Перетворення електричної енергії в механічну

На прямолінійний провідник (рис.24), розташований в магнітному полі між полюсами N і S перпендикулярно магнітним лініям і приєднаний до джерела живлення (по провіднику проходить струм), діє електромагнітна сила

Напрямок, якої визначається правилом лівої руки. Під дією електромагнітної сили F провідник рухається в магнітному полі зі швидкістю v, перетинаючи магнітні лінії поля. В такому провіднику буде индуктироваться е.р.с. Напрямок цієї е.р.с. протилежно напрямку струму I. У цьому легко переконатися, застосовуючи правило правої руки. У зв'язку з цим е.р.с. індукції називають протидії - е.р.с.

Значення виникла .протіво-е.р.с

Згідно з другим законом Кірхгофа, для замкнутого контуру справедливо рівність

Так як напруга на затискачах джерела

то з урахуванням наведених рівнянь знайдемо, що

Помноживши почленно цей вислів на I, отримаємо

Знайдемо загальний вираз потужності

P = Fv + I 2 R, (81)

в якому величина Fv являє собою механічну потужність, а I 2 R - потужність теплових втрат.

Формула (81) показує, що при русі провідника з струмом в магнітному полі під дією сил цього поля відбувається перетворення електричної енергії в механічну, і частково в теплову.

Так як машини, в яких електрична енергія перетворюється в механічну, називають електродвигуном, то, отже, то отже, провідник в магнітному полі, що живиться струмом від стороннього джерела, можна вважати найпростішим варіантом електричного двигуна.

Розглянемо явища, що відбуваються при циклічному перемагничивании циліндричного сталевого сердечника, поміщеного всередину котушки. Проходить по котушці змінюється струм створює в осерді змінний магнітний потік, який направлений вздовж осі сердечника. Відповідно до закону електромагнітної індукції, що змінюється магнітний потік, що охоплюється будь-яким контуром, буде індукувати е.р.с. в цьому контурі.

В даному випадку змінюється магнітний потік пронизує будь-який поперечний переріз сердечника, яке можна вважати що складається з кілець різного діаметра, вставленим одне в інше. Кожне кільце являє собою замкнутий контур, пронизує постійно змінюваних магнітним потоком. Отже, в кожному кільці буде индуктироваться е.р.с. і виникає струм. Цей струм називають вихровим струмом.

Вихрові струми завжди виникають в масивних металевих тілах, що знаходяться в змінному магнітному полі або також переміщаються (обертових) в магнітному полі.

Вихрові струми розташовані в площині, перпендикулярному вектору магнітної індукції. Їх напрямок визначають правилом Ленца.

Магнітне поле вихрових струмів перешкоджає зміні намагнічує поле обмотки, посилюючи явище гістерезису.

Вихрові струми, що виникають в металевих частинах електричних машин, як і всякі електричні струми, викликають нагрівання металу, а в електричних машинах, крім того створюють додатковий гальмуючий момент, що пов'язано з непродуктивними витратами енергії і зниженням коефіцієнта корисної дії електричних машин і апаратів. Ці втрати енергії прийнято називати втратами від вихрових струмів.

Для зменшення втрат від вихрових струмів магнітопроводи електричних машин, що піддаються перемагнічуванням, виготовляють не суцільним, а ізольованими одна від одної тонких (0,35-0,5 мм) листів стали, що володіють великим електричним опором.

Однак втрати від вихрових струмів на завжди непродуктивні. У спеціальних високочастотних установка, наприклад для плавлення сталей, їх можна використовувати для плавки, нагріву, загартування та інших цілей.

Контрольні питання і завдання

1. Що таке магнітне поле і якими величинами воно характеризується? Які одиниці вимірювання цих величин?

2.Сформуліруйте і застосуєте на практиці правило гвинта.

3.Напишіть формулу для визначення магнітної індукції на осьової лінії в центрі циліндричної котушки з струмом.

4. Як магнітне поле називається однорідним?

5. Що характеризує магнітна проникність?

7.Какова зв'язок між напруженістю і магнітного поля і магнітної індукції?

8.Об'ясніте криву намагнічування феромагнітного маеріала.

9.Что таке залишкова магнітна індукція, коерцитивної сила, магнітний гістерезис?

10.Як визначити значення і напрям сили, що діє на провідник зі струмом, вміщеній в магнітне поле?

11.Каую силу називають силою Лоренца і як знайти її значення і напрям?

12.В чому сутність явища електромагнітної індукції?

13. Як визначити напрям ЕРС индуктироваться в провіднику?

14.Рааскажіте про явища самоіндукції і взаємоіндукції.

15.Об'ясніте принцип роботи електричного генератора.

16.Об'ясніте принцип роботи електричного двигуна.

17.Какие струми називають вихровими і які втрати вони викликають?