Магнитное сопротивление

Сопротивление магнитному потоку

Магнитное сопротивление , или магнитное сопротивление , — это понятие, используемое при анализе магнитных цепей . Оно определяется как отношение магнитодвижущей силы (МДС) к магнитному потоку . Оно представляет собой противодействие магнитному потоку и зависит от геометрии и состава объекта.

Магнитное сопротивление в магнитной цепи аналогично электрическому сопротивлению в электрической цепи в том смысле, что сопротивление является мерой противодействия электрическому току . Определение магнитного сопротивления в этом отношении аналогично закону Ома . Однако магнитный поток, проходящий через сопротивление, не приводит к рассеиванию тепла, как это происходит в случае тока через сопротивление. Таким образом, эта аналогия не может быть использована для моделирования потока энергии в системах, где энергия пересекает магнитные и электрические домены. Альтернативной аналогией модели сопротивления, которая правильно представляет потоки энергии, является модель гиратора–конденсатора .

Магнитное сопротивление — скалярная экстенсивная величина . Единицей магнитного сопротивления является обратный генри , H ⁻¹ .

История

Термин « сопротивление » был введен в мае 1888 года Оливером Хевисайдом . ^[1] Понятие «магнитное сопротивление» впервые было упомянуто Джеймсом Джоулем в 1840 году. ^[2] Идея закона магнитного потока , аналогичного закону Ома для замкнутых электрических цепей , приписывается Генри Аугустусу Роуленду в статье 1873 года. ^[3] Роуленд также ответственен за введение термина «магнитодвижущая сила» в 1880 году, ^[4] также введенного, по-видимому, независимо, немного позже в 1883 году Бозанкетом. ^[5]

Нежелание обычно обозначается заглавной курсивной буквой . ${\displaystyle {\mathcal {R}}}$

Определения

В полях переменного и постоянного тока сопротивление представляет собой отношение магнитодвижущей силы (МДС) в магнитной цепи к магнитному потоку в этой цепи. В пульсирующем поле постоянного или переменного тока сопротивление также пульсирует (см. векторы ).

Определение можно выразить следующим образом: где $${\displaystyle {\mathcal {R}}={\frac {\mathcal {F}}{\Phi }}}$$

• ${\displaystyle {\mathcal {R}}}$(«R») — это магнитное сопротивление в ампер-витках на вебер (единица, эквивалентная виткам на генри ). « Витки » относятся к числу витков электрического проводника, входящего в состав катушки индуктивности.
• ${\displaystyle {\mathcal {F}}}$("F") - магнитодвижущая сила (МДС) в ампер-витках
• Φ («Фи») — магнитный поток в веберах.

Иногда его называют законом Гопкинсона , и он аналогичен закону Ома , в котором сопротивление заменено на магнитное сопротивление, напряжение — на магнитодвижущую силу, а ток — на магнитный поток.

Проницаемость — это величина, обратная сопротивлению: $${\displaystyle {\mathcal {P}}={\frac {1}{\mathcal {R}}}}$$

Производной единицей измерения в системе СИ является генри (та же, что и единица индуктивности , хотя эти два понятия различны).

Магнитный поток всегда образует замкнутую петлю, как описано уравнениями Максвелла , но путь петли зависит от сопротивления окружающих материалов. Он концентрируется вокруг пути наименьшего сопротивления. Воздух и вакуум имеют высокое сопротивление, в то время как легко намагничиваемые материалы, такие как мягкое железо, имеют низкое сопротивление. Концентрация потока в материалах с низким сопротивлением образует сильные временные полюса и вызывает механические силы, которые стремятся переместить материалы в области более высокого потока, поэтому это всегда сила притяжения (тяга).

Сопротивление однородной магнитной цепи можно рассчитать как: $${\displaystyle {\mathcal {R}}={\frac {l}{\mu _{0}\mu _{r}A}}={\frac {l}{\mu A}}}$$

где

• l — длина цепи в метрах
• ${\displaystyle \mu _{0}}$- проницаемость вакуума, равная (или, = = ) ${\textstyle 4\pi \times 10^{-7}\mathrm {\frac {H}{m}} }$ ${\textstyle \mathrm {\frac {kg\cdot m}{A^{2}\cdot s^{2}}} }$ ${\textstyle \mathrm {\frac {s\cdot V}{A\cdot m}} }$ ${\textstyle \mathrm {\frac {J}{A^{2}\cdot m}} }$
• ${\displaystyle \mu _{r}}$относительная магнитная проницаемость материала (безразмерная)
• ${\displaystyle \mu }$проницаемость материала ( ) ${\displaystyle \mu =\mu _{0}\mu _{r}}$
• A — площадь поперечного сечения цепи в квадратных метрах.

Приложения

• В сердечнике некоторых трансформаторов можно создать постоянные воздушные зазоры для уменьшения эффектов насыщения . Это увеличивает сопротивление магнитной цепи и позволяет ей запасать больше энергии до насыщения сердечника. Этот эффект также используется в трансформаторе обратного хода .
• С помощью подвижного держателя в сердечниках можно создавать переменные воздушные зазоры, создавая переключатель потока, который изменяет величину магнитного потока в магнитной цепи, не изменяя при этом постоянную магнитодвижущую силу в этой цепи.
• Изменение магнитного сопротивления является принципом, лежащим в основе реактивного двигателя (или генератора переменного магнитного сопротивления) и генератора Александера . Другими словами, силы магнитного сопротивления стремятся к максимально выровненному магнитному контуру и минимальному воздушному зазору.
• Громкоговорители, используемые совместно с компьютерными мониторами или другими экранами, обычно экранируются магнитным способом, чтобы уменьшить магнитные помехи, возникающие на экранах, например, в телевизорах или ЭЛТ . ^[6] Магнит динамика покрыт материалом, например, мягким железом, чтобы минимизировать рассеянное магнитное поле.

Нежелание также может быть применено к:

• Реактивные двигатели
• Датчики переменного сопротивления (магнитные)
• Магнитная емкость
• Магнитная цепь
• Магнитное комплексное сопротивление

Ссылки

1. Хевисайд О. (1892) Электротехническая документация, Том 2 - Л.; Нью-Йорк: Макмиллан, с. 166
2. Джоуль Дж. (1884) Научные труды, т. 1, стр. 36
3. Роуленд, Генри А. (1873). "XIV. О магнитной проницаемости и максимуме магнетизма железа, стали и никеля". Philosophical Magazine . Серия 4. 46 (304): 140–159. doi :10.1080/14786447308640912.
4. Роуленд, Генри А., «Об общих уравнениях электромагнитного действия с применением к новой теории магнитного притяжения и к теории магнитного вращения плоскости поляризации света» (часть 2), American Journal of Mathematics , т. 3, №№ 1–2, стр. 89–113, март 1880 г.
5. Bosanquet, RHM (1883). "XXVIII. О магнитодвижущей силе". Philosophical Magazine . Серия 5. 15 (93): 205–217. doi :10.1080/14786448308628457.
6. Кроуфорд, Уолт (1995-04-01). «Мультимедийное безумие: заметки по пути». Library Hi Tech . 13 (4): 101–119. doi :10.1108/eb047972. ISSN  0737-8831.