляторы, электролитом которых служит раствор едкого кали в воде; плотность электролита 1,2. По своему устройству и электрическим данным аккумуляторы КН и ЖН незначительно отличаются друг от друга. Активную массу запрессовывают в брикеты ( пакеты ), а затем из брикетов собирают отдельные пластины. У аккумуляторов типа ЖН отрицательных пластин на одну больше, чем положительных. У аккумуляторов типа КН положительных пластин на одну больше, чем отрицательных. Один из полюсов аккумулятора соединяется с сосудом (у ЖН — отрицательный, а у КН — положительный полюс). Серебряно-цинковый аккумулятор представляет собой пластмассовый сосуд, в котором помещены положительные и отрицательные электроды, составленные из отдельных пластин. Отрицательные электроды, изготовленные из пластин окиси цинка, заключены в защитные пакеты из материала, который хорошо пропускает электролит, но задерживает металлические частицы. Положительные пластины изготовлены из серебра. Для составления аккумуляторной батареи или батареи гальванических элементов несколько элементов соединяют последовательно, т. е. катод первого аккумулятора соединяют с анодом второго, катод второго — с анодом третьего и т. д. Получившиеся таким образом свободные электроды, а именно, анод первого элемента и катод последнего являются соответственно положительным и отрицательным полюсами аккумуляторной батареи. При определении эдс аккумуляторной батареи из n кислотных аккумуляторов или гальванических элементов с эдс одного элемента Ео и внутренним сопротивлением Ro эдс батареи Е = nЕ0 и внутреннее сопротивление R = nR0. Последовательное соединение элементов используется для увеличения напряжения. Аккумуляторы, как и гальванические элементы, можно включать параллельно, для чего положительные и отрицательные полюсы всех элементов соединяют между собой отдельно. Общие положительный и отрицательный полюсы являются полюсами батареи. Если батарея состоит из m параллельно соединенных элементов, то ее эдс Е = Е0, а внутреннее сопротивление R = R0/m. Параллельное соединение аккумуляторов и элементов применяют в том случае, если от батареи требуется получить при малом напряжении ток, превышающий допустимый ток одного аккумулятора или элемента.
Измерение плотности электролита аккумуляторных батарей на изо. При разжатии шара в стеклянный сосуд всасывается электролит и количестве, достаточном для того, чтобы в нем мог свободно плавать ареометр. Плотность электролита определяется глубиной погружения ареометра и указывается цифрой на шкале ареометра, до которой он погружен в электролит. При замерах необходимо следить, чтобы ареометр не прилипал к стенкам сосуда. После замеров электролит необходимо вылить обратно в тот же аккумулятор, из которого он взят. 4.Проверка уровня электролита аккумуляторных батарей. Электролит должен перекрывать пластины аккумулятора не менее чем на 5 мм и не более чем на 12 мм. Уровень электролита определяют при помощи стеклянной трубки диаметром 5—6 мм с метками по высоте 5 и 12 мм. . 
Проверка уровня электролита аккумуляторных батарей: I —пластина; II—уровень электролита над пластинами.
5.Смена электролита щелочных аккумуляторов. Смену электролита производят в следующем порядке: а) разрядить аккумуляторную батарею нормальным током в течение 8 ч до 1 В на аккумулятор; б) вылить старый электролит; в) промыть аккумуляторы дистиллированной водой; г) залить аккумуляторы электролитом несколько повышенной плотности (например 1,22 вместо 1,19), так как она снизится из-за разбавления водой; эту операцию необходимо выполнить сразу же после предыдущей, поскольку аккумуляторы, промытые дистиллированной водой, запрещается, во избежание коррозии, оставлять без электролита; д) через 2 ч после заливки аккумуляторов электролитом проверить плотность электролита и довести ее до требуемой нормы; е) произвести усиленный заряд.
, где Спр — емкость, приведенная к 30°С; Сф — емкость, фактически полученная при разряде; Т — средняя температура во время разрядки, °С; д) заряжают батареи по нормальному двухступенчатому режиму. Для предотвращения образования крупнозернистого сульфата следует один раз в 3 месяца разряжать аккумуляторную батарею до напряжения 1,7 В на аккумулятор с последующим зарядом. Если отсутствует оборудование для поддержания постоянства разрядного тока, контрольно-тренировочный цикл следует проводить в аккумуляторной мастерской для определения пригодности их к эксплуатации. При правильной эксплуатации и систематическом обслуживании аккумуляторных батарей срок службы кислотных аккумуляторов составляет 3-4 года, щелочных аккумуляторов - 10-14 лет при наличии профессионального ухода, 8-9 лет при его отсутствии. Специальных средств по продлению срока службы аккумуляторов не существует.
Вокруг всякого намагниченного тела возникает магнитное поле, являющееся материальной средой, в которой обнаруживается действие магнитных сил. На рисунках магнитное поле изображается в виде магнитных линий, направленных от северного полюса к южному. Любая магнитная линия не имеет ни конца, ни начала и представляет собой замкнутую кривую, так как северный и южный полюсы магнита неотделимы один от другого. При внесении в магнитное поле какого-либо тела оно пронизывается магнитными линиями, которые определенным образом воздействуют на поле. При этом различные материалы по-разному воздействуют на магнитное поле. В намагниченных телах магнитное поле создается при движении электронов, вращающихся вокруг ядра атома и вокруг собственной оси. Орбиты и оси вращения электронов в атомах могут находиться в различных положениях один относительно другого, так что в различных положениях находятся магнитные поля, возбуждаемые движущимися электронами. В зависимости от взаимного расположения магнитных полей они могут складываться или вычитаться. В первом случае атом будет обладать магнитным полем или магнитным моментом, а во втором — не будет. Материалы, атомы которых не имеют магнитного момента и намагнитить которые невозможно, называются диамагнитными. К ним относятся абсолютное большинство веществ, встречающихся в природе, и некоторые металлы (медь, свинец, цинк, серебро и другие). Материалы, атомы которых обладают некоторым магнитным моментом и могут намагничиваться, называются парамагнитными. К ним относятся алюминий, олово, марганец и др. Исключение составляют ферромагнитные материалы, атомы которых обладают большим магнитным моментом и которые легко поддаются намагничиванию. К таким материалам относятся железо, сталь, чугун, никель, кобальт, гадолиний и их сплавы.
В отверстие горизонтально положенного листа картона вставляют прямолинейный проводник и пропускают через него ток. Насыпают на картон железные опилки и убеждаются в том, что они располагаются концентрическими окружностями, имеющими общий центр в точке пересечения проводником картонного листа. Магнитная стрелка, подвешенная на нити вблизи этого проводника, займет положение, указанное на рисунке. При изменении направления тока в проводнике магнитная стрелка повернется на угол 180°, оставаясь в положении, перпендикулярном плоскости, проходящей вдоль проводника. В зависимости от направления тока в проводнике направление магнитных линий образуемого им магнитного поля определяется правилом буравчика, которое формулируется следующим образом:
Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращательное движение его рукоятки указывает направление магнитных линий поля, образующегося вокруг этого проводника.
Если по проволоке, согнутой в виде кольца, пропустить ток, то под действием его также возникнет магнитное поле. Проволока, согнутая спирально и состоящая из нескольких витков, расположенных так, что оси их совпадают, называется соленоидом. 
Магнитное поле соленоида При прохождении тока через обмотку соленоида или один виток проволоки возбуждается магнитное поле. Направление этого поля также определяется правилом буравчика. Если расположить ось буравчика перпендикулярно плоскости кольцевого проводника или вдоль оси соленоида и вращать его рукоятку по направлению тока, то поступательное движение этого буравчика укажет направление магнитных линий поля кольца или соленоида. Магнитное поле, возбужденное током обмотки соленоида, подобно магнитному полю постоянного магнита, т. е. конец соленоида, из которого выходят магнитные линии, является его северным полюсом, а противоположный конец — южным. Направление магнитного поля зависит от направления тока и при изменении направления тока в прямолинейном проводнике или в катушке изменится также направление магнитных линий поля, возбуждаемого этим током. В однородном магнитном поле во всех точках поле имеет одинаковое направление и одинаковую интенсивность. В противном случае поле называется неоднородным. Графически однородное магнитное поле изображают параллельными линиями с одинаковой плотностью, например, в воздушном зазоре между двумя разноименными параллельно расположенными полюсами магнита.
Допустим, что в магнитном поле магнита NS находится проводник, расположенный перпендикулярно плоскости рисунка; по проводнику протекает ток в направлении от нас за плоскость рисунка. Ток, идущий от плоскости рисунка к наблюдателю, обозначается условно точкой, а ток, направляющийся за плоскость рисунка от наблюдателя,— крестом.
Движение проводника с током в магнитном поле 1 — магнитное поле полюсов и тока проводника, 2 — результирующее магнитное поле. Всегда всё уходящее на изображениях обозначается крестом, а направленное на смотрящего - точкой. Под действием тока вокруг проводника образуется свое магнитное поле. Применяя правило буравчика, легко убедиться, что в рассматриваемом нами случае направление магнитных линий этого поля совпадает с направлением движения часовой стрелки. При взаимодействии магнитного поля магнита и поля, созданного током, образуется результирующее магнитное поле, изображенное на рис.2. Густота магнитных линий результирующего поля с обеих сторон проводника различна. Справа от проводника магнитные поля, имея одинаковое направление, складываются, а слева, будучи направленными встречно, частично взаимно уничтожаются. Следовательно, на проводник будет действовать сила, большая справа и меньшая слева. Под действием большей силы проводник будет перемещаться по направлению силы F. Перемена направления тока в проводнике изменит направление магнитных линий вокруг него, вследствие чего изменится и направление перемещения проводника. 
Для определения направления движения проводника в магнитном поле можно пользоваться правилом левой руки, которое формулируется следующим образом: Если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии пронизывали ладонь, а вытянутые четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, зависит как от тока в проводнике, так и от интенсивности магнитного поля. Правило левой руки. Основной величиной, характеризующей интенсивность магнитного поля, является магнитная индукция В. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл=Вс/м2). О магнитной индукции можно судить по силе действия магнитного поля на проводник с током, помещенный в это поле. Если на проводник длиной 1 м и с током 1 А, расположенный перпендикулярно магнитным линиям в равномерном магнитном поле, действует сила в 1 Н (ньютон), то магнитная индукция такого поля равна 1 Тл (тесла). Магнитная индукция является векторной величиной, ее направление совпадает с направлением магнитных линий, причем в каждой точке поля вектор магнитной индукции направлен по касательной к магнитной линии. Сила F, действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна магнитной индукции В, току в проводнике I и длине проводника l, т. е. F=BIl. Эта формула верна лишь в том случае, когда проводник с током расположен перпендикулярно магнитным линиям равномерного магнитного поля. Если проводник с током находится в магнитном поле под каким-либо углом а по отношению к магнитным линиям, то сила равна: F=BIl sin a. Если проводник расположить вдоль магнитных линий, то сила F станет равной нулю, так как а=0.
и так как каждый виток катушки обладает намагничивающей силой F, то намагничивающая сила катушки F= I ампер (часто говорят «ампер-витков»). Магнитодвижущая сила, приходящаяся на единицу длины магнитной линии, называется напряженностью магнитного поля, обозначается буквой H=F/l (где l — длина магнитной линии), измеряется в амперах на метр (А/м) или чаще в единицах в 100 раз больших (А/см=100 А/м). Напряженность магнитного поля, также как и магнитная индукция, является векторной величиной. В изотропной среде (с одинаковыми магнитными свойствами во всех направлениях) вектор напряженности магнитного поля совпадает с направлением магнитной линии в данной точке. Если физические условия вдоль всей длины магнитной линии одинаковы, то определение напряженности поля очень просто. В частности, вокруг прямолинейного проводника линии магнитного поля представляют собой окружности (см. рис."Магнитное поле прямого проводника с током"на предыдущей странице), длина каждой из которых l=2 
х, где х — радиус окружности с центром на оси проводника, проведенный через рассматриваемую точку поля. Условия во всех точках выбранной окружности одинаковы и напряженность поля Н=1/2 х, т. е. по мере удаления от проводника напряженность поля уменьшается. где = 3.14. Это выражение можно записать в виде I=Hl=Н2 х. Если магнитное поле создано не одним, a w проводниками с током I, то магнитодвижущая сила 
I=F=Iw=Hl=H2 х. Таким образом, магнитодвижущая сила вдоль контура равна полному току, пронизывающему поверхность, ограниченную этим контуром. Полученное соотношение называется законом полного тока. Если простейший контур длиной l=2 х пронизывается n проводами с токами I1 одного направления и m проводами с токами I2 противоположного направления, то закон полного тока примет следующий вид: F=nI1—mI2=Hl=H2 х. В большинстве электротехнических устройств напряженность магнитного поля вдоль магнитной линии изменяется в зависимости от материала и сечения участков, через которые она проходит. В этом случае магнитная линия делится на К участков, в пределах каждого из которых напряженность магнитного поля можно считать постоянной. Если магнитное поле возбуждается током I, проходящим по катушке с числом витков , то закон полного тока для таких устройств будет иметь следующую общую формулу: I = I = H1l1 + H2l2 + ... +Hklk, т. е. намагничивающая сила равна сумме произведений напряженности поля на длину соответствующих участков магнитной цепи. В приведенной общей форме закон полного тока широко используется для расчета магнитных полей электрических машин и аппаратов.
aH; где a— абсолютная магнитная проницаемость. Абсолютная магнитная проницаемость, равная отношению магнитной индукции к напряженности магнитного поля, имеет размерность генри/метр (Гн/м = B c/A м) и Для вакуума равна 4 
Гн/м. Эта величина называется магнитной постоянной 0. Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость a данной среды больше магнитной постоянной 0, называется относительной магнитной проницаемостью r или сокращенно магнитной проницаемостью, т. е. . r = a/ 0. Для воздуха магнитная проницаемость r принимается равной единице, как и для всех тел, кроме ферромагнитных. Что же касается ферромагнитных тел, то для них магнитная проницаемость значительно больше единицы и является для одного и того же материала величиной не постоянной, а зависящей от магнитного состояния этого материала, т. е. от магнитной индукции ферромагнитного тела, подвергнутого намагничиванию. Для характеристики магнитных свойств ферромагнитных материалов служит зависимость между В и Н, изображенная графически в виде кривой, называемой кривой намагничивания. Для получения кривой намагничивания какого-либо материала строят график, по горизонтальной оси которого откладывают величины напряженности поля, а по вертикальной — величины магнитной индукции испытуемого материала. Произведение магнитной индукции на величину какой-либо поверхности в магнитном поле, расположенной перпендикулярно направлению магнитных линий, называется магнитным потоком, пронизывающим эту поверхность. Таким образом, обозначив магнитный поток буквой Ф, получим Ф=ВS, где S — площадь поверхности, пронизываемой магнитным потоком. Если магнитная индукция В выражена в теслах, а площадь поверхности S — в квадратных метрах, то магнитный поток выражается в веберах (Вб), т.е. 1Вб=1Т 
1м2. Например, если перпендикулярную магнитным линиям площадку в 0,5 м3 пронизывает магнитный доток Ф=1 Вб, то магнитная индукция B = 1/0.5 = 2Тл.
Представим себе два проводника аб и вг, по которым проходят токи противоположных направлений. Вокруг проводников имеются магнитные поля. Согласно правилу буравчика магнитные линии этих полей направлены так, как указано в нижней части рисунка. Если смотреть сверху вдоль проводников, то вокруг проводника аб магнитные линии направлены по часовой стрелке, а вокруг проводника вг — против часовой стрелки. Таким образом, эти линии в про-странстве между проводниками имеют одинаковые направления и проводники будут взаимно отталкиваться подобно тому, как взаимно отталкиваются одноименные полюсы магнитов. Если через те же проводники пропустить токи одинаковых направлений, то линии магнитных полей, возникающих вокруг проводников, в пространстве между проводниками получат направление в противоположные 
стороны, поэтому проводники будут взаимно притягиваться. Сила взаимодействия между проводниками, по которым протекают токи, прямо пропорциональна произведению этих токов I1 и I2, абсолютной магнитной проницаемости a , а также длине l (длине сближения), на протяжении которой проводники идут параллельно, и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками а, т. е. F= a I1 I2 l/2 а. Если провода находятся в немагнитной среде, т. е. a = 0 =4 В с/А м, то сила взаимодействия между проводниками F=2 I1 I2 l/а Н.
| 
|
Схема намагничивания стального сердечника и петля гистерезиса
Если цепь (см.рисунок), состоящая из источника тока Б (например, из аккумуляторной батареи), переключателя П на два положения (1—2 и 3—4), реостата Р и электромагнита Э, разомкнута, то тока в обмотке электромагнита Э нет.
Установим переключатель П на контакты 1—2 и введем полностью сопротивление реостата. При этом в цепи появится небольшой ток и проходить он будет в следующем направлении: плюс батареи Б, контакт 1, реостат Р, обмотка электромагнита Э, контакт 2, минус батареи Б.
В соответствии с величиной этого тока в электромагните возникнет магнитное поле с некоторой напряженностью Hа и магнитной индукцией Ва. Применив правило буравчика, найдем, что магнитный поток в сердечнике электромагнита направлен справа налево, т. е. левый конец сердечника является северным, а правый — южным полюсом электромагнита Э.
Отложим на горизонтальной оси (график) в масштабе значение напряженности поля На, а на вертикальной — значение Ва.
Восстановив перпендикуляры из точек отложенных значений на горизонтальной и вертикальной осях, получим точку пересечения а, которая определит первую точку кривой первоначального намагничивания сердечника электромагнита.
Перемещая движок реостата Р вниз, будем уменьшать его сопротивление, вследствие чего увеличится как ток в обмотке электромагнита, так и напряженность магнитного поля.
Построив указанным выше способом точки б, в, г и д и соединив их между собой, получим кривую первоначального намагничивания сердечника.
Эта кривая показывает, что магнитная индукция в начале намагничивания увеличивается пропорционально напряженности поля (участок Оа), затем рост ее замедляется, кривая делает перегиб (точка б) и снова приближается к прямолинейной, но уже с небольшим наклоном к горизонтальной оси.
На данном последнем участке увеличение напряженности поля вызывает малый рост магнитной индукции, и дальнейший перевод движка реостата Р практически не дает повышения магнитной индукции в сердечнике электромагнита. В этом случае говорят, что сердечник достиг магнитного насыщения.
С уменьшением напряженности намагничивающего поля электромагнита магнитная индукция железного сердечника также начинает уменьшаться, но остается несколько большей, чем в процессе намагничивания, при одних и тех же значениях напряженности.
При размыкании цепи ток в электромагните прекратится, а индукция все же будет иметь некоторое значение, определяемое отрезком Оз (см. изо). Это указывает на то, что в сердечнике сохранился некоторый остаточный магнетизм.
Если дальнейшее размагничивание прекратить, то железный сердечник окажется искусственным (постоянным) магнитом и будет обладать остаточной магнитной индукцией.
Рассмотренное нами отставание уменьшения магнитной индукции от уменьшения напряженности магнитного поля называется ГИСТЕРЕЗИСОМ.
Чтобы железный сердечник не имел остаточного магнетизма, необходимо подвергнуть его перемагничиванию, т. е. намагничиванию в обратном направлении.
Для этого нужно переключатель П (см. изо) перевести на контакты 3—4.
При таком положении переключателя в обмотке электромагнита возникает ток противоположного направления, а именно:
плюс батареи Б, контакт 3, обмотка электромагнита Э, реостат Р, контакт 4, минус батареи Б.
Согласно правилу буравчика под действием этого тока в электромагните возникает магнитное поле, направленное слева направо, т. е. противоположно магнитному потоку остаточного магнетизма, которое будет размагничивать сердечник.
Постепенно передвигая движок реостата, достигнем положения, при котором напряженность магнитного поля электромагнита представит собой величину, определяемую отрезком Ои (см.график). Такому значению напряженности будет соответствовать магнитная индукция в сердечнике электромагнита, равная нулю, т. е. сердечник перестанет быть магнитом.
Значение напряженности поля, при котором сердечник размагничивается, называется коэрцитивной (задерживающей) силой.
Если провести полный цикл перемагничивания, т. е. уменьшить ток в обмотке электромагнита от какого-то наибольшего значения до нуля, затем, изменив направление тока, увеличить его до начальной наибольшей величины, после этого опять уменьшить до нуля, затем вторично, переменив направление, довести его до начальной величины, то значения магнитной индукции будут изменяться по кривой, называемой петлей гистерезиса.
При перемагничивании на преодоление трения между молекулярными магнитиками расходуется некоторое количество энергии, носящее название потерь на гистерезис.
Эта энергия, превращаясь в тепло, нагревает перемагничиваемые ферромагнитные материалы (части аппаратов).
Ферромагнитные материалы имеют большую магнитную проницаемость и обладают свойством намагничиваться, что объясняется следующим.
Непрерывное движение электронов в любом веществе можно рассматривать как внутримолекулярные токи, возбуждающие магнитное поле.
Поскольку электроны не только движутся вокруг ядра, но и вращаются вокруг собственной оси, возникает также магнитное поле, вызванное вращением электронов, причем это магнитное поле значительно сильнее поля, вызванного движением электронов вокруг ядра.
В неферромагнитных веществах магнитные поля, вызванные вращением электронов вокруг собственной оси, в каждом атоме взаимно уравновешиваются и тело не обладает свойством намагничиваться.
В ферромагнитных материалах магнитные поля, образованные вращательным движением электронов, не уравновешены благодаря особому строению атомов.
Под действием этих полей в теле возникают намагниченные области, подобные мельчайшим магнитикам.
При отсутствии внешнего магнитного поля магнитики расположены беспорядочно и ферромагнитное тело не проявляет магнитных свойств.
При намагничивании железного сердечника некоторые магнитики под действием напряженности намагничивающего поля начинают поворачиваться так, что северные полюсы их постепенно обращаются в одну сторону, а южные — в другую , затем с увеличением напряженности намагничивающего поля поворачиваются и остальные молекулярные магнитики.
В железном сердечнике, доведенном до магнитного насыщения, молекулярные магнитики расположены так, как это видно на изо.
Представим себе два параллельных проводника аб и вг , расположенных на близком расстоянии один от другого. Проводник аб подключен к зажимам батареи Б; цепь включается ключом К, при замыкании которого по проводнику проходит ток в направлении от а к
Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 334; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |