Меню

Линейный проводник по которому проходит ток

Линейный проводник по которому проходит ток

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Тульский государственный университет

по курсу общей физики Часть 2

Выполнил студент гр. 130101 Орлов Ю.И.

Контрольно-курсовая работа по курсу общей физики. Часть 2

Два прямолинейных бесконечно длинных провод-

ника расположены перпендикулярно друг к другу.

Найти индукцию магнитного поля в точке М.

I 1 = 3:16A, I 2 = 2:4A, AB = 3 см, d = 5 см.

Модуль магнитной индукции на расстоянии r

от бесконечно длинного проводника с током можно

найти по формуле:

Направление вектора магнитной индукции направляется по направлению

векторного произведения [dl;

r]. Т.к. проводники с токами расположены взаимноперпендикулярно, то и векторы магнитных индукций, создаваемых каждым проводником, расположен ы перпе ндикулярно и модуль суммы их

векторов можно найти как B = B 1 2 + B 2 2 . Тогда:

B = q B 1 2 + B 2 2 = 2 r

Линейный проводник, по которому проходит ток

I, образует жесткий контур в форме правильно-

го многоугольника со стороной l. Найти индукцию

магнитного поля в центре контура.

l = 14 см, I = 2.5 А.

Данный контур можно разбить на 8 линейных

частей и рассмотреть одну из них. Результирую-

щий модуль вектора магнитной индукции будет в

8 раз больше, чем для рассчитанного одного.

Найдём расстояние от проводника до центра

фигуры. По свойствам правильного многоугольника:

Модуль индукции магнитного поля, создаваемого отрезком с током, можно определить по формуле:

B = 4r 0 I (cos 1 cos 2 )

Отрезок с центром описывает равнобедренный треугольник с углом при вершине, т.к. фигура правильный восьмиугольник, 2 8 = 4 , отсюда угол при

основании: 1 = ( 4 )=2 =

Контрольно-курсовая работа по курсу общей физики. Часть 2

Найти циркуляцию вектора индукции магнитного поля, образованного системой линейных проводников с током, по конту- ру, указанным на рисунке.

I 1 = 1:6 A, I 2 = 2:7 A, I 3 = 1:1 A, I 4 = 1:4 A, I 5 = 0:6 A, I 6 = 1:9 A.

Известно, что R Bdl

= 0 (I 4 + I 6 I 3 I 5 ) = 0 (I 4 + I 6 I 3

I 5 ) = 2 10 6 Тл м

Ответ: 2 10 6 Тл м

Заряженная частица, ускоренная разностью потенциалов U, влетает в однородное магнитное поле под углом к направлению поля и начинает двигаться по винтовой линии. Индукция магнитного поля — B, радиус витка винтовой линии — R, шаг винтовой линии — h. Найти неизвестные величины.

Частица: протон; U =?; = 60 ; B = 0:346 Тл; R = 2 см; h =? Решение: Рассмотрим движение частицы в магнитном поле. Вектор ско-

v можно разложить на две составляющие:

v n — скорость направленная вдоль линий индукции и

v — перпендикулярна линиям индукции. Тогда найдём эти скорости так:

v n = v cos ; v = v sin ;

При движении частицы с направлении

v , её траектория будет закручиваться. Найдём радиус получаемой окружности. Найдём ускорение, действующее на частицу:

Тогда радиус окружности

Найдём шаг винтовой траектории. Для этого найдём период обращения частицы:

Тогда найдём шаг винтовой траектории:

h = v n T = 2 mv n = 2 mv cos

Рассмотрим движение частицы в электростатическом поле. По закону сохранения энергии:

+ q = const; qU = const; v = r

Учитывая эти формулы, рассчитаем недостающие значения:

= 2 R ctg = 7:26 см

Ответ: h = 7.26 см; U = 1:91 10 22 В.

Контрольно-курсовая работа по курсу общей физики. Часть 2

Через сечение S = ab металлической пластинки (а — толщина, b — высота) пропускают ток I. Пластинка помещена в магнитное поле с индукцией B, перпендикулярное ребру b и направлению тока. При этом возникает поперечная разность потенциалов U. Найти неизвестную величину. Концентрацию электронов проводимости считать равной концентрации атомов.

Металл: алюминий; I = 6 А; B = 0.26 Тл; U = 3:6 10 7 ; a =? Решение: Рассмотрим движение электрона в проводнике. Под действи-

ем магнитного поля, на электрон действует сила, равная F B = evB. В результате смещения электрона, возникает электрическое поле, действующая на частицу против силы Лоренца и равная F E = eE. В конечном итоге, установится равновесие, когда данные силы будут равны по модулю. Тогда: eE = evB; E = vB v — средняя скорость электрона, найдём из выражения:

Источник

Линейный проводник (L): что это такое, назначение, особенности, требования

Определение термина.

Линейный проводник (L, line conductor), согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1], — это проводник, находящийся под напряжением при нормальных условиях и используемый для передачи электрической энергии, но не нейтральный проводник или средний проводник. Линейный проводник в электрических цепях переменного тока — это фазный проводник, а в электрических цепях постоянного тока — это полюсный проводник.

Отдельно выделяют заземленный линейный проводник (LE), который представляет из себя линейный проводник, имеющий электрическое присоединение к локальной земле.

Также отдельно выделяют совмещенный защитный заземляющий и линейный проводник (PEL-проводник, PEL), который представляет из себя проводник, выполняющий функции защитного заземляющего и линейного проводников.

Назначение.

О назначении линейных проводников грамотно написал Харечко Ю.В. в своей книге [2]:

« Линейные проводники совместно с нейтральными проводниками и PEN-проводниками применяют в электрических цепях переменного тока низковольтных электроустановок, а в совокупности со средними проводниками и PEM-проводниками – в их электрических цепях постоянного тока для обеспечения электрической энергией электрооборудования переменного и постоянного тока. »

[2]

Особенности

Важные особенности, которые касаются линейных проводников наиболее полно, на мой взгляд, расписал Харечко Ю.В. в своей книге [2]:

« Линейный проводник относят к токоведущим частям, поскольку в нормальных условиях он, как правило, находится под напряжением, которое может представлять серьёзную опасность для человека и животных. При случайном прикосновении к линейному проводнику человек может получить электротравму или смертельное поражение электрическим током. Поэтому линейные проводники должны иметь изоляцию, препятствующую возникновению прямого прикосновения и, тем самым, защищающую человека и животных от поражения электрическим током. Линейный проводник является токопроводящим проводником, который учитывают в общем числе проводников, применяемых в электрической цепи, сети или системе. »

[2]

Также Харечко Ю.В. на основании требований ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), описывает значения напряжений, под которыми может находится линейный проводник [2]:

« Согласно требованиям стандарта ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) напряжение, под которым находится линейный проводник относительно земли, нейтрального проводника или PEN-проводника, в трехфазных электроустановках зданий обычно равно 230 В. Напряжение между линейными проводниками разных фаз составляет 400 В. В некоторых низковольтных электроустановках могут применяться более высокие напряжения: 400 В – между линейным проводником и землей и 690 В – между линейными проводниками разных фаз, а также 1000 В – между линейными проводниками. В трехпроводных электрических цепях однофазных электроустановок зданий напряжение между линейным проводником и землей, нейтральным проводником или PEN-проводником равно 220 В, между линейными проводниками – 440 В (такие низковольтные электроустановки распространены, например, в Северной Америке). »

[2]

« В трехпроводных электрических цепях постоянного тока номинальное напряжение линейного проводника относительно земли, среднего проводника или PEM-проводника обычно равно 220 В, а между линейными проводниками разных полюсов – 440 В. В двухпроводных электрических цепях напряжение между линейными проводниками соответственно равно 220 В. »

[2]

Напряжения, под которыми могут находиться линейные проводники, представляют серьезную опасность для человека и животных. При случайном прикосновении к линейному проводнику человек может получить электротравму или смертельное поражение электрическим током. Поэтому линейные проводники должны иметь изоляцию, препятствующую возникновению прямого прикосновения и, тем самым, защищающую человека и животных от поражения электрическим током.

Читайте также:  Освобождение пострадавшего от действия электрического тока при напряжении до 1000в это

Линейные проводники применяют также в электрических цепях сверхнизкого напряжения, в которых напряжение между ними не превышает 50 В переменного тока и 120 В постоянного тока. В указанных условиях линейные проводники обычно не представляют опасности для человека и животных.

Требования по сечению

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011 [3], изложены требования к линейным проводникам. В таблице 52.2 данного стандарта установлены минимальные сечения фазных проводников в цепях переменного тока и полюсных проводников в цепях постоянного тока:

1. Оконцеватели, применяемые для оконцевания алюминиевых проводников, должны быть испытаны и предназначены для этой цели.

2. Для цепей сигнализации и управления, предназначаемых для электронного оборудования, минимально допустимый размер сечения проводников 0,1 мм 2 .

3. Примечание 2 относится также и к многожильным гибким кабелям, имеющим семь и более жил.

Требования по защите от сверхтока

ГОСТ Р 50571.4.43-2012 [4] содержит требования по защите линейных проводников от сверхтока.

Харечко Ю.В. провел исследовательскую работу и актуализировал эти требования в своем словаре [2]:

« В национальном стандарте предписано защищать линейные проводники в электроустановках зданий устройствами защиты от сверхтока (плавкими предохранителями, автоматическими выключателями, их комбинациями и др.), обеспечивая своевременное отключение токов перегрузки и токов короткого замыкания для исключения или существенного уменьшения их негативного воздействия на проводники. »

[2]

« Устройства защиты от перегрузки и короткого замыкания обычно устанавливают в тех точках электрических цепей, где из-за изменения сечения, конструкции или материала проводников, а также способа их прокладки уменьшаются значения допустимых длительных токов проводников. »

[2]

« Пункт 433.3.3 ГОСТ Р 50571.4.43-2012 не рекомендует устанавливать устройства защиты от сверхтока в электрических цепях, питающих электрооборудование, отключение которого может привести к возникновению угрозы безопасности. К таким электрическим цепям относят, например, цепи возбуждения электрических машин, электрические цепи, питающие грузоподъемные электромагниты, вторичные цепи трансформаторов тока. В этих случаях национальный стандарт предписывает устанавливать устройства аварийной сигнализации. »

[2]

« В п. 431.1.1 ГОСТ Р 50571.4.43-2012 указано, что для каждого линейного проводника должно быть обеспечено обнаружение сверхтока и его отключение. Однако не требуется отключать другие токоведущие проводники этой электрической цепи. При этом, если отсоединение одной фазы может вызвать опасность, например в случае трехфазного электродвигателя, должны быть предприняты соответствующие меры предосторожности. »

[2]

Рассмотренные нормативные требования сформулированы применительно к использованию плавких предохранителей, которые являются однополюсными устройствами защиты от сверхтока, надежно защищающими линейные проводники от перегрузок и коротких замыканий. Однако защита линейных проводников трехфазных электрических цепей плавкими предохранителями неизбежно приводит к неполнофазному оперированию трехфазных электроприемников, входящих в эти электрические цепи.

Читайте также:  Пробирает ток по коже

Неполнофазное оперирование некоторых видов трехфазных электроприемников, например электродвигателей, может сопровождаться снижением уровня безопасности, экономическими потерями и другими негативными последствиями. Поэтому в трехфазных электрических цепях, защищенных плавкими предохранителями, применяют специальные устройства, контролирующие целостность плавких вставок и сигнализирующие при их перегорании. Получив сигнал, обслуживающий персонал заменяет перегоревшую плавкую вставку новой, устраняя тем самым неполнофазный режим оперирования трехфазного электрооборудования.

Неполнофазный режим функционирования не возможен при защите трехфазных электрических цепей трех- или четырехполюсными автоматическими выключателями. В случае короткого замыкания или перегрузки в одной из фаз, такие автоматические выключатели разомкнут цепи всех токоведущих проводников. По этой причине применение многополюсных автоматических выключателей для защиты многофазных электрических цепей является более предпочтительным, чем использование плавких предохранителей.

В национальной нормативной и правовой документации целесообразно запретить применение плавких предохранителей для защиты от сверхтока многофазных электрических цепей электроустановок зданий или тех их частей, которые эксплуатируют обычные лица.

Обозначение

Согласно ГОСТ 33542-2015 [5], буквенно-цифровую идентификацию линейного проводника следует начинать с буквы «L», добавляя после этой буквы:

  • для электрических цепей переменного тока — последовательный номер линейного проводника, начиная с цифры «1»;
  • для электрических цепей постоянного тока — знак «+» для положительного линейного проводника и знак «-» для отрицательного линейного проводника.

На схеме ниже, в качестве примера, показаны линейные проводники L1, L2, L3.

Система распределения электроэнергии (TN-C-S)

Система распределения электроэнергии (TN-C-S)

Источник

Линейный проводник по которому проходит ток

62. Ток I течет по длинному прямому проводнику, сечение которого имеет форму тонкого полукольца радиуса R . Найти индукцию магнитного поля в точке О.

63. На рисунке слева показана схема симметричного разветвления токов. Все проводники прямолинейны, бесконечны и лежат в одной плоскости. Определить напряженность магнитного поля в точке на линии, перпендикулярной к плоскости токов и проходящей через точку А, расположенной на расстоянии a от точки А, если сила тока в каждой ветви равна I.

64. Найти напряженность магнитного поля Н в центре плоского замкнутого контура, изображенного на рисунке справа, по которому течет ток силы I. Контур состоит из двух дуг радиуса R и двух прямых, отстоящих друг от друга на расстоянии 2a.

65. Линейный проводник, по которому проходит ток силой I = 2,2 А, образует равносторонний треугольник. Найти сторону треугольника, если индукция магнитного поля в центре треугольника равна B = 1,32·10-4 Тл. 66. Линейный проводник, по которому проходит ток силой I = = 3,1 А, образует квадрат. Найти сторону квадрата, если индукция магнитного поля в центре квадрата равна B = 3,57·10-5 Тл.

67. Линейный проводник, по которому проходит ток силой I = 2,0 А, образует правильный шестиугольник. Найти сторону шестиугольника, если индукция магнитного поля в центре шестиугольника равна B = 6,44·10-6 Тл.

68. Линейный проводник, по которому проходит ток силой I = 1,4 А, образует правильный восьмиугольник со стороной l = 8,6 см. Найти индукцию магнитного поля в центре восьми- угольника.

69. Проводник длиной l = 24 см, по которому проходит ток силой I = 1,0 А, образует петлю радиусом r = 3 см и прямолинейный участок длиной d . Найти индукцию магнитного поля в центре петли.

70. Проводник длиной l = 24 см, по которому проходит ток силой I = 1,0 А, образует петлю радиусом r = 3 см и два прямолинейных участок длиной d/2 . Найти индукцию магнитного поля в центре петли.

Источник



Круговой проводник с током

Возьмем проводник, согнутый по кругу в виде витка, и пропустим по нему ток (рис. 75). Из чертежа видно, что магнитные линии замыкаются вокруг проводника с током и имеют форму ок­ружностей. Магнитные линии с одной стороны входят в плоскость кругового проводника, с другой — выходят.

Направление поля круго­вого тока можно определить, пользуясь «правилом бурав­чика»

Буравчик нужно расположить по оси кругового тока перпендикулярно его плоскости. Если теперь вращать ручку буравчика по направлению тока в контуре, то поступательное движение буравчика покажет направление магнит­ного поля. Напряженность магнитного поля в центре витка с током определяется по формуле:

Закон Био-Савара-Лапласа (формулировка). Расчет напряженности магнитного поля прямолинейного проводника с током.

Читайте также:  Пальцы правой руки как током

При прохождении постоянного тока по замкнутому контуру, находящемуся в вакууме, для точки, отстоящей на расстоянии , от контура магнитная индукция будет иметь вид:

Если к прямолинейному проводнику с током поднести магнитную стрелку, то она будет стремиться стать перпендикулярно плоскости, проходящей через ось проводника и центр вращения стрелки (рис. 67).

Это указывает на то, что на стрелку действуют особые силы, которые называются магнитными. Иными словами, если по проводнику проходит электрический ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле.

Магнитное поле можно рассматривать как особое состояние пространства, окружающего проводники с током.

При расчетах магнитных полей пользуются величиной, называемой напряженностью магнитного поля (обозначается Н). Магнитная индукция В и напряженность магнитного поля Н связаны соотношением:

Единица измерения напряженности магнитного поля ампер на метр (А/м).

Напряженность магнитного поля в однородной среде, так же как и магнитная индукция, зависит от величины тока, числа и формы проводников, по которым проходит ток. Но в отличие от магнитной индукции напряженность магнитного поля не учитывает влияния магнитных свойств среды.

Закон Био-Савара-Лапласа (формулировка). Расчет напряженности магнитного поля на оси соленоида.

При прохождении постоянного тока по замкнутому контуру, находящемуся в вакууме, для точки, отстоящей на расстоянии , от контура магнитная индукция будет иметь вид:———————————————————————à

Соленоид – катушка индуктивности, выполненная в виде намотанного на цилиндрический каркас изолированного проводника, по которому течет электрический ток. Соленоид представляет собой систему круговых токов одинакового радиуса, имеющих общую ось в соответствии с рисунком 3.2-а.

ß—Соленоид и его магнитное поле

Если мысленно разрезать витки соленоида поперек, обозначить направление тока в них, как было указано выше, и определить направление магнитных индукционных линий по «правилу буравчика», то магнитное поле всего соленоида будет иметь такой вид, как показано на рисунке.

На оси бесконечно длинного соленоида, на каждой единице длины которого намотано n витков, напряженность поля определяется формулой: H = In

В том месте, где магнитные линии входят в соленоид, образуется южный полюс, где они выходят – северный полюс.

Для определения полюсов соленоида пользуются «правилом буравчика», применяя его следующим образом: если расположить буравчик вдоль оси соленоида и вращать его по направлению тока в витках соленоида, то поступательное движение буравчика покажет направление магнитного поля в соответствии с рисунком 3.3.


ßПрименение правила буравчика

Закон полного тока (формулировка). Расчет поля тороида.

Закон полного тока — линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля, взятый по замкнутому контуру, равен полному (суммарному) электрическому току, проходящему через поверхность, ограниченную этим контуром или магнитодвижущей силе вдоль замкнутого контура равна полному току, охватываемому этим током.

Магнитное поле тороида — кольцевой катушки, у которой витки намотаны на сердечник, который имеет форму тора (рис. 2). Магнитное поле, как известно из опыта, сосредоточено внутри тороида, а вне его поле равно нулю.

В данном случае линии магнитной индукции, как следует из соображений симметрии, есть окружности, у которых центры расположены по оси тороида. В качестве контура возьмем одну такую окружность радиуса r. Тогда, используя теорему о циркуляции, , откуда следует, что магнитная индукция внутри тороида (в вакууме) :

,

где N — число витков тороида.

Если контур проходит вне тороида, то токов он не охватывает и B•2πr = 0. Следовательно, что поле вне тороида отсутствует (что показывает и опыт).

Закон полного тока (формулировка). Расчет магнитного поля массивного проводника конечного радиуса с током.

Линейный интеграл по замкнутому контуру l от напряженности магнитного поля равен полному току, протекающему сквозь сечение, ограниченное этим контуром.

Н – напряженность магнитного поля в данной точке пространства;

dL – элемент длины замкнутого контура L;

α – угол между направлениями векторов H и dL ; – алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L.

Закон полного тока

Ток Iк, пронизывающий контур L считается положительным, если принятое направление обхода контура и направление этого тока связаны правилом правоходового винта (буравчика).

Токи Фуко (вихревые токи) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике , возникающие при изменении пронизывающего его магнитного потока . Они являются индукционными токами , они образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором оно находится, либо в результате движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или любую его часть. Согласно правилу Ленца , магнитное поле токов Фуко направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему эти токи.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник