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通电导体在磁场中的运动

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:在磁场中有一个垂直于磁场和导体的力作用在通电导体上。通电导体上的作用力随磁通密度的增大而提高。电磁力是由在导体中流动的载流子的磁场力引起的。由于磁极磁场宽度加大,所以使磁极磁场中导体的有效长度增加。电弧将在磁场中产生偏移的效果,因此,这一气态导体被快速拉长并最终熄弧。

通电导体在磁场中的运动

实验5-19:将一个铝管的导体悬挂在两条可移动的金属带上,并将其放在马蹄形磁铁的磁极之间。然后如图5-31所示将导体接到一个可调的直流电源上,缓慢地增大电流

导体将从马蹄形磁铁磁场中移出。

在磁场中有一个垂直于磁场和导体的力作用在通电导体上。

实验5-20:反接电源,并重复实验5-19。

导体向相反的方向移动。

实验5-21:交换马蹄形磁铁的磁极,并重复实验5-20。

导体又从马蹄形磁铁磁场中移出。

通电导体的偏移方向取决于导体内的电流方向和马蹄形磁铁磁场的方向。磁极磁场(图5-32a)和通导体磁场(图5-32b)合成一个共同的磁场(图5-32c)。

如图5-33所示,在通电导体的一侧,导体磁场磁力线与磁极磁场磁力线相反,导体这一侧的磁通密度减小,在导体的另一侧,两个磁场的磁力线方向相同,所以导体的这一侧的磁通密度增大,由于其磁通密度较高,磁力线相互排斥,所以导体受到高磁通密度一侧的排斥;当导体中的电流方向改变时,导体另一侧的共同磁场的磁通密度高,所以使导体的运动方向发生改变;如图5-34所示,当同时改变磁极方向和电流方向时,导体的移动方向将保持不变。

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图5-31 磁场中通电导体的偏移

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图5-32 导体移动方向与电流方向及磁场方向的关系

a)磁极磁场 b)通电导体的磁场 c)两磁场合成的磁场

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图5-33 改变电流方向

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图5-34 磁场方向和电流方向均改变

通电导体在磁场中的偏移方向取决于磁场(极场)的方向和导体电流的方向(导体的磁场)。

导体的移动方向,如图5-35所示,也可以用电动机定则(左手定则)来判定。

张开左手掌,使来自北极(N极)的磁力线穿过掌心,伸出的四指所指的方向为电流方向,而拇指所指的方向即为导体的受力方向。

电磁力是由在导体中流动的载流子的磁场力引起的。在磁场中运动的载流子上的力称为洛伦兹[4]力。

实验5-22:重复实验5-19,并缓慢地增加电流。

导体的偏移量增大。

作用在导体上的力随电流的提高而加大。

实验5-23:重复实验5-20,并把薄铁片放在马蹄形磁铁磁极上。观察导体的偏移。(www.xing528.com)

导体的偏移量小。

磁铁的部分磁力线通过铁片闭合(磁旁路)而使极间磁通密度减小。磁通密度越小,则作用在导体上的电磁力就越小。

通电导体上的作用力随磁通密度的增大而提高。

实验5-24:重复实验5-19,并按图5-36所示把一块磁场方向相同的同样大小的磁铁放在第一块磁铁旁,观察导体的偏移。

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图5-35 电动机定则(左手定则)

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图5-36 通电导体有效长度对电磁力的影响

导体的偏移量增大。

由于磁极磁场宽度加大,所以使磁极磁场中导体的有效长度增加。

作用在通电导体上的力是随导体有效长度的增加而提高。

若在磁场中有多根导体,并且全部导体均通过大小及方向相同的电流,导体数量越多,则电磁力就越大。

电动机定则:在磁场中的通电导体会发生运动。电磁力(洛伦兹力):

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式中 F——电磁力;

B——磁通密度;

I——电流;

l——导线有效长度;

z——导体数量。

计算例题:

在一台直流电动机的气隙中,磁通密度为0.8T,磁极下有400根电枢导线,电流为10A,导线有效长度为150mm,求电枢圆周上的力。

解:

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熄弧作用。在分开接触件时会形成电弧,电弧周围便产生了一个磁场。电弧将在磁场中产生偏移的效果,因此,这一气态导体被快速拉长并最终熄弧。这种熄弧磁场在低压断路器中得以应用。

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