Магнитная сила и крутящий момент, факторы, влияющие на крутящий момент и магнитный дипольный момент

| 1 октября, 2021 | Физика

Правило левой руки Флеминга используется для определения направления магнитной силы, действующей на прямой провод, по которому проходит электрический ток, расположенный перпендикулярно магнитному полю. Пусть указатель и большой палец будут перпендикулярны друг другу и остальным пальцам, затем сделайте указатель указывает на направление магнитного потока, а остальные пальцы, кроме большого пальца, в направлении тока , затем большой палец указывает на магнитную силу или движение.

Сила магнитного поля, действующая на прямой провод, по которому проходит электрический ток.

Если прямой провод , несущий электрический ток помещает ставку Ween полюсов о F A магнита таким образом, чтобы проволока перпендикулярна магнитным линии потока :

На провод действует сила , перпендикулярная как проводу, так и полю, из-за изменения результирующей плотности магнитного потока на двух сторонах провода, которое происходит из-за исходного магнитного потока и магнитного поля. поток из-за протекания электрического тока в проводе.

Эта сила приводит к перемещению провода от высокой плотности магнитного потока к низкой плотности магнитного потока, если провод может двигаться свободно.

Мы можем изменить направление силы, а также направление движения проволоки, используя один из следующих методов:

  1. Измените направление электрического тока, проходящего через провод.
  2. Поменяйте направление магнитного поля, действующего на провод.

Учет магнитной силы, действующей на прямой провод, по которому проходит электрический ток, в магнитном поле.

Установлено, что сила, действующая на прямой провод длиной (L), по которому проходит электрический ток (I), протекающий перпендикулярно магнитному полю, плотность потока (B) зависит от следующих факторов:

Длина провода, F ∝ L

Сила тока , F ∝ I

Плотность магнитного потока , F∝ B

F∝ BIL, F = Константа × BIL

Если единицей измерения плотности магнитного потока (B) является тесла , то на провод длиной 1 м, по которому течет ток 1 А, действует сила 1 Н.

F = BIL

Если проволока находится под углом к магнитному потоку , соотношение становится следующим:

F = BIL sin θ

Если проволока параллельна направлению магнитных линий, F = BIL sin 0 = 0, то сила исчезает.

Если проволока перпендикулярна направлению магнитных линий, F = BIL sin 90 = BIL, Итак, сила максимальна.

Если провод перпендикулярен силовым линиям, то плотность магнитного потока определяется соотношением B = F / IL.

Итак, мы можем определить плотность магнитного потока и ее единицу измерения (Тесла) следующим образом:

Плотность магнитного потока (B) — это магнитная сила, действующая на провод длиной 1 м, по которому проходит электрический ток силой 1 A, текущий перпендикулярно магнитному полю в этой точке.

Тесла — это плотность магнитного потока , которая создает силу в один ньютон на проводе длиной один метр , по которому проходит электрический ток силой один ампер, перпендикулярный линиям магнитного потока .

Когда плотность магнитного потока в точке = 0,4 Тл, это означает, что сила, действующая на провод длиной 1 м, несущий ток силой 1 А, текущий перпендикулярно магнитному полю в этой точке = 0,4 Н.

Факторы, которые влияют на магнитную силу, действующую на провод, по которому проходит ток, движущийся в магнитном поле, перпендикулярном этому проводу.

  1. Плотность магнитного потока (B) прямо пропорциональна.
  2. Длина провода (l) прямо пропорциональна.
  3. Сила электрического тока (I) прямо пропорциональна.
  4. Синусоидально угол между проводом и направлением потока (s в θ) прямо пропорционален.

Если провод, по которому проходит электрический ток , уравновешивается горизонтально в магнитном поле и перпендикулярно ему:

F = F г

BIL = мг

BIL = ρ V ol г

BIL = ρ AL г

BI = ρ π r² г

Сила между двумя параллельными проводами, по каждому из которых проходит ток

Когда ток I 1 проходит по проводу длины (L), а ток I 2 проходит по другому параллельному проводу на расстоянии (d) и такой же длины, то магнитное поле вокруг каждого провода действует на другой провод с силой:

Сила, действующая на первый провод (F 1 )

В результате от магнитного поля от второго провода:

F 1 = B 2 I 1 L = μ I 2 I 1 L / 2π d

∴ F 1 = F 2 = F = μ I 1 I 2 L / 2π d

Где: F — взаимная сила между проводами.

Если I 1 и I 2 в одном направлении, то взаимная сила является силой притяжения, потому что результирующая плотность потока вне проводов больше, чем между проводами, поэтому создается магнитная сила, и она перемещает два провода из области с высокой плотностью (снаружи) в область с низкой плотностью (внутри), поэтому они притягиваются.

Сила, действующая на второй провод (F 2 )

В результате от магнитного поля в м е первого провода:

F 2 = B 1 I 2 L = μ I 1 I 2 L / 2π d

∴ F 1 = F 2 = F = μ I 1 I 2 L / 2π d

Где: F — взаимная сила между проводами.

Если I 1 и I 2 в противоположном направлении s o, взаимная сила является силой отталкивания, потому что результирующая плотность магнитного потока между проводами больше, чем вне их, поэтому создается магнитная сила, которая перемещает провода от высокого -плотность (внутри) к области с более низкой плотностью (снаружи), поэтому они отталкиваются.

Чтобы определить силу, с которой два параллельных провода 1, 2 действуют на третий параллельный им провод :

Рассчитайте создаваемую плотность магнитного потока, создаваемую первым проводом в положении третьего провода:

В 13 = μ I 1 / 2π d 13

Рассчитайте плотность магнитного потока, создаваемую вторым проводом в положении третьего провода:

В 23 = μ I 2 / 2π d 23

Рассчитайте результирующую плотность магнитного потока: B t = B 13 + B 23

Рассчитайте результирующую силу: F = B t I 3 L 3

Уменьшение крутящего момента, действующего на прямоугольную катушку с электрическим током, помещенную в магнитное поле.

Если прямоугольную катушку (abcd), по которой проходит электрический ток , поместить в однородное магнитное поле так , чтобы его плоскость была параллельна линиям однородного магнитного потока.

Стороны (ad) и (bc) параллельны магнитным линиям, поэтому сила, действующая на каждый провод, равна нулю.

Стороны (ab) и (cd) перпендикулярны силовым линиям, поэтому на них будут действовать две силы, равные по величине и противоположные по направлению, каждая из которых равна F = BIL cd .

Таким образом, на катушку действует крутящий момент, который заставляет катушку вращаться вокруг своей оси.

Крутящий момент равен одной из сил × перпендикулярное расстояние между двумя равными силами:

τ = BIL cd L bc = BIA

Где: (A) — площадь прямоугольника A = L cd L bc , если прямоугольник состоит из (N) витков, общий крутящий момент (τ).

τ = BIAN

Если плоскость катушки наклонена на угол (θ) к магнитному потоку :

τ = BIAN sin θ

Единица измерения крутящего момента является Newton.meter (Нм).

Если плоскость катушки перпендикулярна направлению магнитного потока, Итак, перпендикуляр на катушке параллелен полю.

τ = BIAN sin 0 = 0

Итак, крутящий момент равен нулю.

Если плоскость катушки параллельна направлению линий магнитного потока , Итак, перпендикуляр на катушке перпендикулярен полю.

τ = БИАН sin 90 = БИАН

Итак, крутящий момент — это максимальное значение.

τ = B m d   , m d = IAN = τ / B

Где: m d = IAN — магнитный дипольный момент, который является векторной величиной, и его направление перпендикулярно площади катушки в направлении продвижения правого винта, что является направлением электрического тока .

Магнитный дипольный момент m d — это крутящий момент, действующий на катушку, по которой проходит электрический ток, и его плоскость параллельна плотности магнитного потока 1 Тл.

Единицей измерения магнитного дипольного момента является ( Нм / Тл) (Ньютон-метр / Тесла), что эквивалентно Амперам.м² (А.м²).

Когда магнитный дипольный момент = 0,7 Нм / Тл, это означает, что крутящий момент, действующий на катушку, по которой проходит электрический ток, и ее плоскость параллельна плотности магнитного потока 1 Тл, составляет 0,7 Нм.

Факторы, влияющие на крутящий момент

  1. Плотность магнитного потока прямо пропорциональна.
  2. Площадь поверхности змеевика (A) прямо пропорциональна.
  3. Количество витков катушки (N) прямо пропорционально.
  4. Сила тока (I) прямо пропорциональна.
  5. Синусоидальный угол между перпендикуляром на плоскости катушки и линиями магнитного потока (sin θ) прямо пропорционален.

Факторы, влияющие на магнитный дипольный момент

  1. Сила электрического тока (I) прямо пропорциональна.
  2. Площадь поверхности змеевика (A) прямо пропорциональна.
  3. Количество витков катушки (N) прямо пропорционально.