Методика решения технологических задач на основе магнитодинамики
Принцип работы магнитодинамического аппарата для производства гидроксида натрия электрохимическим способом. Уравнения Максвелла как аксиоматическая основа электродинамики. Методика определения направления магнитной силы между токами по закону Ампера.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.07.2016 |
| Размер файла | 116,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
1. Магнитодинамическое введение
После интенсивных экспериментальных исследований в начале XIX века результаты опытов Х. Эрстеда, А. Ампера, М. Фарадея и других исследователей были использованы Дж. Максвеллом в качестве аксиоматической основы электродинамики в виде известных уравнений Максвелла:
(1),
(2),
(3)
(4).
Так как в период создания классической электродинамики природа магнетизма была неизвестна, до создания теории атомно-молекулярной структуры вещества, на основе которой и была в начале XX века разработана теория ферромагнетизма, феномен магнетизма воспринимался самостоятельно, то направление магнитной стрелки около провода с током было воспринято Х. Эрстедом непосредственно как ориентация магнитных сил.
Именно вследствие этой неадекватности одной из аксиом в основаниях классической электродинамики сразу же возник так называемый «электромагнитный парадокс», заключающийся в несоответствии направления электромагнитного взаимодействия электрических токов третьему закону динамики И. Ньютона.
Многочисленные попытки объяснить или снять этот "парадокс" за всю историю электродинамики лишь запутывали сущность вопроса и приводили к новым противоречиям в ней.
Вместе с тем, так как два элемента тока взаимодействуют между собой по прямой линии подобно электрическим зарядам, то их взаимодействие можно характеризовать величиной магнитного натяжения:
(5)
другими словами, естественно положить в основу определения силовой характеристики магнитного поля величину и направление магнитной силы между токами согласно закону Ампера:
(6),
(7)
магнитодинамический электрохимический ампер
По существу такого предложения в основаниях электродинамики автору пришлось неоднократно докладывать на конференциях «Сибресурс - 2001 - 2008», позже эти доклады собран в тематическом сборнике поэтому здесь я лишь кратко отмечу некоторые выводы этих исследований.
Раскроем определение (5):
(8)
и для упрощения вычислений направим ток I по прямому проводу вдоль оси Z , тогда
(9)
Разумеется, введение новой векторной функции магнитного поля на основании реального направления магнитных сил вместе с адекватным отображением геометрии поля приводит к соответствующим изменениям вида уравнений Максвелла.
Определяя величину потока магнитного натяжения вокруг провода с током через замкнутую поверхность вокруг этого провода, представим элементарный поток:
(10),
где dS - элемент поверхности около провода с током.
Так как dS = dL dl и dl = r d, то вычисления дают:
(11)
Таким образом, поле магнитного натяжения вокруг провода с током есть поле потенциальное, его силовая характеристика направлена по силам взаимодействия токов, создающих данное поле .
При полной осевой симметрии магнитного натяжения вокруг тока по прямому проводу вдоль оси Z очевидно:
(12),
Откуда:
(13).
По аналогии с определением:
(14)
найдем и
(15),
где: NТ = . Рассмотрим случай стационарного тока I = Const:
(16)
Так как:
, то (17)
Сводя полученные результаты по (17) и (22) с известными уравнениями Максвелла для стационарного тока, получим систему:
(18),(19), (20) и (21).
В случае статики, когда заряды неподвижны, уравнение (19) вырождается в уравнение (18) , а уравнение (21) вырождается в уравнение (20), сводя таким образом систему уравнений к двум известным уравнениям электростатического поля как частного случая поля электромагнитного, что полностью соответствует действительности. В силу наших определений (6) и (7) запишем:
(22),
откуда легко видеть, что нахождение сил взаимодействия токов сводится к их вычислению по заданным токам в проводниках в известных полях магнитного натяжения :
(23)
Действительно, вывод магнитодинамики об электромагнитной индукции при изменении магнитного натяжения вблизи проводника с изменением тока во времени очевиден: так как:
(24),
То:
(25)
К сказанному по выражениям для ЭДС электромагнитной индукции можно добавить, что величина ЭДС состоит из двух частей:
(26),
где:
(27) и(28).
Ясно, что Е1 возникает вследствие изменения тока I со временем, а E2 возникает в результате взаимодействия вторичного тока I2 с первичным I1 при изменении расстояния между ними. Данное обстоятельство, выраженное в зависимости (28) необходимо отметить здесь особенно, так как зависимость ЭДС от () означает принципиальную возможность создания сверхвысоких напряжений в непосредственной близости от первичных проводников с переменными токами. Так, например, электролиты, проводимость которых на 5- 6 порядков меньше проводимости металлических проводников, традиционной электротехникой не рассматриваются в качестве возможных электрических цепей.
Вместе с тем, из выражения (28) непосредственно следует, что при погружении первичной обмотки в электролит возможно образовать в нем значительные токи и, следовательно, вызвать заметные электромагнитные, электромеханические или электрохимические эффекты. Для иллюстрации изложенных выше выводов здесь дополнительно к доложенным на конференциях «Сибресурс» автором техническим решениям можно привести изобретения, направленные на экологизацию технологических процессов.
2. Магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе
Магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе предназначен для полной механизации и автоматизации технологического процесса получения гидроксида натрия, поэтому он может быть использован на современных химических предприятиях, занятых производством соды каустической и др. Известно окислительно-восстановительное действие переменного тока на вещества в растворах и расплавах.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является осуществление технологического процесса по производству гидроксида натрия из рассола поваренной соли с помощью индукционных токов, что позволяет предотвратить использование электродов, обеспечить непрерывный технологический процесс с полной механизацией и автоматизацией всех операций, включая загрузку сырья и извлечение продукции.
Рис. 1
На Рис. 1. показана технологическая схема магнитодинамического аппарата для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе. Магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе включает в себя систему магнитодинамических электролизеров 1, приемник соляной кислоты 2, приемник каустической соды 3, накопитель соляной кислоты 4, трубопроводную магистраль с коллектором подвода рассола поваренной соли 5 к магнитодинамическим электролизерам 1, трубопроводную магистраль 6 с коллектором для сбора и отвода хлора и водорода из магнитодинамических электролизеров 1 в приемник соляной кислоты 2, трубопроводная магистраль 7 для отвода соляной кислоты в накопитель 4 с выводным патрубком 8, трубопроводная магистраль с коллектором 9 для отвода каустической соды из магнитодинамических электролизеров 1 в приемник 3 с выводным патрубком 10, линия электропередачи тока переменного 11 от блока электропитания 12 к магнитодинамическим электролизерам 1.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Понятие и основные свойства магнитного поля, изучение замкнутого контура с током в магнитном поле. Параметры и определение направления вектора и линий магнитной индукции. Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера, открытие им силы Ампера.
контрольная работа [31,4 K], добавлен 05.01.2010Закон полного тока. Единая теория электрических и магнитных полей Максвелла. Пояснения к теории классической электродинамики. Система уравнений Максвелла. Скорость распространения электромагнитного поля. Релятивистская трактовка магнитных явлений.
презентация [1,0 M], добавлен 14.03.2016На основе анализа традиционных электродинамических уравнений Максвелла выявлены принципиально новые реалии в их физическом содержании. Модернизация концептуальных представлений классической электродинамики о структуре и свойствах электромагнитного поля.
реферат [137,0 K], добавлен 01.03.2008Физическое содержание классической микроскопической электродинамики. Основная идея макроскопического описания системы многих частиц. Эргодическая гипотеза. Теорема Лиувилля. Физическая природа магнетизма. Сводка уравнений классической электродинамики.
контрольная работа [193,6 K], добавлен 20.03.2016Развитие электродинамики до Фарадея. Работы Фарадея по постоянному току и его идеи о существовании электрического и магнитного полей. Вклад Фарадея в развитие электродинамики и электромагнетизма. Современный взгляд на электродинамику Фарадея-Максвелла.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 21.10.2010История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.
презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010Построение системы дифференциальных уравнений Максвелла классической электродинамики на основе первичных соотношений электромагнетизма - закона Кулона и закона сохранения электрического заряда цепочкой последовательных физико-математических рассуждений.
статья [167,7 K], добавлен 01.01.2011Четырехмерное пространство-время. Уравнения Максвелла в пустоте. Пространственные углы Эйлера. Формула опускания индекса контравариантного вектора. Основные законы преобразования тензоров на четырехмерном многообразии. Расстояния между событиями.
реферат [221,5 K], добавлен 20.03.2016Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида и тороида. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Эффект Холла. Использование свойства скалярного произведения векторов. Теорема Гаусса. Определение работы силы Ампера.
презентация [2,4 M], добавлен 14.03.2016Структура электромагнитного поля. Уравнения Максвелла. Условия реализации обычной магнитной поляризации среды. Возбуждение электродинамических полей в металле. Закон частотной дисперсии волнового числа магнитной волны. Характер частотных зависимостей.
доклад [93,2 K], добавлен 27.09.2008
