Zákon celkového proudu v jednoduchých slovech
Předmět, který je pro mnohé známý, s názvem „Elektrotechnika“, obsahuje ve svém programu řadu základních zákonů, které definují zásady fyzické interakce pro magnetické pole. Rozšiřují svůj účinek na různé prvky elektrických zařízení, jakož i na své struktury a prostředí. Fyzika procesů, které se v nich vyskytují, se týká takových základních pojmů, jako jsou proudy elektřiny a pole. Zákon celkového proudu stanoví vztah mezi pohybem elektrických nábojů a jím vytvořeným magnetickým polem (přesněji jeho intenzitou). Moderní věda tvrdí, že její aplikace se vztahuje téměř na všechna prostředí.
Podstata zákona
Uvažovaný zákon použitelný v magnetických obvodech určuje následující kvantitativní vztah mezi jeho složkami. Cirkulace vektoru magnetického pole v uzavřené smyčce je úměrná součtu proudů, které jej pronikají. Abychom pochopili fyzický význam zákona totálního proudu, musíte se seznámit s grafickým znázorněním procesů, které popisuje.
Z obrázku je vidět, že kolem dvou vodičů s proudy I1 a I2, které jimi protékají, je pole ohraničeno obvodem L. Je zavedeno jako mentálně představený uzavřený obrázek, jehož rovina je propíchnuta vodiči pohyblivými náboji. Jednoduše řečeno, tento zákon lze vyjádřit následovně. V přítomnosti několika toků elektřiny imaginárním imaginárním povrchem pokrytým obrysem L se v něm vytvoří magnetické pole s daným rozložením napětí.
Pro kladný směr vektoru je v souladu se zákonem zvolen obrys magnetického obvodu ve směru hodinových ručiček. Je to také představitelné.
Taková definice vířivého pole vytvořeného proudy naznačuje, že směr každého z proudů může být libovolný.
Pro informaci! Představená struktura pole a zařízení, které je popisuje, by se mělo odlišovat od cirkulace elektrostatického vektoru „E“, který je vždy roven nule obcházení obvodu. V důsledku toho se takové pole týká potenciálních struktur. Cirkulace vektoru „B“ magnetického pole není nikdy nulová. Proto se nazývá „vír“.
Základní pojmy
V souladu s uvažovaným zákonem se pro výpočet magnetických polí používá následující zjednodušený přístup. Celkový proud je vyjádřen jako součet několika složek protékajících povrchem pokrytým uzavřeným obvodem L. Teoretické výpočty lze znázornit takto:
- Celkový elektrický proud protékající obvody Σ I je součet vektorů I1 a I2.
- V tomto příkladu jej určete pomocí vzorce:
ΣI = I1 - I2 (mínus před druhým termínem znamená, že současné směry jsou opačné). - Jsou zase stanoveny podle zákona známého v elektrotechnice (pravidlo) nebozez.
Magnetické pole podél obrysu se vypočítá na základě výpočtů získaných speciálními technikami. Abychom to našli, je nutné tento parametr integrovat do L pomocí Maxwellovy rovnice uvedené v jedné z forem.Může být použita v diferenciální formě, ale to poněkud komplikuje výpočty.
Zjednodušený integrovaný přístup
Pokud použijeme diferenciální reprezentaci, bude vyjádření zákona o celkovém proudu ve zjednodušené podobě velmi obtížné (v tomto případě je třeba do něj vložit další komponenty). Dodáváme k tomu, že magnetické vířivé pole vytvořené proudy pohybujícími se v obvodu je v tomto případě určeno s ohledem na předpínací proud, který závisí na rychlosti změny elektrické indukce.
Proto je v praxi v TOE populárnější prezentace vzorců pro plné proudy ve formě sumace mikroskopicky malých segmentů obvodu s vířivými poli, která jsou v nich vytvořena. Tento přístup zahrnuje aplikaci Maxwellovy rovnice v integrální podobě. Když je implementován, kontura je rozdělena na malé segmenty, které jsou považovány za jednoduché v první aproximaci (podle zákona se předpokládá, že magnetické pole je jednotné). Tato hodnota, označená jako Um pro jednu samostatnou část délky ΔL magnetického pole působícího ve vakuu, je definována takto:
Um = HL * AL
Celkové napětí podél celého obrysu L, stručně znázorněné v integrální podobě, je dáno následujícím vzorcem:
UL = Σ HL * ΔL.
Zákon celkového proudu pro vakuum
Ve své konečné podobě, sestavené podle všech pravidel integrace, vypadá zákon totálního proudu takto. Cirkulace vektoru "B" v uzavřené smyčce může být představována jako produkt magnetické konstanty m v množství proudů:
Integrál B nad dL = integrál Bl nad dL = m Σ In
kde n je celkový počet vodičů s vícesměrnými proudy zakrytými mentálně představeným obvodem L libovolného tvaru.
Každý proud je v tomto vzorci zohledněn tolikrát, kolikrát je tento obvod zcela pokryt.
Konečná podoba získaných výpočtů pro zákon celkového proudu je do značné míry ovlivněna médiem, ve kterém působí indukovaná elektromagnetická síla (pole).
Zásah do životního prostředí
Uvažované vztahy pro zákon proudů a polí jednajících ne ve vakuu, ale v magnetickém médiu, mají poněkud odlišnou podobu. V tomto případě se kromě hlavních proudových složek zavádí například pojem mikroskopických proudů vznikajících v magnetu nebo v jakémkoli podobném materiálu.
Potřebný vztah je zcela odvozen z věty o vektorové cirkulaci magnetické indukce B. Zjednodušeně řečeno, je vyjádřen v následující formě. Celková hodnota vektoru B, když je integrován do vybraného obvodu, se rovná součtu makro proudů, které jsou jím pokryty, vynásobené koeficientem magnetické konstanty.
Výsledkem je, že vzorec pro „B“ v látce je určen výrazem:
Integrál B nad dL = integrál Bl nad dL = m(Já+Já1)
kde: dL je diskrétní prvek obvodu vedený podél jeho obtoku, Bl je složka ve směru tečny v libovolném bodě, bI a I1 jsou vodivý proud a mikroskopický (molekulární) proud.
Pokud pole působí v prostředí sestávajícím z libovolných materiálů, je třeba vzít v úvahu mikroskopické proudy charakteristické pro tyto struktury.
Tyto výpočty platí také pro pole vytvořené v solenoidu nebo v jakémkoli jiném médiu s konečnou magnetickou permeabilitou.
Pro referenci
V nejkompletnějším a nejkomplexnějším systému měření GHS je intenzita magnetického pole zastoupena v Oerstedsu (E). V jiném existujícím systému (SI) je vyjádřen v ampérech na metr (A / metr). Dnes je oersted postupně nahrazován výhodnější jednotkou v provozu - ampér na metr.Při převodu výsledků měření nebo výpočtů ze SI na GHS se používá tento poměr:
1 e = 1000 / (4π) A / m = 79,5775 ampér / metr.
V závěrečné části přezkumu konstatujeme, že bez ohledu na to, jak se používá formulace zákona o úplných proudech, jeho podstata zůstává nezměněna. Podle jeho vlastních slov to lze vyjádřit takto: vyjadřuje vztah mezi proudy, které pronikají do tohoto obvodu, a magnetickými poli vytvořenými v látce.
Nakonec doporučujeme sledovat užitečné video k tématu článku:
Související materiály:
Načítání...
