định luật Ôm cho mạch từ

Nếu không có từ thông, có lẽ kỹ thuật điện hiện đại sẽ không tồn tại. Hoạt động của máy phát điện và động cơ điện, nam châm điện và máy biến áp, dụng cụ đo lường và cảm biến Hall dựa trên việc sử dụng từ trường và các đặc tính của từ thông.

Để tập trung và tăng cường từ thông, họ sử dụng vật liệu sắt từ. Vật liệu sắt từ được sản xuất lõi từ - thân có hình dạng và kích thước theo yêu cầu, lõi để định hướng từ thông có kích thước này hoặc kích thước khác theo hướng yêu cầu. Những vật thể như vậy, bên trong có các đường cảm ứng từ khép kín đi qua, được gọi là mạch từ.

Các tính chất đã biết của từ trường cho phép tính toán từ thông trong các mạch từ khác nhau. Nhưng đối với công việc thực tế, sẽ thuận tiện hơn nhiều khi sử dụng các hệ quả và định luật chung của mạch từ bắt nguồn từ định luật của từ trường, thay vì sử dụng trực tiếp các định luật này mỗi lần. Áp dụng một số quy tắc nhất định cho mạch từ sẽ thuận tiện hơn cho việc giải các bài toán thực tế điển hình.

Ví dụ, xem xét một mạch từ đơn giản bao gồm một ách không phân nhánh có tiết diện S, lần lượt được làm bằng vật liệu có thấm mu… Ách có khe hở không từ tính có cùng diện tích S, chẳng hạn như không khí, và độ thấm từ trong khe — mu1 — khác với độ thấm từ của ách. Ở đây bạn có thể nhìn vào đường cảm ứng trung bình và áp dụng định lý lực căng từ cho nó:

Vì các đường cảm ứng từ liên tục trong toàn mạch nên độ lớn từ thông trong ách và khe hở là như nhau. Bây giờ chúng ta sử dụng các công thức cho cảm ứng từ B và để từ thông F biểu thị cường độ H của từ trường theo từ thông F.

Bước tiếp theo là thay thế các biểu thức thu được vào công thức trên của định lý từ thông:

Chúng tôi thu được một công thức rất giống với công thức đã biết trong kỹ thuật điện Định luật Ôm cho một đoạn mạch kín, và vai trò của EMF ở đây được đóng bởi đại lượng iN, được gọi là lực từ động (hoặc MDF) bằng cách tương tự với lực điện động. Trong hệ SI, lực từ được đo bằng ampe.

Tổng ở mẫu số không gì khác hơn là sự tương tự của tổng điện trở đối với mạch điện và đối với mạch từ, nó được gọi là tổng điện trở tương ứng. Các số hạng trong mẫu số là điện trở từ của từng phần của mạch từ.

Điện trở từ phụ thuộc vào chiều dài của mạch từ, diện tích mặt cắt ngang của nó và độ từ thẩm (tương tự như độ dẫn điện đối với định luật Ohm thông thường).Kết quả là, bạn có thể viết công thức của định luật Ohm, chỉ cho một mạch từ:

Đó là, công thức của định luật Ohm liên quan đến mạch từ nghe như thế này: «trong mạch từ không phân nhánh, từ thông bằng thương số của phép chia MDS cho tổng điện trở từ của mạch.»

Rõ ràng từ các công thức rằng điện trở từ ở ĐB được đo bằng weber ampe và tổng điện trở từ của một mạch từ bằng số bằng tổng các điện trở từ của các bộ phận của mạch từ đó.

Tình huống được mô tả là hợp lệ đối với một mạch từ không phân nhánh bao gồm bất kỳ số lượng bộ phận nào, với điều kiện là từ thông lần lượt xuyên qua tất cả các bộ phận này. Nếu các lõi từ được mắc nối tiếp, thì tổng điện trở từ được tính bằng cách cộng các điện trở từ của các bộ phận.

Bây giờ hãy xem xét một thí nghiệm chứng minh ảnh hưởng của từ trở của các phần của mạch điện lên tổng từ trở của mạch. Một mạch từ hình chữ U được từ hóa bởi cuộn dây 1, được cung cấp (dòng điện xoay chiều) qua một ampe kế và một biến trở. Một EMF được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp 2 và số đọc của vôn kế nối với cuộn dây, như bạn đã biết, tỷ lệ thuận với từ thông trong mạch từ.

Nếu bây giờ bạn giữ nguyên cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp bằng cách điều chỉnh nó bằng một biến trở, đồng thời ấn tấm sắt vào mạch từ phía trên, sau đó tổng điện trở từ của mạch sẽ giảm đi rất nhiều, số chỉ của vôn kế sẽ tăng tương ứng.

Tất nhiên, các thuật ngữ trên, chẳng hạn như "điện trở từ" và "lực điện động từ", là những khái niệm chính thức, vì không có gì trong từ thông chuyển động, không có hạt chuyển động, nó chỉ là một biểu diễn trực quan (như mô hình dòng chất lỏng) của hiểu rõ hơn về pháp luật...

Ý nghĩa vật lý của thí nghiệm trên và các thí nghiệm tương tự khác là để hiểu việc đưa các khe hở không từ tính và vật liệu từ tính vào mạch từ ảnh hưởng như thế nào đến từ thông trong mạch từ.

Ví dụ, bằng cách đưa một nam châm vào một mạch từ, chúng ta thêm các dòng điện phân tử bổ sung vào các vật thể đã có trong mạch, dòng điện này tạo ra các từ thông bổ sung. Các khái niệm chính thức như «điện trở từ» và «lực điện từ» tỏ ra rất thuận tiện khi giải quyết một vấn đề thực tế, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng thành công trong kỹ thuật điện.