Параметры электромагнитного поля симметричных тел

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Энергетический факультет

Кафедра Энергетики

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Техника высоких напряжений

на тему: Параметры электромагнитного поля симметричных тел

Выполнил: ст.гр. ЭЛСс-20

Аладина А.А.

Проверил: Грабко Г.И.

Чита

2023

Содержание

Введение

Параметры электромагнитного поля симметричных тел

Заключение

Список использованных источников

Введение

В электротехнике метод симметричных компонентов упрощает анализ несбалансированных трехфазных энергосистем как в нормальных, так и в ненормальных условиях. Основная идея заключается в том, что асимметричный набор из N фазоров может быть выражен как линейная комбинация из N симметричных наборов фазоров посредством сложного линейного преобразования. Теорема Фортескью (симметричные компоненты) основана на принципе суперпозиции, поэтому она применима только к линейным энергосистемам или к линейным приближениям нелинейных энергосистем.

В наиболее распространенном случае трехфазных систем результирующие "симметричные" компоненты называются прямыми (или положительными), обратными (или отрицательными) и нулевыми (или гомополярными). Анализ энергосистемы намного проще в области симметричных компонентов, потому что результирующие уравнения взаимно линейно независимы, если сама схема сбалансирована.

Параметры электромагнитного поля симметричных тел

Электрическое поле - создаётся неподвижными электрическими зарядами. Оказывает силовое воздействие на неподвижные заряженные частицы.

- Напряжённость электрического поля ; ;

Магнитное поле - создаётся движущимися эл. зарядами и намагниченными телами. Оказывает силовое воздействие на движущийся электрический заряд, намагниченные тела.

- Напряжённость магнитного поля ; .

Электромагнитное поле (в форме электромагнитных волн) создаётся ускоренно движущимися электрическими зарядами, распространяется со скоростью света , в процессе распространения магнитное поле порождает электрическое и обратно. Частота колебаний электромагнитных волн определяется и совпадает с частотой колебания электрического заряда.

Для ЭМП характерен перенос массы и энергии, поле оказывает давление на поглощающую поверхность.

Перенос энергии характеризуется интенсивностью излучения , которая может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей (вектор Умова-Пойнтинга) .

Действие электромагнитного поля обладает определенной направленностью, поэтому для его описания вводят векторные величины.

Известно, что физические величины, значения которых могут быть выражены действительными числами, называются скалярами, например, масса, заряд, температура. Тогда, как величины, значения которых определяются как числовым значением, так и направлением в пространстве, называются векторами, например, скорость, сила, ускорение.

Рассмотрим векторные характеристики, при помощи которых определяется электромагнитное поле. Их четыре:

- - вектор напряженности электрического поля, является силовой характеристикой электрического поля;

- - вектор электрической индукции, этот вектор не зависит от электрических свойств среды и является функцией только заряда и положения наблюдателя в пространстве, иначе говоря, вектор имеет одинаковые значения в разных средах при прочих равных условиях и поэтому является более общим по сравнению с вектором ;

- - вектор магнитной индукции описывает силу, действующую со стороны магнитного поля на движущийся заряд или проводник с током;

- - вектор напряженности магнитного поля, этот вектор не зависит от магнитных свойств среды и является функцией тока, создающего магнитное поле, и положения наблюдателя в пространстве.

Определить поле в некоторой области пространства - значит указать эти векторы поля в любой её точке.

Дадим теперь определения и рассмотрим физическую сущность векторов электромагнитного поля.

Вектор напряженности электрического поля определяют как силу, с которой электрическое поле действует на внесенный точечный положительный единичный заряд. Связь между вектором и силой , действующей на точечный заряд q, определяется как:

. (1)

Следовательно, вектор характеризует именно силовое воздействие электрического поля на заряженные частицы. По закону Кулона вектор электрической силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами пропорционален произведению модулей взаимодействующих зарядов q1 и q2, обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними и направлен вдоль соединяющей их прямой:

, (2)

где: - единичный вектор.

Отсюда:

, [Н/Кл = В/м] (3)

здесь: , [Ф/м] - диэлектрическая проницаемость вакуума.

Кроме того, вектор напряженности электрического поля в точке поля можно выразить через градиент потенциала поля в этой точке, т.е.

. (3 а)

Знаком «минус» означает, что вектор напряженности поля направлен в сторону убывания потенциала. В случае однородного поля (например, поля плоского конденсатора) модуль напряженности определяется по формуле , откуда следует, что напряженность электрического поля можно выражать в вольтах на метр (В/м).

Если ограничится только исследованием процессов в вакууме, то задание напряженности электрического поля в каждой точке пространства является достаточным. Однако, как будет показано далее, для правильного описания электрического поля в материальных средах, требуется ввести в рассмотрение второе векторное поле, характеризуемое вектором электрической индукции (электрического смещения) .

Вектор в вакууме связан с вектором соотношением:

. (4)

Если в формуле (3) вместо вектора подставить величину /eо, то закон Кулона примет вид:

; [Кл/м2] (5)

В отличие от электрического поля, которое оказывает силовое воздействие на заряд, находящийся в покое или в движении, магнитное поле действует только на движущиеся заряды.

Вектор магнитной индукции определяют как силу, с которой магнитное поле действует на движущийся положительный единичный заряд. Связь между вектором и магнитной силой , действующей на точечный заряд q, определяется выражением:

, (6)

где: - векторное произведение векторов скорости движения заряда и вектора магнитной индукции .

Обобщим эту магнитную силу для макроскопических токов, протекающих по проводнику. Сила, действующая на проводник, называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Ампер установил, что сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике и векторному произведению элементарного вектора длины проводника на магнитную индукцию :

(7)

Направление силы определяется правилом левой руки, которое гласит: если расположить кисть левой руки так, чтобы вектор магнитной индукции поля входил в ладонь, а четыре пальца руки были направлены по току, то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки укажет направление силы Ампера (см. рис. 1).

Рис. 1 - Направление силы магнитного поля по правилу левой руки

Модуль силы Ампера находится по формуле:

, (8)

где - угол между векторами и .

Из формулы (8) следует, что сила максимальна, если элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции:

(9)

Из последнего выражения можно получить формулу для численного определения магнитной индукции:

(10)

Из формулы (10) следует, что магнитная индукция численно равна силе, с которой магнитное поле действует на перпендикулярно расположенный проводник единичной длины с единичной силой тока. Размерность единицы магнитной индукции Тесла [Т] = [Н]/[А]·[м]. Величину магнитной индукции можно выразить через магнитный поток Ф, пронизывающий площадь S, тогда из выражения следует, что индукцию можно измерять в Веберах на квадратный метр (Вб/м2).

Возвращаясь к движущемуся заряду, с учетом выражения (6), установлено, что магнитная индукция численно равна силе, с которой магнитное поле действует на единичный точечный заряд, движущийся со скоростью перпендикулярно линиям вектора .

Согласно закону Био - Савара - Лапласа магнитная индукция в любой точке магнитного поля, создаваемое проводником с током, можно представить в виде суммы магнитных индукций элементарных магнитных полей, которые создаются элементарным участком проводника с током. Для рассмотрения данного закона изобразим проводник с током и создаваемую им магнитную индукцию (см рис. 2).

Тогда магнитная индукция dB элементарного магнитного поля, которое создается участком проводника dl, с током I в произвольной точке Рбудет определяться следующим выражением:

(11)

где r - радиус-вектор, проведённый от элемента проводника к точке магнитного поля, dl - минимальный элемент проводника, который создает индукцию dB.

Рис. 2 - Магнитная индукция dB, создаваемая элементарным участком проводника dl

Сила воздействия магнитного поля на движущийся заряд зависит от магнитных свойств среды. Поэтому, подобно тому, как это было сделано для электрического поля, удобно ввести еще одну векторную величину для полного описания явлений, происходящих в материальных средах, помещенных в магнитное поле. Это второе векторное поле характеризуется напряженностью магнитного поля и в вакууме связано с соотношением

= /mо , откуда: = mо . (12)

НапряженностьРазмещено на http://www.allbest.ru/

магнитного поля имеет размерность [А/м]. Величина mо = 4pЧ10-7 называется магнитной проницаемостью вакуума и имеет размерность Генри на метр (Гн/м).

Для электрического заряда, двигающегося одновременно в электрическом и магнитном полях, мы можем написать уравнения движения уже с учетом всех действующих сил:

. (13)

Сила носит название силы Лоренца.

Величину и направление напряженности электрического магнитного полей в пространстве удобно изображать при помощи силовых линий, как показано на рис. 3.

Рис. 3 - Силовые линии электрического (а) и магнитного (б) полей

Силовой линией называется такая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности в этой же точке. Густота силовых линий условно характеризует модуль амплитуды напряженности поля. Направление напряженности указывается стрелкой.

Следует четко понимать, что силовые линии это лишь условный прием изображения электрического или магнитного полей. Этот прием, впервые предложенный М. Фарадеем, помогает яснее представить себе поле. В действительности никаких линий в пространстве, заполненном полем, не существует.

Различают два вида поля: потенциальное и вихревое. В случае потенциального поля имеют начало (исток) и конец (сток). В качестве примера см. рис. 3, а). Силовые линии вихревого поля всегда непрерывны и не имеют истоков и стоков, см. рис. 3, б).

электромагнитное поле симметричное тело

Заключение

Сильное электромагнитное поле отрицательно действует на человеческий организм - повреждается центральная нервная система, может возникнуть рак головного мозга, уровень гемоглобина в крови понижается, нарушается память и понижается внимание.

Силу, с которой электромагнитное поле действует на заряд, покоящийся в данной инерциальной системе отсчета, называют электрической. Электрическая сила всегда прямо пропорциональна количественному значению заряда, помещенного в данную точку поля:

На электрический заряд, движущийся в данной инерциальной системе отсчета, электромагнитное поле действует, кроме электрической силы, ещё с силой, называемой магнитной силой. Магнитная сила прямо пропорциональна и значению движущегося заряда, и проекции скорости заряда, перпендикулярной вектору магнитной индукции:

Список использованных источников

1.Разевиг, Д.М. Техника высоких напряжений / Д.М. Разевиг. - М. : Энергия, 1976. - 655 с. 7. Ларионов, В.П. Техника высоких напряжений : учеб. для техникумов / В.П. Ларионов, В.В. Базуткин, Ю.Г.Сергеев; под. ред. В.П. Ларионова. - М. : Энергоиздат, 1986.

2. Радченко, В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги / В.Д. Радченко. - М. : Транспорт, 1975.

3. ГОСТ 1516.2-76. Электрооборудование переменного тока на напряжение от 3 до 500 кВ. Требования и методы испытаний электрической прочности изоляции. - М. : Изд-во стандартов, 1977.

4. Степанчук, К.Ф. Техника высоких напряжений : учеб. пособие для электроэнергет. спец. вузов / К.Ф. Степанчук, Н.А. Тиняков. - 2-е изд., перераб. и доп. / К.Ф. Степанчук, Н.А. Тиняков. - Минск : Высшая школа, 1982.

5. Базуткин, В.В. Техника высоких напряжений / В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь; под ред. В.П. Ларионова. - М. : Энергоатомиздат, 1986.

6. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. - Л. : Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

7. Егоров В.В. Техника высоких напряжений / В.В. Егоров. - М. : Маршрут, 2004.

Размещено на Allbest.ru