Lực từ là gì, định luật Hopkinson

Vào nửa sau của thế kỷ 19, nhà vật lý người Anh John Hopkinson và anh trai Edward Hopkinson, khi phát triển lý thuyết chung về mạch từ, đã rút ra một công thức toán học gọi là "công thức Hopkinson" hay định luật Hopkinson, tương tự như định luật Ohm (được sử dụng tính toán mạch điện).

Vì vậy, nếu định luật cổ điển của Ohm mô tả một cách toán học mối quan hệ giữa dòng điện và lực điện động (EMF), thì định luật Hopkinson cũng biểu thị tương tự mối quan hệ giữa từ thông và cái gọi là lực từ (MDF).

Kết quả là, hóa ra là lực từ động là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng tạo ra từ thông của dòng điện. Và định luật Hopkinson về vấn đề này có thể được sử dụng thành công trong tính toán mạch từ, vì MDF trong mạch từ tương tự như EMF trong mạch điện. Ngày khám phá ra định luật Hopkinson được coi là năm 1886.

Độ lớn của lực từ động (MDF) ban đầu được đo bằng ampe hoặc, nếu chúng ta đang nói về một cuộn dây có dòng điện hoặc nam châm điện, thì để thuận tiện cho việc tính toán, hãy sử dụng biểu thức của nó theo số vòng quay ampe:

trong đó: Fm là lực từ động trong cuộn [ampe * vòng], N là số vòng trong cuộn [vòng], I là cường độ dòng điện trong mỗi vòng của cuộn [ampe].

Nếu bạn nhập giá trị từ thông vào đây, thì định luật Hopkinson cho mạch từ sẽ có dạng:

trong đó: Fm là lực từ trong cuộn dây [ampe * vòng quay], F là từ thông [weber] hoặc [henry * ampere], Rm là điện trở từ của dây dẫn từ thông [ampe * vòng quay / weber] hoặc [ lần lượt / henry] .

Công thức nguyên bản của định luật Hopkinson ban đầu như sau: "trong một mạch từ không phân nhánh, từ thông tỷ lệ thuận với lực từ và tỷ lệ nghịch với tổng điện trở." Nghĩa là, định luật này xác định mối quan hệ giữa sức điện động, từ trở và từ thông trong mạch:

ở đây: F là từ thông [weber] hoặc [henry * ampere], Fm là lực từ trong cuộn dây [ampe * vòng quay], Rm là điện trở từ của dây dẫn từ thông [ampe * vòng quay / weber] hoặc [ lần lượt / henry] .

Ở đây, điều quan trọng cần lưu ý là trên thực tế, lực từ động (MDF) có sự khác biệt cơ bản so với lực điện động (EMF), bao gồm thực tế là không có hạt nào chuyển động trực tiếp trong từ thông, trong khi dòng điện phát sinh dưới tác dụng của EMF lấy chuyển động của các hạt tích điện, ví dụ như các electron trong dây kim loại. Tuy nhiên, ý tưởng MDS giúp giải quyết các vấn đề tính toán mạch từ.

Ví dụ, hãy xem xét một mạch từ không phân nhánh bao gồm một ách có diện tích mặt cắt ngang S, bằng nhau trong suốt chiều dài của nó và vật liệu của ách có tính từ thẩm mu.

Khoảng cách trong ách - vật liệu khác nhau, Tính thấm từ mu1 nào. Cuộn dây đặt trên ách gồm N vòng dây, qua mỗi vòng dây có dòng điện i chạy qua. Chúng tôi áp dụng định lý lưu thông từ trường cho đường trung tâm của ách:

trong đó: H là cường độ từ trường bên trong ách, H1 là cường độ từ trường bên trong khe hở, l là chiều dài đường tâm của cảm ứng ách (không có khe hở), l1 là chiều dài của khe hở.

Vì từ thông bên trong ách và bên trong khe hở có cùng giá trị (do đường cảm ứng từ liên tục) nên sau khi viết Ф = BS và В = mu * H, ta sẽ viết chi tiết hơn về cường độ từ trường , và sau khi thay thế điều này vào công thức trên:

Dễ dàng nhận thấy rằng, giống như EMF trong định luật Ohm cho các mạch điện, MDS

ở đây đóng vai trò của suất điện động và cảm kháng từ

vai trò của sức đề kháng (bằng cách tương tự với định luật Ohm cổ điển).