Legea lui Ohm pentru un circuit magnetic

Dacă nu ar exista fluxuri magnetice, este puțin probabil să existe inginerie electrică modernă. Funcționarea generatoarelor și motoarelor electrice, electromagneților și transformatoarelor, instrumentelor de măsură și senzorilor Hall se bazează pe utilizarea câmpului magnetic și a proprietăților fluxului magnetic.

Pentru concentrarea și întărirea fluxului magnetic se recurge la utilizarea materialelor feromagnetice. Sunt produse materiale ferromagnetice miezuri magnetice — corpuri de formele și dimensiunile cerute, miezuri pentru dirijarea fluxurilor magnetice de una sau alta dimensiune în direcția cerută. Astfel de corpuri, în interiorul cărora trec linii închise de inducție magnetică, se numesc circuite magnetice.

Proprietățile cunoscute ale câmpului magnetic fac posibilă calcularea fluxurilor magnetice în diferite circuite magnetice. Dar pentru munca practică, este mult mai convenabil să se recurgă la consecințele generale și la legile circuitelor magnetice derivate din legile câmpului magnetic, în loc să se utilizeze direct aceste legi de fiecare dată. Aplicarea anumitor reguli la circuitele magnetice este mai convenabilă pentru rezolvarea problemelor practice tipice.

De exemplu, luați în considerare un circuit magnetic simplu care constă dintr-un jug neramificat de secțiune transversală S, care, la rândul său, este realizat dintr-un material cu permeabilitate mu… Jugul are un spațiu nemagnetic de aceeași zonă S, de exemplu aer, iar permeabilitatea magnetică în spațiu — mu1 — este diferită de permeabilitatea magnetică a jugului. Aici puteți privi linia medie de inducție și puteți aplica teorema tensiunii magnetice:

Deoarece liniile de inducție magnetică sunt continue pe tot circuitul, mărimea fluxului magnetic atât în ​​jug, cât și în decalaj este aceeași. Acum folosim formulele pentru inducție magnetică B și pentru ca fluxul magnetic F să exprime puterea H a câmpului magnetic în termeni de flux magnetic F.

Următorul pas este înlocuirea expresiilor rezultate în formula de mai sus a teoremei fluxului magnetic:

Am obținut o formulă foarte asemănătoare cu cea cunoscută în inginerie electrică Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit închis, iar rolul EMF aici este jucat de cantitatea iN, numită forță magnetomotoare (sau MDF) prin analogie cu forța electromotoare. În sistemul SI, forța magnetomotoare este măsurată în amperi.

Suma din numitor nu este altceva decât o analogie a rezistenței electrice totale pentru un circuit electric, iar pentru un circuit magnetic se numește în consecință rezistența magnetică totală. Termenii din numitor sunt rezistențele magnetice ale secțiunilor individuale ale circuitului magnetic.

Rezistențele magnetice depind de lungimea circuitului magnetic, de aria secțiunii transversale a acestuia și de permeabilitatea magnetică (similar cu conductivitatea electrică pentru legea obișnuită a lui Ohm).Ca rezultat, puteți scrie formula legii lui Ohm, numai pentru un circuit magnetic:

Adică, formularea legii lui Ohm în raport cu un circuit magnetic sună astfel: „într-un circuit magnetic fără ramificare, fluxul magnetic este egal cu câtul împărțirii MDS la rezistența magnetică totală a circuitului.”

Din formule este evident că rezistența magnetică în NE se măsoară în amperi Weber, iar rezistența magnetică totală a unui circuit magnetic este numeric egală cu suma rezistențelor magnetice ale părților acelui circuit magnetic.

Situația descrisă este valabilă pentru un circuit magnetic neramificat care include orice număr de părți, cu condiția ca fluxul magnetic să pătrundă succesiv în toate aceste părți. Dacă miezurile magnetice sunt conectate în serie, atunci rezistența magnetică totală se găsește prin adăugarea rezistențelor magnetice ale pieselor.

Luați în considerare acum un experiment care demonstrează efectul reluctanței unor părți dintr-un circuit asupra reluctanței totale a unui circuit. Un circuit magnetic în formă de U este magnetizat de bobina 1, care este alimentată (curent alternativ) printr-un ampermetru și un reostat. Un EMF este indus în înfășurarea secundară 2, iar citirile voltmetrului conectat la înfășurare, după cum știți, sunt proporționale cu fluxul magnetic din circuitul magnetic.

Dacă acum mențineți neschimbat curentul din înfășurarea primară prin reglarea acestuia cu un reostat și, în același timp, apăsați placa de fier împotriva circuitului magnetic de mai sus, după ce rezistența magnetică totală a circuitului va fi mult redusă, citirea voltmetrul va crește în consecință.

Desigur, termenii de mai sus, cum ar fi „magnetorezistă” și „forță magnetomotoare”, sunt concepte formale, deoarece nimic din fluxul magnetic nu se mișcă, nu există particule în mișcare, este doar o reprezentare vizuală (ca un model de flux de fluid) a o înțelegere mai clară a legilor...

Sensul fizic al experimentului de mai sus și al altor experimente similare este de a înțelege modul în care introducerea golurilor nemagnetice și a materialelor magnetice în circuitul magnetic afectează fluxul magnetic în circuitul magnetic.

Introducând, de exemplu, un magnet într-un circuit magnetic, adăugăm curenți moleculari suplimentari corpurilor deja conținute în circuit, care introduc fluxuri magnetice suplimentare. Concepte formale precum „rezistența magnetică” și „forța magnetomotoare” se dovedesc a fi foarte convenabile atunci când se rezolvă o problemă practică, motiv pentru care sunt utilizate cu succes în inginerie electrică.