10.7. Механічні сили в магнітному полі

Р озглянемо n контурів з електричними струмами (рис. 10.21). Навколо цієї системи існує магнітне поле. Контури з електричними потоками будуть відчувати на собі силову дію. Ці сили називаються електромагнітними або електродинамічними.

Нехай під впливом сили f_g за час dt здійснюється переміщення одного із контурів на відстань dg в напряму сили f_g, де g – узагальнена координата.

Тоді джерела віддадуть контурам додаткову енергію

Енергія витрачається на переміщення контурe на відстань dg та зміну енергії магнітного поля, тобто

.

Звідси одержуємо формулу для електромагнітної сили

.

Розглянемо два випадки.

1-й випадок. Потокозчеплення не змінюється , тобто

.

Тоді

.

Переміщення відбувається за рахунок запасу енергії в магнітному полі.

2-й випадок. Струм в контурах не змінюється, тобто . В цьому випадку енергія магнітного поля дорівнює

,

а так як , то приріст енергії магнітного поля здійснюється за рахунок зміни потокозчеплення

.

Тоді електромагнітна сила дорівнює

.

Таким чином

Механічна сила , яка прагне змінити положення контуру, дорівнює збільшенню енергії магнітного поля за рахунок енергії джерела.

В загальному випадку:

, .

Прикладом одинокого контуру з постійним магнітним потоком є вимірювальний пристрій електромагнітної системи, який складається з нерухомої котушки, в яку втягується осердя.

Прикладом системи з двох контурів з електричними струмами є вимірювальний пристрій електродинамічної системи. Він має нерухому та рухому котушки.

Тема 11. Нелінійні кола змінного струму без феромагнітних елементів

11.1. Загальні властивості нелінійних кіл змінного струму

В колах змінного струму НЕ є не тільки резистори, але й індуктивні котушки та конденсатори. Тут проявляються такі особливості НЕ, як інерційність і несиметричність ВАХ.

Інерційними НЕ називають елементи, у яких нелінійність базується на температурній залежності електричної провідності матеріалу.

Н априклад, терморезистор – це інерційний елемент, його нелінійність обумовлена нагріванням при проходженні струму. Через це його нелінійні властивості проявляються тільки при зміні діючого значення струму.

Для миттєвих значень струму та напруги ВАХ терморезистора являється лінійною, так як зміна нагріву не встигає за зміною миттєвого струму (рис. 11.1)

Через це при синусоїдній напрузі на затискачах інерційного НЕ струм в ньому також буде змінюватись за законом синуса, що дає можливість скористатися символічним методом для розрахунку таких нелінійних кіл.

В колах змінного струму застосовуються також і безінерційні елементи, для яких нелінійність проявляється уже для миттєвих значень струмів і напруг.

До них належать:

- напівпровідникові діоди,

- нелінійні індуктивності та конденсатори.

Я кщо електричне коло містить безінерційні НЕ, то при синусоїдній напрузі струм в ньому буде змінюватись за несинусоїдним законом (рис 11.2)

Безінерційний НЕ з несиметричною ВАХ, який має односторонню провідність, використовується для перетворення змінного струму в постійний.

НЕ в колах змінного струму дозволяють:

- перетворювати змінний струм в постійний і навпаки;

- виконувати множення і ділення частоти, підсилення напруги;

- стабілізувати струм чи напругу.