Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Знайомий багатьом предмет під назвою «Електротехніка» містить в своїй програмі ряд основоположних законів, що визначають принципи фізичного взаємодії для магнітного поля. Вони поширюють свою дію на різні елементи електротехнічних пристроїв, а також на що входять до їх складу структури і середовища. Фізика відбуваються в них процесів стосується таких базових понять, як потоки електрики і поля. Закон повного струму встановлює залежність між переміщенням електричних зарядів і створюваним їм магнітним полем (точніше - його напруженістю). Сучасна наука стверджує, що його застосування поширюється практично на всі середовища.
суть закону
Розглянутий закон, який можна застосовувати в магнітних ланцюгах, визначає наступну кількісну зв'язок між вхідними в нього складовими. Циркуляція вектора магнітного поля по замкнутому контуру пропорційна сумі струмів, які пронизують його. Щоб зрозуміти фізичний зміст закону повного струму - потрібно ознайомитися з графічним представленням описуваних ним процесів.
З малюнка видно, що близько двох провідників з протікають по ним струмами I1 і I2 утворюється поле, обмежене контуром L. Воно вводиться як подумки представлена замкнута фігура, площина якої пронизують провідники з рухомими зарядами. Простими словами цей закон можна виразити так. При наявності декількох потоків електрики через уявне подану поверхню, що охоплюються контуром L, в її межах формується магнітне поле з заданим розподілом напруженості.
За позитивний напрямок руху вектора відповідно до закону для контуру магнітного ланцюга вибирається хід годинникової стрілки. Воно також є подумки представляє.
Таке визначення створюваного струмами вихрового поля передбачає, що напрям кожного з струмів може бути довільним.
Для довідки! Вводиться польову структуру і описує її апарат слід відрізняти від циркуляції електростатичного вектора «Е», який під час обходу контуру завжди дорівнює нулю. Внаслідок цього таке поле відноситься до потенційних структурам. Циркуляція ж вектора «В» магнітного поля ніколи не буває нульовий. Саме тому воно називається «вихровим».
Основні поняття
Відповідно до законом, що розглядається для розрахунку магнітних полів застосовується наступний спрощений підхід. Повний струм представляється у вигляді суми декількох складових, що протікають через поверхню, що охоплюються замкнутим контуром L. Теоретичні викладки можуть бути представлені таким чином:
- Повний електричний потік, що пронизують буд Σ I - це векторна сума I1 і I2.
- У розглянутому прикладі для його визначення використовується формула:
ΣI = I1- I2 (мінус перед другим доданком означає, що напрямки струмів протилежні). - Вони, в свою чергу, визначаються за відомим в електротехніці закону (правилом) гвинта.
Напруженість магнітного поля уздовж контуру обчислюється на підставі отриманих викладень за спеціальними методиками. Для її знаходження доведеться проинтегрировать цей параметр по L, використовуючи рівняння Максвелла, представлене в одній з форм.Оно може бути застосовано і в диференціальної формі, але це дещо ускладнить викладки.
Спрощений підхід в інтегральному вигляді
Якщо скористатися диференціальним поданням - висловити закон повного струму в спрощеному вигляді буде дуже складно (в цьому випадку в нього доводиться вводити додаткові компоненти). Додамо до цього, що магнітне вихровий поле, створюване рухомим в межах контуру струмами, визначається в цьому випадку з урахуванням струму зміщення, що залежить від швидкості зміни електричної індукції.
Тому на практиці в ТОЕ більшою популярністю користується уявлення формул для повних струмів у вигляді підсумовування мікроскопічно малих відрізків контуру зі створюваними в них вихровими полями. Цей підхід передбачає застосування рівняння Максвелла в інтегральній формі. При його реалізації контур розбивається на дрібні відрізки, в першому наближенні вважаються прямолінійними (відповідно до закону передбачається, що магнітне поле є однорідним). Ця величина, що позначається як Um для одного дискретного ділянки довжиною ΔL магнітного поля, що діє в вакуумі, визначається так:
Um = HL * ΔL
Сумарна напруженість уздовж повного контуру L, представлена коротко в інтегральному вигляді, знаходиться за такою формулою:
UL = Σ HL * ΔL.
Закон повного струму для вакууму
В остаточному вигляді, оформленому за всіма правилами інтегрування, закон повного струму виглядає так. Циркуляція вектора «В» по замкнутому контуру може бути представлена як добуток магнітної постійної m на суму струмів:
Інтеграл від B по dL = інтегралу від Bl по dL = m Σ In
де n - це загально число провідників з різноспрямованими струмами, що охоплюються подумки яку представляють контуром L довільної форми.
Кожен ток враховується в цій формулі стільки раз, скільки він повністю охоплюється цим контуром.
На остаточний вид отриманих викладок для закону повного струму великий вплив робить середовище, в якій діє наведена електромагнітна сила (поле).
вплив середовища
Розглянуті відносини для закону струмів і полів, що діють не у вакуумі, а в магнітному середовищі, набувають дещо інший вигляд. У цьому випадку крім основних струмових складових вводиться поняття мікроскопічних струмів, що виникають в магнетику, наприклад, або в будь-якому подібному йому матеріалі.
Потрібне співвідношення в повному вигляді виводиться з теореми про векторної циркуляції магнітної індукції B. Простою мовою вона виражається в наступному вигляді. Сумарне значення вектора B при інтегруванні за обраним контуру дорівнює сумі охоплених ним макро струмів, помноженої на коефіцієнт магнітної постійної.
В результаті формула для «У» в речовині визначається виразом:
Інтеграл від B по dL = інтегралу від Bl по dL = m (I + I 1)
де: dL - дискретний елемент контуру, спрямований уздовж його обходу, Вl- складова в напрямку дотичної в довільній точці, бi і I1 - ток провідності і мікроскопічний (молекулярний) струм.
Якщо поле діє в середовищі, що складається з довільних матеріалів - повинні враховуватися мікроскопічні струми, характерні саме для цих структур.
Ці викладки також вірні для поля, що створюється в соленоїді або в будь-який інший середовищі, що володіє кінцевою магнітною проникністю.
Для довідки
У найповнішій і яка охоплює системі вимірювань СГС напруженість магнітного поля представляється в ерстедах (Е). В іншій діючій системі (СІ) вона виражається в амперах на один метр (А / м). Сьогодні Ерстед поступово витісняється більш зручною в роботі одиницею - Ампером на метр. При перекладі результатів вимірювань або розрахунків з СІ в СГС використовується наступне співвідношення:
1 Е = 1000 / (4π) А / м ≈ 79, 5775 Ампер / метр.
У заключній частині огляду відзначимо, що незалежно від того, яка використовується формулювання закону повних струмів - суть його залишається незмінною. Своїми словами це можна уявити так: він виражає відносини між струмами, що пронизують даний контур і створюваними в речовині магнітними полями.
Наостанок рекомендуємо переглянути корисне відео по темі статті:
Матеріали по темі:
- Що таке електричне поле
- Залежність опору провідника від температури
- Найважливіші відкриття Ніколи Тесла