6 Magnetno Pole i Elektromagnetna Indukcija

12/9/2012

1

Електромагнетизам

2

Што ќе учиме?

Магнетни појави и магнетизам

Магнетна сила

Амперов закон

Магнетен флукс

Фарадеев и Ленцов закон

Електричен генератор

Електричен мотор

Трансформатор

3

Магнетни појави

Од античко време позната e сила која

се јавува помеѓу предмети изработени

од магнетит (Fe3O4) и железо.

Таа сила е наречена магнетна сила.

Сите појави поврзани со магнетната

сила се нарекуваат магнетни појави

или магнетизам.

4

Природен магнетизам

Појава на природни магнети од магнетит (или од други материјали во природата кои ја имаат истата особина), кај кои магнетните појави се спонтани и трајни.

12/9/2012

2

5

Вештачки магнетизам

Појава во која предмети од железо

(како и од некои други материјали) се

стекнуваат со магнетни својства во

близина на природни магнети.

6

Магнетни полови

Зони на магнетите каде магнетните сили се најизразени.

Секој магнет има два различни пола кои се поставени на спротивните страни од магнетот.

Северен пол - се означува со N, Јужен пол - се означува со S.

7

Помеѓу половите се јавува привлечна или одбивна сила

Помеѓу разноимните полови се јавува привлечна, а помеѓу истоимените одбивна магнетна сила.

8

Земјин магнетизам

Земјата може да се набљудува како во нејзината внатрешност да се наоѓа голем природен магнет.

12/9/2012

3

9

Ориентирање на магнетната игла

Полот на магнетната игла свртен кон географскиот север е северен пол на иглата (N), а полот на магнетната игла свртен кон географскиот југ е јужен пол на иглата (S).

10

Спротивно на мислењето на современиците

дека магнетните полови се основни за

магнетните појави, Ампер го востановил

современото мислење дека електричната

струја или, со други зборови,

електричните полнежи во движење

се единствен извор на магнетните појави.

Магнетизам на електрична струја

11

Векторот на магнетна индукција B (Т - Тесла) и

векторот на јачина на магнетното поле H (A/m - Ампер/метар)

го опишуваат магнетното поле од аспект на неговата

способност да делува со сила врз други електрични

полнежи во движење (спроводник со струја).

0rB H H

Магнетизам на електрична струја

Константата на пропорционалност е магнетната

пермеабилност на средината. За вакуумот (и воздухот) е:

Во SI-системот единицата за пермеабилност

μ е H/m (Хенри/метар).

7

0 4 10 H/m

12

Во сите точки во просторот околу стационарна струја се воспоставува непроменливо магнетно поле.

Во сите точки во просторот околу временски променлива струја се воспоставува временски променливо магнетно поле.

Ако во полето се најде друга струја, полето делува со сила врз таа струја.

Резиме

12/9/2012

4

13

Прашање

Магнетната игла се ориентира со својот

северен пол кон:

1. Земјиниот географски јужен пол.

2. Земјиниот географски северен пол.

14

Прашање

Која е основна магнетна појава која

може да се мери?

1. Магнетен пол

2. Магнетна сила

3. Постојан магнет

1. V/m

2. T

3. H/m

15

Прашање

Која е единицата за магнетна

индукција B во SI-системот?

16










http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Kompas_Sofia.JPG

12/9/2012

5

F I L B

17

Силата врз праволинискиот спроводник со

должина L низ кој тече струја I во хомогено

магнетното поле е:

Магнетно поле дејствува со сила врз спроводник со струја

Промена на насоката на силата во

зависност од насоката на струјата

18

Магнетно поле дејствува со сила врз спроводник со струја

19 20

Линии на магнетна сила

Основна магнетна појава која може да

се мери е магнетна сила.

Распределбата на

магнетната сила во

просторот може да се

претстави со линии

на магнетни сили.

12/9/2012

6

21

Струјната контура се ориентира во магнетно поле слично како магнетна игла, па страните на контурата ги имаат особините на северен и јужен магнетен пол на постојаниот магнет.


(струјна контура)

22

Зависност на насоката на линиите на магнетните сили на струјната контура од насоката на струјата низ неа.


(струјна контура)

23

Математичка

дефиниција: спирална

линија врз

цилиндрично јадро.

Практично: густо

намотана жица врз

јадро во облик на

праволиниски

цилиндер.


(соленоидна намотка)

24

растурен

флукс

нема

растурен

флукс



12/9/2012

7

25



26


(торусна намотка)

27


(торусна намотка)

28

Основните особини на линиите на магнетна сила (на векторот на магнетна индукција) се:

линиите немаат почеток ни крај и се затвораат сами во себе,

линиите не се сечат,

линиите како да тежат да поминуваат по пат на најмала отпорност така што линиите полесно се згуснуваат во материјал со изразени магнетни својства (како што е меко железо).


12/9/2012

8

29










30


0 enclc

c

B dl Im× =òrr

Ñ

Еден од најзначајните фундаментални закони во теоријата на електромагнетните полиња.

31

Формулација на законот

Циркулација на векторот на магнетна индукција во вакуум по било кој затворен пат е еднаква на производ на 0 и вкупната стационарна струја која поминува низ било која површина ограничена со тој затворен пат.

0

CC

B dl Iniz

32

Математичка формулација на законот

Кога струите се локализирани во тенки спроводници со позната јачина на струја математичкиот израз на Амперовиот закон е:

Тука е алгебарски збир на сите струи

кои течат низ спроводници кои продираат низ

површината ограничена со контурата С.

C

Iniz

0

CC

B dl Iniz

12/9/2012

9

33

Десната страна на релацијата

0

CC

B dl Iniz

C

Iniz

34

Пример

35

Пример: Многу долг тенок спроводник

0

2

IB

r

36

Пример: Многу долг тенок спроводник

0

2

IB

r

12/9/2012

10

37

Математичка

дефиниција: спирална

линија врз

цилиндрично јадро.

Практично: густо

намотана жица врз

јадро во облик на

праволиниски

цилиндер.

Пример: Соленоид

38

Пример: Многу долг соленоид

0 NIB

39

Пример: Соленоид

40

Пример: Тороид - торусна намотка

0 0

2

NI NIB

r

0(2 ) ( )

C C C

B dl Bdl B dl B r NI

12/9/2012

11

41

Пример: Тороид

42

Пример: Тороид

43











44

12/9/2012

12


Рамна

површина во

хомогено

магнетно поле.

cosB S

B S

45

Рамна

површина S

Ф2=BA cos/2=0 Ф1=BA cos0=BA

46

Прашање


Во SI системот

единица за

магнетен флукс

е Вебер - Wb.

S

B dS

47

Закон за одржување на магнетниот флукс

Вкупниот излезен флукс на векторот на магнетната индукција низ било која затворена површина S е еднаков на нула.

48

0

S

B ds

12/9/2012

13

49

Закон за одржување на магнетниот флукс

50










Струја како причина за временски променливо магнетно поле

Струјата се зголемува од нула во струјните навивки.

51

Струја како причина за временски променливо магнетно поле

Струјата се намалува до нула во струјните навивки.

52

12/9/2012

14

Индуцирано електрично поле од променлива струја

Променлива струја воспоставува променливо магнетно поле.

Истовремено се јавува електрично поле, кое го нарекуваме индуцирано електрично поле.

Променливото магнетно поле секогаш го следи индуцирано електрично поле.

53

Линиите на индуцираното електрично поле ја следат струјата; разлика со електростатичкото?

54

Индуцирано електрично поле од променлива струја

Три карактеристични извори на поле

55

Електрични полнежи (неподвижни или подвижни):

извори на електрично поле.

Струјни елементи со временски непроменлива струја:

извори на магнетно поле.

Струјни елементи со временски променлива струја:

извори на временски променливо магнетно и индуцирано

електрично поле, електромагнетно поле.

Во практични случаи честа е појавата на сите три компоненти.

Q

I dl

i n d E

i(t)dl

B

t B

E

Три компоненти на поле околу вод со променлива струја и површински распределен електричен полнеж

56

12/9/2012

15

Фарадеев закон

првиот експеримент

57 58


првиот експеримент

59


вториот експеримент Фарадеев закон

Индуцираната електромоторна сила во

затворена контура е пропорционална на

брзината на промената на флуксот низ

контурата:

de

dt

60

12/9/2012

16

Флуксот низ

контурата може да се

менува заради разни

причини:

Интензитет на B

Површина S

Агол

Било која комбинација

de

dt

61

Фарадеев закон Ленцов закон

Насоката на индуцираната

електромоторна сила е таква да се

спротивставува на причината која ја

предизвикува.

de

dt

62

Ленцов закон

63

Електромагнетна индукција

Динамичка електромагнетна индукција –

причинител на ИЕМС е меѓусебно движење на

извор на временски константно магнетно поле и

проводник во кој се индуцира ЕМС.

Статичка електромагнетна индукција –

контурата е неподвижна во однос на набљудувачот,

а до промена на флуксот доаѓа заради промена на

магнетно поле во време.

Сложена електромагнетна индукција –

комбинација од двете.

64

12/9/2012

17

Динамичка електромагнетна индукција

iF Qv B QE iE v B vB

65

Движење на спроводник во непроменливо магнетно поле


Движење на спроводник во непроменливо магнетно поле

66


Движење на спроводник кој е дел од контура во хомогено непроменливо магнетно поле

67


Движење на контура во непроменливо хомогено магнетно поле

Индуцираната ЕМС е еднаква на нула.

68

12/9/2012

18

d dBe S

dt dt

Контурата С е неподвижна, магнетното поле се менува во време.

69

Статичка електромагнетна индукција

max cos( )d

e E tdt

max sin ( )S

B ds t

70

Статичка електромагнетна индукција

71











Електричен генератор е уред во кој

кинетичката енергија се трансформира

во електрична енергија заради појава на

електромагнетната индукција.

Некои типични примери за кинетичка енергија

се енергијата на водата во движење, на

пареа под притисок или енергијата на ветер

за вртење на турбина.

72

12/9/2012

19

Линеарен генератор

на еднонасочна ЕМС

Неоптоварен генератор

e v B l vBl 73

Линеарен генератор на еднонасочна ЕМС

e vBlI

R R

2 2 22

J

v B lP RI

R

meh magF F IlB 2 2 2

mehmeh

dA v B lP

dt R

2 2 2

e

vBl v B lP eI vBl

R R

meh e JP P P

Оптоварен генератор

74

Ротационен генератор

на простопериодична ЕМС

max0:t BS

max0: cos cost B S BS t t

sin sinm

dBSe E tt V

dt

75

de

dt

76

Ротационен генератор на простопериодична ЕМС

12/9/2012

20

77

Ротационен генератор на простопериодична ЕМС Ротационен генератор

на простопериодична

EМС

78

79

Ротационен генератор на простопериодична ЕМС Ротационен генератор на простопериодична ЕМС

80

12/9/2012

21

Современа

машинска

хала во

голема

електрана

Ротационен генератор на простопериодична ЕМС

81 82











Електричен мотор е уред во кој

електрична енергија

се трансформира во

кинетичка енергија

заради појава на

електромагнетната индукција.

83

Празен од

00

EI

R

0 0F I l B

e l v B 0 0E e E vBl

iR R

0G

0 0 0E vBl i 0max

Ev

Bl

Линеарен мотор

e

84

12/9/2012

22


Оптоварен мотор

00

EI

R

0 0F I l B

e l v B

0E vBli

R

0E vBlF ilB lB

R

F G

max .v v const

.i I const

Be+

E

Bv

v

Ri

FG

85


F IlB

F G

GI

lB

0E vBlI

R

GI

lB 0E vBlG

lB R

0

max 2 2

E GRv

Bl B l

86

Оптоварен мотор


00g

E GP E I

Bl

2

0max 2 2meh

GE G RP Gv

Bl B l

22

2 2J

G RP RI

B l

g meh JP P P

87

Пример:

Ротационен еднонасочен мотор

88

12/9/2012

23

89











Трансформатор е електричен уред

кој пренесува енергија помеѓу

магнетно спрегнати кола со примена

на статичка електромагнетна индукција.

90

02i i

C

N die E dl E r S

l dtp m= × = = -ò

ur ur

Ñ91


Ако во секундарната намотка има N2 навивки можеме да добиеме N2 пати поголема вредност на ИЕМС.

92


12/9/2012

24


Современите трансфор-матори на висок напон овозможу-ваат ефикасно пренесување на електрична енергија на големи растојанија

93 94


Documents

6 Magnetno Pole i Elektromagnetna Indukcija