Het voor velen bekende onderwerp genaamd "Electrical Engineering" bevat in zijn programma een aantal fundamentele wetten die de principes van fysieke interactie voor een magnetisch veld bepalen. Ze breiden hun actie uit tot verschillende elementen van elektrische apparaten, evenals tot hun samenstellende structuren en omgevingen. De fysica van de daarin optredende processen betreft basisbegrippen als elektriciteitsstromen en velden. De wet van de totale stroom legt de relatie vast tussen de beweging van elektrische ladingen en het magnetische veld dat daardoor wordt gecreëerd (meer precies, de intensiteit ervan). De moderne wetenschap beweert dat de toepassing ervan zich uitstrekt tot bijna alle omgevingen.
Inhoud:
- De essentie van de wet
- Basisconcepten
- Vereenvoudigde integrale aanpak
- Totale huidige wet voor vacuüm
- Invloed van de omgeving
- Als referentie
De essentie van de wet
De weloverwogen wet, die van toepassing is in magnetische circuits, bepaalt de volgende kwantitatieve relatie tussen zijn bestanddelen. De circulatie van de magnetische veldvector in een gesloten lus is evenredig met de som van de stromen die er doorheen vloeien. Om de fysieke betekenis van de wet van de totale stroom te begrijpen, moet u vertrouwd raken met de grafische weergave van de processen die erdoor worden beschreven.
In de figuur is te zien dat rond twee geleiders met stromen I1 en I2 erdoorheen een veld wordt gevormd, begrensd door het circuit L. Het wordt geïntroduceerd als een mentaal ingebeelde gesloten figuur, waarvan het vlak wordt doorboord door geleiders met bewegende ladingen. In eenvoudige bewoordingen kan deze wet als volgt worden uitgedrukt. In de aanwezigheid van verschillende elektriciteitsstromen door het denkbeeldige oppervlak dat wordt bedekt door de contour L, wordt daarin een magnetisch veld met een bepaalde intensiteitsverdeling gevormd.
Voor de positieve bewegingsrichting van de vector, in overeenstemming met de wet voor de contour van het magnetische circuit, wordt de beweging met de klok mee geselecteerd. Het wordt ook gevisualiseerd.
Een dergelijke definitie van het wervelveld dat door de stromen wordt gecreëerd, veronderstelt dat de richting van elk van de stromen willekeurig kan zijn.
Als referentie! De geïntroduceerde veldstructuur en het apparaat dat deze beschrijft, moet worden onderscheiden van de circulatie van de elektrostatische vector "E", die altijd nul is bij het omzeilen van de contour. Een dergelijk veld verwijst dan ook naar potentiële structuren. De circulatie van de vector "B" van het magnetische veld is nooit nul. Daarom wordt het "vortex" genoemd.
Basisconcepten
In overeenstemming met de beschouwde wet wordt de volgende vereenvoudigde benadering toegepast om magnetische velden te berekenen. De totale stroom wordt weergegeven als de som van verschillende componenten die door het oppervlak stromen dat wordt bedekt door een gesloten lus L. Theoretische berekeningen kunnen als volgt worden weergegeven:
- De totale elektrische flux die door de contouren I dringt, is de vectorsom van I1 en I2.
- In het beschouwde voorbeeld wordt de formule gebruikt om het te bepalen:
ΣI = I1- I2 (minus voor de tweede term betekent dat de richtingen van de stromen tegengesteld zijn). - Ze worden op hun beurt bepaald volgens de bekende wet (regel) in de elektrotechniek gimbal.
De magnetische veldsterkte langs de contour wordt berekend op basis van berekeningen die met speciale technieken zijn verkregen. Om het te vinden, moet je deze parameter over L integreren met behulp van de Maxwell-vergelijking, gepresenteerd in een van de vormen.Het kan ook in differentiële vorm worden toegepast, maar dit zal berekeningen enigszins bemoeilijken.
Vereenvoudigde integrale aanpak
Als we de differentiële representatie gebruiken, zal het erg moeilijk zijn om de wet van de totale stroom in een vereenvoudigde vorm uit te drukken (in dit geval moeten er extra componenten in worden geïntroduceerd). We voegen hieraan toe dat het magnetische vortexveld gecreëerd door stromen die binnen de contour bewegen, wordt in dit geval bepaald rekening houdend met de verplaatsingsstroom, die afhangt van de snelheid van verandering in de elektrische inductie.
Daarom is in de praktijk de meest populaire in SOE de weergave van formules voor totale stromen in de vorm van het optellen van microscopisch kleine secties van een circuit met daarin gecreëerde vortexvelden. Deze benadering omvat de toepassing van de Maxwell-vergelijking in integrale vorm. Wanneer het wordt geïmplementeerd, wordt de contour verdeeld in kleine segmenten, die in de eerste benadering als rechtlijnig worden beschouwd (volgens de wet wordt aangenomen dat het magnetische veld uniform is). Deze hoeveelheid, aangeduid als Um voor één afzonderlijke sectie met lengte ΔL van het magnetische veld dat in vacuüm werkt, wordt als volgt bepaald:
Um = HL * ΔL
De totale spanning langs de volledige contour L, kort weergegeven in integrale vorm, wordt gevonden door de volgende formule:
UL = Σ HL * ΔL.
Totale huidige wet voor vacuüm
In zijn uiteindelijke vorm, opgesteld volgens alle regels van integratie, ziet het totale huidige recht er als volgt uit. De circulatie van de vector "B" in een gesloten lus kan worden weergegeven als het product van de magnetische constante m voor de som van stromen:
Integraal van B over dL = integraal van Bl over dL = m In
waarbij n het totale aantal geleiders met multidirectionele stromen is, gedekt door het denkbeeldige circuit L van willekeurige vorm.
Elke stroom wordt in deze formule zo vaak geteld als deze volledig door dit circuit wordt gedekt.
De uiteindelijke vorm van de verkregen berekeningen voor de totale stroomwet wordt sterk beïnvloed door de omgeving waarin de geïnduceerde elektromagnetische kracht (veld) werkt.
Invloed van de omgeving
De beschouwde verhoudingen voor de wet van stromen en velden die niet in een vacuüm, maar in een magnetisch medium werken, krijgen een iets andere vorm. In dit geval wordt, naast de hoofdstroomcomponenten, het concept geïntroduceerd van microscopische stromen die bijvoorbeeld in een magneet of in een soortgelijk materiaal ontstaan.
De vereiste verhouding is volledig afgeleid van de stelling over de vectorcirculatie van magnetische inductie B. In eenvoudige bewoordingen wordt het uitgedrukt in de volgende vorm. De totale waarde van de vector B bij integratie langs de geselecteerde contour is gelijk aan de som van de macrostromen die erdoor worden gedekt, vermenigvuldigd met de coëfficiënt van de magnetische constante.
Als gevolg hiervan wordt de formule voor "B" in de stof bepaald door de uitdrukking:
Integraal van B over dL = integraal van Bl over dL = m(I+I1)
waarbij: dL een discreet element van het circuit is dat langs de bypass is gericht, Bl een component is in de richting van de raaklijn op een willekeurig punt, bI en I1 de geleidingsstroom en microscopische (moleculaire) stroom zijn.
Als het veld werkt in een medium dat bestaat uit willekeurige materialen, moet rekening worden gehouden met microscopische stromen die kenmerkend zijn voor deze structuren.
Deze berekeningen gelden ook voor het veld gecreëerd in een solenoïde of in een ander medium met eindige magnetische permeabiliteit.
Als referentie
In het meest complete en uitgebreide CGS-meetsysteem wordt de magnetische veldsterkte weergegeven in oersteds (E). In een ander systeem dat van kracht is (SI), wordt het uitgedrukt in ampère per meter (A / meter). Tegenwoordig wordt de oersted geleidelijk vervangen door een handigere eenheid - ampère per meter. Bij het vertalen van de resultaten van metingen of berekeningen van SI naar CGS wordt de volgende verhouding gehanteerd:
1 E = 1000 / (4π) A / m ≈ 79.5775 Ampère / meter.
In het laatste deel van de beoordeling merken we op dat ongeacht welke formulering van de wet van de totale stromen wordt gebruikt, de essentie ervan ongewijzigd blijft. In zijn eigen woorden kan het als volgt worden weergegeven: het drukt de relatie uit tussen de stromen die een bepaald circuit doordringen en de magnetische velden die in de substantie worden gecreëerd.
Ten slotte raden we aan een nuttige video over het onderwerp van het artikel te bekijken:
Gerelateerde materialen:
- Wat is een elektrisch veld?
- De afhankelijkheid van de weerstand van de geleider op temperatuur
- Nikola Tesla's grootste ontdekkingen
