Davlat ta'lim federal agentligi ta'lim muassasasi oliy kasbiy ta’lim “TOMSK POLİTEXNIK UNIVERSITETI” _________________________________________________________________________________ TASDIQLANGAN ELTI direktori _______________A.P. Surjikov “_____”________________2006 YUQORI VOLTLI O’RNATILGAN SANOAT CHASTOSATINING MAGNIT MAYDONINING KUCHLIGINI O’LCHISHI. Ko'rsatmalar olib borish laboratoriya ishi 2-sonli “Elektr energetikasida elektromagnit moslashuv” kursi “Elektr energetikasi” ixtisosligi talabalari uchun Tomsk 2006 ESVT ELTI TPU 2 kafedrasi 2 MAGNIT MAYDONINING SANOAT CHASTOSATLARINI YUQORI YARATILGAN VOLATLARNING KUCHLIGINI O‘LCHISh Maqsad: O'rganish qabul qilinadigan standartlar keskinliklar magnit maydon xodimlar va aholi uchun sanoat chastotasi, PZ-5 sanoat chastotasi maydoni kuchini o'lchagichdan foydalanish bilan tanishing. Laboratoriya o'rnatish oqimi tomonidan yaratilgan magnit maydonning kuchini o'lchash. Umumiy ma'lumot Elektr energetikasi va sanoat korxonalarining elektr inshootlari, tadqiqot laboratoriyalari 50 Gts chastotali magnit maydon (MF) manbai hisoblanadi. Magnit maydon komponentlardan biridir elektromagnit maydon, bu o'tkazgichdan o'tadigan oqim tomonidan yaratilgan. Magnit maydon barcha kuchlanish sinflarining elektr inshootlarida paydo bo'ladi. Uning intensivligi generatorlar, o'tkazgichlar, blokli quvvat transformatorlari va har xil kuchlanishdagi tashqi kommutatorlarning aloqa avtotransformatorlari terminallari (ayniqsa, tank konnektori darajasida), shuningdek, 6-10 kV ichki kommutator va ularga yaqin joyda yuqoriroqdir. Kommutatorlar yaqinidagi xonalarda, oqim o'tkazgichlari yaqinida, elektr motorlari, o'tkazgichlar, kabel va havo liniyalari Barcha kuchlanishlarda magnit maydonning intensivligi sezilarli darajada past bo'ladi. Ko'proq qiyin vaziyat tizimi bilan kabel liniyalari bino. Kabel liniyasida qochqin oqimi paydo bo'lganda, muvozanat paydo bo'ladi, ya'ni. Agar kabel liniyasi bo'ylab umumiy oqim nolga teng bo'lmasa, u atrofdagi bo'shliqda ko'rib chiqilayotgan kabeldan masofa ortib borishi bilan asta-sekin kamayadigan magnit maydon hosil qiladi. Bundan tashqari, binoning elektr ta'minoti tizimida qochqin oqimlarining mavjudligi metall konstruktsiyalar va quvur tizimlari orqali oqimlarning oqimiga olib keladi, bu ham IF MF darajasining oshishiga olib keladi. 1.1-rasmda. da sanoat chastotasining magnit maydonini yaratadigan manbalar haqida ma'lumot beradi ishlab chiqarish binolari, va 1.2-rasmda. ushbu manbalardan magnit maydon kuchlarining taxminiy qiymatlari. Guruch. 1.1. O'rganilgan binolarning umumiy sonidan manbalarni turlari bo'yicha taqsimlash. 1.2. Ish joylarida MF qiymatlarining diapazonlari tashqi manbalar turi bo'yicha ESVT ELTI TPU bo'limi 3 Magnit maydonning xodimlarga ta'siri umumiy va asosan mahalliy (qo'l-oyoqlarga) bo'lishi mumkin. O'zgaruvchan magnit maydon inson tanasida girdobli oqimlarni keltirib chiqaradi zamonaviy g'oyalar girdobli oqimlarning induksiyasi magnit maydonlarining biologik ta'sirining asosiy mexanizmi hisoblanadi. Uni tavsiflovchi asosiy parametr girdob oqimlarining zichligidir.Organizmdagi girdab oqimi zichligining ruxsat etilgan qiymati ushbu SanPiN va dunyodagi amaldagi magnit maydonning barcha gigienik qoidalari (turli xil gigienik zahira koeffitsientlari bilan) asosidir. . MF ta'sirining intensivligi kuchlanish (N) yoki magnit induksiya (B) (ularning samarali qiymatlari) bilan belgilanadi. Magnit maydon kuchi A/m (kA/m ga karrali), magnit induktsiya - Tesla (T, sub-ko'p qiymatlar mT µT nT) da ifodalanadi. Havodagi induksiya va magnit maydon kuchi quyidagi bog'liqlik bilan bog'liq: B = m 0 H = 4p ⋅ 10 −7 ⋅ H T bunda m 0 = 4p ⋅ 10 −7 H/m magnit doimiysi, H magnit maydon kuchi. A/m. Magnit maydonning ruxsat etilgan maksimal darajalari (MPL) umumiy (butun tanada) va mahalliy (qo'l-oyoqlarda) ta'sir qilish sharoitlari uchun xodimlarning bo'lish vaqtiga qarab belgilanadi (1.1-jadval.) Magnit maydonning ruxsat etilgan maksimal darajalari. (SanPiN 2.2.4.1191-03) 1.1-jadval. Yashash vaqti (h) Qabul qilinadigan darajalar Umumiy Mahalliy taʼsir ostida MP N(A/m)/V(mT).<1 1600/2000 6400/8000 2 800/1000 3200/4000 4 400/500 1600/2000 8 80/100 800/1000 В 2001 г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в информационном сообщении “Electromagnetic fields and public health. Extremely low frequency fields and cancer” признала, что в свете современных научных представлений магнитное поле промышленной частоты (МП ПЧ) со значениями плотности магнитного потока превышающими 0,3 – 0,4 мкТл в условиях продолжительного воздействия возможно является канцерогенным фактором окружающей среды. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительного принципа, т е всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека. Биологическая эффективность МП зависит от интенсивности и продолжительности воздействия. Показана возможность неблагоприятного влияния МП на здоровье человека. Реакции организма имеют неспецифический характер. Обследование взрослого населения показало, что существует еще одна проблема лежащая в аспекте появления отдаленных последствий у лиц, имеющих контакт с МП ПЧ и поднятая во многих публикациях, заключается в возможности развития нейродегеративных болезней и нейрологических расстройств. К этой возможной патологии в настоящее время относят депрессивный синдром, прогрессирующую мышечную атрофию (боковой амитрофический склероз), болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также возможное учащение случаев самоубийств. Согласно докладу рабочей группы CIGRE для всех людей допускается неограниченное время воздействия МП напряженностью 80 А/м. Однако, в последние годы все чаще говорят о необходимости снижения допустимого уровня МП, зачастую локально, например, около школ, площадок для игр и т.д. В свою очередь, причиной повышенного уровня магнитного поля, как правило, являются недостатки в проектировании, монтаже и эксплуатации распределительных сетей в зданиях. Российская предельно-допустимая гигиеническая норма 10 мкТл внутри жилых помещений и 50 мкТл на территории зоны жилой застройки (СанПиН 2.1.2.1002-00). Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует придерживаться в качестве безопасного уровня 0,2 мкТл, учитывая относительную неизученность отдаленных последствий воздействия этого фактора. Магнитные поля промышленной частоты биологически значимого уровня 0,2 мкТл и выше и продолжительного периода воздействия имеют широкое распространение в условиях непрофессионального воздействия. Они фиксируются на постоянных рабочих местах не зависимо от профессиональной категории работающих, а также внутри жилых помещений (табл. 1.2.). Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ ТПУ 4 Уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м Бытовой электроприбор От, мкТл До, мкТл Пылесос 0,2 2,2 Дрель 2,2 5,4 Утюг 0,0 0,4 Миксер 0,5 2,2 Телевизор 0,0 2,0 Люминесцентная лампа 0,5 2,5 Кофеварка 0,0 0,2 Стиральная машина 0,0 0,3 Микроволновая печь 4,0 12,0 Электрическая плита 0,4 4,5 Меры защиты персонала и населения от воздействия магнитного поля Измерение напряженности (индукции) МП должно производиться на всех рабочих местах эксплуатационного персонала электроустановок, в местах прохода персонала (в т.ч. вблизи экранированных токопроводов, под шинными мостами и т.п.), а также в производственных помещениях с постоянным пребыванием персонала расположенных на расстоянии менее 20 м от токоведущих частей электроустановок, в т.ч. отделенных от них стеной. Обеспечение защиты работающих от неблагоприятного влияния МП осуществляется путем проведения организационных и технических мероприятий. К организационным относятся мероприятия, обеспечивающие соблюдение требований ограничения продолжительности пребывания персонала в воздействия МП (без нарушения сложившейся системы эксплуатационного обслуживания электрооборудования) и организации рабочих мест на расстояниях от токоведущих частей оборудования, обеспечивающих соблюдение ПДУ. При проектировании электроустановок организационные мероприятия включают - отказ от размещения производственных помещений, рассчитанных на постоянное пребывание персонала вблизи токоведущих частей электроустановок, а также под и над токоведущими частями оборудования (например, токопроводами), за исключением случаев, когда уровни МП по результатам расчета не превышают предельно допустимые. - расположение путей передвижения обслуживающего персонала на расстояниях от экранированных токопроводов и (или) шинных мостов, обеспечивающих соблюдение ПДУ. - исключение расположения токоограничивающих реакторов и выключателей в соседних ячейках РУ 6-10 кв. - при проектировании ВЛ предпочтение должно отдаваться двухцепным ВЛ с расположением фазных проводов, обеспечивающим максимальную компенсацию МП от фазных проводов обеих цепей. -при проектировании КЛ их расположение должно обеспечивать соблюдение допустимых значений МП v поверхности земли При эксплуатации электроустановок организационные мероприятия включают следующее: - зоны с уровнями МП превышающими предельно допустимые, где по условиям эксплуатации не требуется даже кратковременное пребывание персонала (например, камеры выводов турбогенераторов), должны ограждаться и обозначаться соответствующими предупредительными знаками; - осмотр электрооборудования находящегося под напряжением должен осуществляться из зон с уровнями МП удовлетворяющими нормативным требованиям; ремонт электрооборудования следует производить вне зоны влияния МП. К техническим относятся мероприятия, снижающие уровни МП на рабочих местах путем экранирования источников МП или рабочих мест. Экранирование должно осуществляться посредством материалов с высокой относительной магнитной постоянной или активных экранов. Аппаратура для измерения Для измерения напряженности магнитного поля используется измеритель напряженности поля промышленной частоты типа П3-50. Измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50 предназначен для измерения среднеквадратичного значения напряженности магнитного поля промышленной частоты возбуждаемого вблизи электроустановок высокого напряжения в диапазоне от 0,1 до 1800 А/м. Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ ТПУ 5 Измеритель состоит из антенны-преобразователя (АП) НЗ-50 и устройства отсчетного УОЗ – 50. АП типа НЗ-50 представляет собой экранированную рамочную антенну электрически малых размеров (средний диаметр рамки 80 мм, число витков 5600). При помещении АП в МП в обмотке антенны наводится переменное напряжение пропорциональное проекции вектора напряженности поля на ось перпендикулярную плоскости рамки. Переменное напряжение далее через кабель поступает на устройство отсчетное УОЗ-50, преобразующее аналоговый сигнал, поступающий с АП в цифровой сигнал и обеспечивающее индикацию напряженности МП в абсолютных единицах А/м. В зависимости от положения переключателей при измерении напряженности МП могут быть установлены пределы измерения указанные в табл. 1.3. Таблица 1.3. Положение Предел измерения переключателя Положение А/м х0,1/х1/х10 переключателя 2/20/200 2000 х10 200 200 xl 200 20 х1 20 2 хl 2 0,2 х0,1 2 Для определения среднеквадратического значения модуля вектора напряженности МП следует измерить в выбранной точке пространства проекции вектора напряженности поля на три взаимно ортогональные оси НХ, НY, HZ. После чего определить модуль вектора напряженности elektr maydoni Formula bo'yicha N: H = N X + NU + N Z 2 2 2 Magnit maydon o'lchovlarini o'tkazish sxemasi Magnit maydon hosil bo'lishini ta'minlaydigan sxema laboratoriya qurilmasida tegishli magnit starterlarni yoqish orqali yig'iladi va quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Anjir. 1.1. 1 S1 AT1 S2 T1 R1 0 ~ 220 V V 2 R2 0 A 1 2 rasm. 1.3. Sanoat chastotasining elektr maydonini yaratish sxemasi Ishlash tartibi 1. Ishga kirishishdan oldin PZ-50 maydon kuchini o'lchagich qurilmasi, o'lchovlarni o'tkazish tartibi bilan tanishib chiqing; ESVT ELTI TPU bo'limi 6 2. Laboratoriya o'rnatishning asosiy panelidagi barcha kalitlar neytral holatda ekanligiga ishonch hosil qiling ("0" holati). Avtotransformator tutqichi soat sohasi farqli ravishda aylanayotganda ekstremal holatda bo'lishi kerak; 3. Laboratoriya bloki o'chirilgan holda, magnit maydon kuchi vektorining proyeksiyasini (fon qiymatlari deb ataladigan) o'qituvchi tomonidan belgilangan fazodagi nuqtada o'lchang. O'lchov natijalarini jadvalga kiriting. 1.4. 4. S1 tugmachasini “0” holatidan “1” holatiga o‘tkazib, laboratoriya blokini yoqing; 5. S 2 tugmachasini “0” holatidan “2” holatiga o'tkazib, avtotransformatorga kuchlanish qo'ying; 6. Avtotransformator yordamida I 1 = 0,2 A o'tkazgichdagi oqimni o'rnating. 7. Magnit maydon quvvati vektori kattaligining ildiz o'rtacha kvadrat qiymatini o'lchang. Buning uchun magnit maydon kuchi vektorining proyeksiyalari o'qituvchi tomonidan belgilangan fazodagi nuqtada o'lchanadi. O'lchov natijalarini jadvalga kiriting. 1.4.. 8. Avtotransformatorni sozlash oralig'ida o'tkazgichdagi oqim qiymatlarini har 0,2A ga o'zgartirib, o'lchovlarni takrorlang. O'lchov natijalarini jadvalga kiriting. 1.4.. 9. Elektr maydoni kuchlanish modulining o'tkazgichdagi tok kuchiga bog'liqligini tuzing. 10. O'lchangan maydon kuchi darajalarini fon qiymatlari bilan solishtiring. 11. Olingan natijalarga izoh bering. 12. Xavfsizlik savollariga javob bering. 1.4-jadval. NG NY NZ N dagi oqimning kattaligi Eslatma o'tkazgich, A A/m A/m A/m A/m 0,0 O'rnatish o'chirilgan 0,2 O'rnatish yoqilgan 0,4 0,6 …. O'qituvchi tomonidan belgilangan bo'shliqdagi bir nechta nuqtalarga nisbatan 1-10 nuqtalarni takrorlang. Hisobotning mazmuni Hisobot quyidagi majburiy komponentlardan iborat bo'lishi kerak: 1. Belgilangan talablarga muvofiq tuzilgan sarlavha sahifasi; 2. Ishning maqsadlari; 3. Ish mazmuniga oid nazariy masalalarning qisqacha mazmuni; 4. Atamalar va ta'riflar; 5. Amaldagi texnik vositalar; 6. Vazifa tavsifi (LR jarayonida bajarilishi kerak bo'lgan vazifalar bayoni) 7. Asosiy qismning tavsifi (laboratoriya o'rnatishning qisqacha tavsifi, uning diagrammasi, jadval va grafiklar ko'rinishida taqdim etilgan o'lchov natijalari); 8. Olingan natijalarni tahlil qilish; 9. Hisobot talabalar jamoasi uchun tuziladi. 10. LR hisoboti matni STO TPU 2.5.01-2006 talablariga muvofiq tuzilgan Test savollari 1. Yuqori kuchlanishli qurilmalardan magnit maydon paydo bo'lishiga nima sabab bo'ladi? 2. Elektr stansiyalari va podstansiyalarda magnit maydon kuchini kamaytirish uchun qanday chora-tadbirlar qo'llaniladi? 3. Yuqori kuchlanishli qurilmalardan magnit maydon kuchining kattaligiga ta'sir etuvchi omillarni sanab o'ting. 4. Nima uchun havo liniyalari ostida o'simliklar mavjudligi elektr maydon kuchini pasaytiradi? ESVT ELTI TPU kafedrasi 7 ESVT ELTI TPU kafedrasi
Magnit maydon kuchini o'lchashni ko'rib chiqishdan oldin siz magnitlarning asosiy tushunchalarini va turli moddalarning magnit xususiyatlarini tushunishingiz kerak.
Har xil turdagi magnitlar mavjud. Doimiy bo'lganlar qattiq materiallardan olinadi. Ular tabiiy xususiyatlarga ega va oqimlarning hech qanday tashqi ta'siriga bog'liq emas. Elektromagnitlar sun'iy tabiatga ega, ular metall yadroga asoslangan magnit xususiyatlari. Ular o'rash orqali o'tadigan elektr tokining ta'siri ostida magnit maydonlarni hosil qiladi, uning ichida yadro joylashgan.
Tayoqchaga o'xshash shaklga ega, ular uning uchlarida eng aniq ko'rinadi. Uni gorizontal tekislikda erkin holatda o'rtasiga osib qo'yganda, shimoldan janubga taxminiy yo'nalish kuzatiladigan holatga erishiladi. Tayoqning uchlari shimoliy va janubiy qutblarning tegishli nomlariga ega. Ikkita bir xil magnitlar uchun turli nomdagi qutblar bir-birini tortadi va bir xil nomdagi qutblar, aksincha, bir-birini qaytaradi.
Agar siz oddiy, magnitlanmagan temirni magnitga olib kelsangiz, u qutblarning shakllanishi bilan ma'lum vaqt davomida magnit xususiyatlarga ega bo'ladi. Ba'zi materiallar, masalan, po'lat, zaif doimiy magnitga aylanishi mumkin.
Masofadagi metall buyumlarni jalb qilish har qanday magnit yaqinidagi bo'shliqda ma'lum maydon qiymatlarining mavjudligi bilan izohlanadi. Magnitlarning uchlari eng katta 
magnit maydon intensivligi.
Elektr toklarining magnit ta'sirini tushuntiruvchi yana bir miqdor mavjud. Masalan, elektr toki uzun uzunlikdagi lasan simidan o'tdi. Ushbu lasan ichida magnitlanishi mumkin bo'lgan material mavjud. Magnitlanish kuchi g'altakdagi kuchning qiymatiga va uning burilish soniga bog'liq. Shunday qilib, maydon kuchi lasanning ma'lum bir qismiga tushadigan magnitlanish kuchi miqdoriga teng.
Magnit maydon kuchi "amper/metr" birligida o'lchanadi, u bobin ichiga joylashtirilgan materialning magnitlanish darajasini aniqlash uchun ishlatiladi.
Ushbu miqdorning jismoniy o'lchovi maxsus qurilma - magnit va elektr maydon kuchini o'lchagich yordamida amalga oshiriladi. Ushbu qurilma yuqori aniqlik bilan kerakli natijalarni olish imkonini beradi va turli chastotali nurlanishning juda keng doirasini qamrab oladi.
Aniq tadqiqotlar uchun yuqorida tavsiflangan turli xil bobinlar va elektromagnitlar yordamida yaratilgan magnit maydonning kuchini aniq bilish kerak. Aksariyat hollarda magnit maydon kuchi eksperimental tarzda aniqlanadi. Ushbu bo'limda magnit maydon kuchini o'lchashning asosiy usullari ko'rib chiqiladi: ballistik, magnit zondlar, NMR usuli, elektrodinamik, magnit potensial o'lchagichlar, magnit maydon o'lchagichlar va Xoll effektiga asoslangan usul.
Magnit maydon kuchini ballistik usul yordamida o'lchashda ramka izolyatsion materialdan yasalgan kichik lasan ishlatiladi. Ushbu ramkaga diametri 0,05-0,8 mm bo'lgan mis simning bir nechta burilishlari o'ralgan bo'lib, ular ballistik galvanometrga va mos yozuvlar bobinining ikkilamchi o'rashiga ulangan. O'lchov lasanining o'lchamlari magnit maydon kuchining kattaligini aniqlash kerak bo'lgan joy hajmiga bog'liq. Agar o'lchov bo'lagi magnit maydon intensivligi vektori burilishlar tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan bo'lsa, u holda lasan magnit maydondan tezda chiqarilganda, uning burilishlarida elektron to'lqin paydo bo'ladi. d.s.
bu erda g'altakning burilishlari soni magnit induksiya oqimining burilish maydoni bo'ylab o'zgarishidir.
Bo'shliqda magnit induksiyaning o'zgarishi qayerda bo'lganligi sababli, (3.1) dan kelib chiqadi
bu erda ballistik zanjirning umumiy qarshiligi, galvanometrdan o'tadigan elektr miqdori.
Balistik galvanometr nazariyasidan ma'lumki, galvanometrning harakatlanuvchi ramkasining og'ishi galvanometrdan o'tadigan elektr miqdoriga proportsionaldir, ya'ni galvanometrning ballistik doimiysi qayerda.
Integratsiyalash (3.2), biz olamiz
Miqdor faqat modul bo'yicha o'lchanganligi sababli, minus belgisi qoldirilishi mumkin.
Galvanometrning qarshiligi va tashqi zanjirning qarshiligidan iborat bo'lgan o'lchash zanjirining qarshiligi o'lchash jarayonida doimiy bo'lib qolishi sababli, biz (3.3) formulada hosilani belgilaymiz, bu orqali o'rnatish konstantasi deyiladi. . Doimiy o'rnatishning magnit oqimiga nisbatan sezgirligini tavsiflaydi.
Magnit maydon kuchini ballistik usul yordamida o'lchashda ikkita holatni ko'rib chiqish kerak: 1) lasan magnit maydondan tezda chiqariladi; bu holda magnit induksiya ma'lum bir qiymatdan B dan nolga o'zgaradi; 2) o'lchov bo'lagi maxsus moslama yordamida 180° ga aylantiriladi va magnit induksiya dan ga o'zgaradi. Yuqoridagi ikkita usulga qo'shimcha ravishda, magnitlanish pallasida oqimni yoqish va o'chirish orqali maydonni o'lchash mumkin. Birinchi holda, (3.3) dan quyidagicha:
Ikkinchi holda, hisoblash formulasi (3.4) dan faqat maxraj 2 koeffitsientiga ega bo'lishi bilan farq qiladi.
Shunday qilib, ballistik usul yordamida magnit maydon kuchini aniqlash uchun o'lchash bo'limining burilish sonini, ushbu bobinning tasavvurlar maydonini, o'rnatish konstantasini va galvanometr ramkasining rad etilishini bilish kerak. Magnit maydon kuchini (3.4) formuladan foydalanib hisoblash uchun, avvalo, eng oddiy ko'rinishida uzun solenoid bo'lgan, o'rta qismida ikkilamchi o'rash o'ralgan mos yozuvlar bobini yordamida bajarilgan ishning qiymatini aniqlash kerak.
yoki ballistik galvanometr va o'lchash lasan bilan ketma-ket ulangan induktor.
Yo'naltiruvchi bobin ichidagi magnit maydon formula yordamida hisoblanadi
bu erda birlamchi o'rashning burilish soni, I - solenoidning uzunligi, birlamchi o'rash orqali o'tgan oqim
Ikkilamchi o'rashning burilishlari orqali magnit oqim teng bo'ladi
mos yozuvlar bobinining maydoni qayerda, ikkilamchi o'rashning burilish soni.
(3.4) formulaga muvofiq (3.5) va (3.6) dan olamiz
Aniqlashdan keyin (3.4) formuladan foydalanib, magnit maydon kuchini hisoblash oson. Shuni esda tutish kerakki, o'lchash jarayonida o'lchash davrining qarshiligini doimiy ravishda ushlab turish kerak, chunki faqat bu holda konstanta o'zgarmaydi. Agar o'lchash jarayonida ballistik galvanometr mos yozuvlar va o'lchash bobinlarining ikkilamchi o'rashiga ketma-ket ulangan bo'lsa, bu shartni bajarish oson.
Federal ta'lim agentligi
Oliy kasbiy ta'lim davlat ta'lim muassasasi
Nijniy Novgorod davlat texnika universiteti
Vyksa filiali
OiOPD bo'limi
Solenoidning magnit maydoni.
Hall sensori
Laboratoriya ishi No 2-6
Tuzuvchilar: V.P.Maslov, I.I.Rojkov, O.D.Chestnova, R.V.Shcherbakov.
Biot-Savart-Laplas qonuni asosida va Hall sensori yordamida solenoidning magnit maydon induksiyasini aniqlash texnikasi berilgan.
Ilmiy muharrir A.A. Radionov
Ishning maqsadi: Bio-Savart-Laplas qonuni asosida va Hall sensori yordamida solenoidning magnit maydon induksiyasini aniqlash bilan tanishish.
NAZARIY QISM
Oqim, harakatlanuvchi zaryadlar, magnitlar bo'lgan o'tkazgichlarni o'rab turgan bo'shliqda magnit maydon paydo bo'ladi, uni oqim yoki magnit igna bilan boshqa o'tkazgichga ta'siri bilan aniqlash mumkin. Kosmosning har bir nuqtasidagi magnit maydon magnit maydon kuch vektori yoki magnit maydon induksiya vektori yordamida miqdoriy jihatdan tavsiflanishi mumkin. 
. Vektorlar vakuumda Va 
munosabat bilan bog'lanadi:
, (1)
bu yerda m 0 = 4p·10 -7 H/m magnit doimiysi.
Birliklar Va Transport vositasi
va Tl. Magnit o'tkazuvchanligi m bo'lgan muhitda
Magnit maydon kuchi va induktsiyani hisoblash uchun Biot-Savart-Laplas qonunidan foydalaning, unga ko'ra elementar magnit maydon kuchi 
, oqim o'tkazuvchi o'tkazgich elementi tomonidan yaratilgan 
masofada kosmosning biron bir nuqtasida 
, ifodasi bilan aniqlanadi
, (2)
Qayerda 
- birlik vektor bo'ylab .
Vektor moduli
,
bu yerda ph - vektorlar orasidagi burchak 
Va 
.
Cheklangan o'lchamli o'tkazgich tomonidan yaratilgan intensivlikni topish uchun magnit maydonlarning superpozitsiyasi printsipidan foydalanish va elementar intensivliklarning vektor yig'indisini topish kerak. 
barcha elementlardan dirijyor. Oqimli aylana bo'lakning o'qi bo'yicha magnit maydon kuchini hisoblash uchun (2) formuladan foydalanamiz (1-rasm).
Shaklda. Joriy element tomonidan yaratilgan 1 dH 1 komponent , (2) ga muvofiq quyidagicha aniqlanadi
,
orasidagi burchak ekanligi hisobga olinadi Va Streyt. Elementlarning simmetriyasidan A nuqtaga nisbatan burilsa, hosil bo'lgan magnit maydon kuchi o'q bo'ylab shunday yo'naltirilganligi aniq. 
, ya'ni
.
Oxirgi formulaning o'ng tomonida dl dan tashqari barcha miqdorlar doimiy (ma'lum A nuqta uchun), shuning uchun hech qanday dl integratsiyasini bermaydi.
,
yoki shaklga muvofiq. 1
(3)
Hajmi 
formula (1) yordamida topish mumkin.
Solenoidning uzunligi birligiga burilishlar bo'lsin (2-rasm), keyin d bo'limi z ndz ni o'z ichiga oladi burilishlar bo'lib, ular (3) ga binoan, o'qning A nuqtasida kuchlanish hosil qiladi
. (4)
Shaklda. 2 L - solenoidning uzunligi, a - o'rash burilishlarining radiusi, 0 - solenoid o'qining markaziy nuqtasi. OA=z - A nuqtaning koordinatasi.
Shaklda. 3 ta element dz alohida ko'rsatilgan, radius vektor 
va burchaklar a va da. 2 va 3-rasmdagi geometrik konstruksiyalardan kelib chiqadi:
;
;
.
Bu munosabatlarni (4) ga almashtiramiz va a 1 dan a 3 gacha bo‘lgan oraliqda a ustidan integrallashamiz:
.
Shuni hisobga olib 
, olamiz
(5)
Markaziy nuqtada cheksiz uzun solenoid (l>>a) bo'lsa, 0 a 1 →0, a 2 →0,
. (6)
(5) dan, shuningdek, yarim cheksiz solenoidning markazidan chetiga (qirrasida z = 0,5L, a 1 =p/2, a 2 →0) o'tganda, taranglik ikki barobar kamayadi:
. (7)
(5), (b), (7) ifodalarga (1) formulani qo'shish orqali magnit maydon induksiyasini olamiz. E'tibor bering, cheksiz uzun solenoid uchun formula (6) ni chiqarish umumiy joriy qonunga asoslangan holda ancha soddadir.
Har qanday S.I.
Mavzu:"Magnetizm".
Ma'ruza maqsadi: Talabalarga elektromagnetizm bo'limida qo'llaniladigan asosiy tushunchalar va ta'riflarni bering: magnit maydon, intensivlik, dia-, para- va ferromagnitlar, magnit induksiya. Asosiy qonunlar va ta'riflarni bering.
Ma'ruza konspekti
Magnit hodisalari qadim zamonlardan beri ma'lum. Shu bilan birga, Yerning magnit xususiyatlari sezildi, buning natijasida igna uchida muvozanatlangan bar magniti deyarli geografik meridian bo'ylab o'rnatildi. (Bunday kompas Xitoyda taxminan 3000 yil oldin mavjud edi.)
18-asrda temir jismlarning magnitlanishiga va chaqmoq razryadlari yaqinidagi kompasning magnitlanishiga e'tibor berildi.
Bu magnit hodisalar va elektr hodisalari o'rtasidagi bog'liqlikni taklif qildi. Buni daniyalik fizigi H. K. Orstred tasdiqlagan. U elektr toki yaqin atrofdagi magnit ignaga ta'sir qilib, uni simga perpendikulyar yo'naltirishini aniqladi. Shu bilan birga, frantsuz fizigi Amper eksperimental ravishda ikkita o'tkazgichning oqim bilan magnit o'zaro ta'sirini kashf etdi.
Shunday qilib, harakatlanuvchi elektr zaryadlari (oqimlari) atrofida boshqa turdagi maydon paydo bo'ladi - magnit maydon, bu zaryadlar magnit yoki boshqa harakatlanuvchi elektr zaryadlari bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Magnit maydon kuch maydoni bo'lgani uchun uni kuch chiziqlari bilan ifodalash mumkin, masalan:
Shtrixli magnitning magnit maydoni
To'g'ri o'tkazgichda I tok hosil qilgan magnit maydon (Oersted tajribasi). Maydon chiziqlari simga perpendikulyar konsentrik doiralar bo'lib, ularning markazlari shu simda joylashgan.
Elektr uzatish liniyalarining yo'nalishi magnit maydoni aniqlanadi gimlet qoidasi: oqim yo'nalishi bo'yicha vidalangan gimletning tutqichi magnit kuch chiziqlari yo'nalishi bo'yicha aylanadi.
Elektr maydon chiziqlaridan farqli o'laroq, magnit maydon chiziqlari doimo yopiq.
Ixtiyoriy shakldagi o'tkazgichni olaylik, u orqali tok o'tadi I.
Keling, o'tkazgichni ko'plab elementar bo'limlarga ajratamiz va ulardan birini ko'rib chiqamiz dl. U kosmosda magnit maydon hosil qiladi. Aynan HAQIDA bu maydon uzoqda joylashgan r dan dl, joriy elementni joylashtiring I 0 dl 0 . Keyin, ko'ra Amper qonuni, bu elementga kuch ta'sir qiladi
bu erda a - oqim yo'nalishi orasidagi burchak I Joylashuv yoqilgan dl va radius vektorining yo'nalishi r;
b - joriy elementning yo'nalishi orasidagi burchak I 0 dl 0 va normal n samolyotga Q o'z ichiga olgan dl Va r.
(1) formulada biz joriy elementga bog'liq bo'lmagan qismni ajratib ko'rsatamiz I 0 dl 0 , va belgilang dH.
, (2)
Bio-Savart-Laplas qonuni
dH faqat joriy elementga bog'liq IDl va nuqta pozitsiyasidan HAQIDA, chaqirildi magnit maydon kuchi.
Bu maydon chiziqlariga tangensial yo'naltirilgan va tekislikka normal bo'lgan vektor miqdori Q.
Voltaj o'lchanadi
Hamma joyda kuchi bir xil bo'lgan maydon deyiladi bir hil, aks holda - heterojen.
Keling, kuchlanishni hisobga olgan holda Amper qonunini qayta yozamiz
Amper formulasi
bu erda b - joriy yo'nalishlar orasidagi burchak I 0 va magnit maydon dH.
Kuchning yo'nalishini aniqlash dF chap qo'l qoidasiga ko'ra. Agar chap qo'lning kafti magnit maydon intensivligining vektori kaftga kirsa va to'rtta cho'zilgan barmoq oqim bo'ylab yo'naltirilgan bo'lsa, u holda cho'zilgan bosh barmog'i bu oqimga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishini ko'rsatadi.
b = 90º bo'lgani uchun (bundan buyon I 0 dl 0 magnit maydonga perpendikulyar) formulani (3) qayta yozamiz va undan ifodalaymiz dH
. (4)
Jismoniy ma'nosi: Magnit maydon kuchi tangensial ravishda maydon chizig'iga yo'naltiriladi va kattaligi bo'yicha vakuumda maydonga perpendikulyar joylashgan birlik oqim elementiga maydon ta'sir qiladigan kuchning magnit doimiyga nisbatiga teng.
Umumiy kuchlanishni hisoblash uchun N magnit maydon, elementar kuchlarni geometrik tarzda umumlashtirish kerak dH.
Agar o'tkazgich bir xil tekislikda joylashgan bo'lsa, biz kuchlanishni formuladan foydalanib hisoblaymiz (2-formuladan)
. (5)
Magnit maydonga joylashtirilgan barcha moddalar magnit xususiyatga ega bo'ladi, ya'ni ular magnitlanadi.
Ma'lum bo'lishicha, ba'zi moddalar tashqi maydonni zaiflashtiradi, boshqalari esa uni kuchaytiradi.
Magnit maydonni zaiflashtiradigan moddalar diamagnit, kuchaytiradiganlar esa paramagnit (diamagnit va paramagnit) deb ataladi.
Paramagnetlar orasida tashqi maydonning juda katta o'sishiga olib keladigan moddalar guruhi mavjud. Bu moddalar ferromagnitlar deb ataladi.
Diamagnetlar– fosfor, oltingugurt, surma, uglerod, ko‘plab metallar (vismut, simob, oltin, kumush, mis va boshqalar), ko‘pchilik kimyoviy birikmalar (suv va deyarli barcha organik birikmalar).
Paramagnetlar- ba'zi gazlar (kislorod, azot) va metallar (alyuminiy, volfram, platina, gidroksidi va ishqoriy tuproq metallari).
Ferromagnitlar– temir, nikel, kobalt, gadoliniy va disprosiy, shuningdek, bu metallarning ayrim qotishmalari va oksidlari, marganets va xrom qotishmalari.
Dia-, para- va ferromagnetizm sabablari.
Har qanday moddaning atomlari va molekulalarida elektronlarning yadrolar atrofidagi orbitalarda harakatlanishi natijasida hosil bo'lgan dumaloq oqimlar mavjud - orbital oqimlar.
Har bir orbital oqim magnit momentga to'g'ri keladi.
Bundan tashqari, elektronlar o'z yoki spin magnit momentiga ega (inglizcha: spin - aylanish). Atom yadrosi ham o'z magnit momentiga ega.
Elektronlarning orbital va spin magnit momentlari va yadroning ichki magnit momentlarining geometrik yig'indisi moddaning atomining (molekulasining) magnit momentini hosil qiladi.
Diamagnit moddalar uchun atomning (molekulaning) umumiy magnit momenti ga teng 0 .
Orbital, spin va yadro momentlari o'zaro kompensatsiya qilinganligi sababli.
Biroq, tashqi magnit maydon ta'sirida bu atomlarda tashqi maydonga qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan magnit moment induktsiya qilinadi. Natijada, diamagnit muhit magnitlanadi va o'zining magnit maydonini yaratadi, tashqi tomonga qarama-qarshi yo'naltiriladi va shuning uchun uni zaiflashtiradi.
Diamagnit materiallarning magnit momentlari tashqi maydon mavjud ekan, saqlanib qoladi. Maydon yo'qolganda, diamagnit material demagnetizatsiyalanadi.
Paramagnit materialda orbital, spin va yadro magnit momentlari bir-birini bekor qilmaydi. Shuning uchun paramagnit atomlar Har doim magnit momentga ega. Biroq, ular tasodifiy joylashtirilgan va shuning uchun paramagnit muhit magnit xususiyatlarini ko'rsatmaydi.
Tashqi maydon paramagnit atomlarni shunday aylantiradiki, ularning magnit momentlari asosan maydon yo'nalishi bo'yicha o'rnatiladi (To'liq orientatsiyaning oldini oladi. termal harakat atomlar).
Natijada, paramagnit material magnitlanadi va o'zining magnit maydonini yaratadi, bu tashqi yo'nalishda mos keladi va uni mustahkamlaydi.
Tashqi maydon bartaraf etilganda, paramagnet demagnetizatsiya qilinadi.
Agar bo'sh bo'shliqda kuchli magnit maydon mavjud bo'lsa N, keyin bo'shliq bir hil muhit bilan to'ldirilganda, hosil bo'lgan kuchlanish teng bo'ladi
, (6)
bu yerda DN - muhitning o'zi tomonidan yaratilgan maydon kuchi, ("+" - paramagnit muhit; "-" - diamagnit muhit) tashqi maydon kuchiga proportsionaldir. Shuning uchun (6) formulani shaklda qayta yozamiz
, (7)
bu erda m - o'lchovsiz proportsionallik koeffitsienti, muhitning nisbiy magnit o'tkazuvchanligi deb ataladi.
vakuum uchun m =1,
diamagnetik materiallar uchun m
m > 1 paramagnetlar uchun.
Amper qonuniga ko'ra, o'tkazgich uzunligining bir qismiga Δ l, u orqali oqim o'tadi I, tashqi magnit maydon kuchi tomondan N kuch harakat qiladi
, (8)
Amper qonuni
bu erda a - oqim va magnit maydon kuchining yo'nalishlari orasidagi burchak.
Endi harakatlanuvchi zaryadga magnit maydondan ta’sir etuvchi kuchning ifodasini topamiz. Buning uchun Amper formulasidan foydalanamiz. Hozirgi kuch I orqali vaqt birligida o'tkazilgan zaryadga son jihatdan teng ko'ndalang kesim dirijyor.
Agar individual zaryadning kattaligi e, va vaqt birligida o'tkazgichning kesimi orqali o'tkaziladigan zaryadlar soni teng n, Bu I= uz, shuning uchun,
, (9)
bu yerda n 0 - birlik hajmdagi harakatlanuvchi zaryadlar soni;
n – ularning tezligi;
S - tasavvurlar maydoni.
Demak,
. (10)
(9) ni (8) ga almashtiramiz.
. (11)
Bu kuch o'tkazgichning bir qismiga, uzunligiga ta'sir qiladi Δ l shuning uchun u ko'rib chiqilayotgan o'tkazgich kesimida harakatlanuvchi barcha zaryadlarga ta'sir qiluvchi kuchlar yig'indisiga teng. Ushbu to'lovlar soni
. (12)
Zaryadga ta'sir qiluvchi kuch
. (13)
. (14)
Lorents formulasi
Lorentz formulasi tezlik bilan harakatlanadigan zaryadga ta'sir qiluvchi kerakli kuchni beradi ν magnit kuch maydonida N.
Musbat zaryad harakati holatida Lorentz kuchining yo'nalishi chap qo'l qoidasi bilan belgilanadi: agar barmoqlar bir-biriga bog'langan bo'lsa va kaft zaryadning harakat yo'nalishi bo'yicha joylashtirilsa va kaft shunday joylashganki. magnit maydon chiziqlari kaftga, keyin esa kuchga kiradi Δ F cho'zilgan bosh barmog'ining yon tomoniga yo'naltiriladi.
Salbiy zaryad harakat qilganda, bu kuch teskari yo'nalishda yo'naltiriladi.
Magnit maydon elektromagnit maydonning qismlaridan biridir. Uning o'ziga xosligi shundaki, bu maydon oqimlari bo'lgan o'tkazgichlar, harakatlanuvchi elektr zaryadlangan zarralar va jismlar, shuningdek magnitlangan jismlar va o'zgaruvchan elektr maydoni tomonidan yaratilgan.
Vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan magnit maydon deyiladi statsionar.
Magnit maydonning paydo bo'lishini Oersted tajribasidan ko'rish mumkin.
Agar vertikal o'q atrofida erkin aylana oladigan magnit igna to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tkazuvchi to'g'ridan-to'g'ri o'tkazgich ostiga qo'yilgan bo'lsa, u o'zini tok o'tkazuvchisiga perpendikulyar joylashtirishga intiladi.
Oqim kuchi qanchalik katta bo'lsa, o'q o'tkazgichga qanchalik yaqin bo'lsa va Yer magnit maydonining ta'siri qanchalik kam bo'lsa, o'q shunchalik aniqroq joylashadi.
Magnit maydon faqat harakatlanuvchi zarralar va jismlarga ta'sir qiladi elektr zaryadi. Magnitlangan jismlar harakatlanuvchi yoki harakatsiz bo'lishidan qat'i nazar, magnit maydon ta'sirida.
Magnit maydonning kuch xarakteristikasi vektor hisoblanadi magnit induksiyaIN .
, (15)
paydo bo'lgan kuchlanish qayerda;
N- tashqi magnit maydon kuchi.
Moddadagi magnit maydon odatda natija bermaydigan intensivlik bilan tavsiflanadi N`, va hajmi IN(magnit induksiya), keyin
. (16)
Induksiyaning o'lchami.
Shunday qilib, 
.
Induksiya vektorining yo'nalishi IN kuchlanish vektoriga to'g'ri keladi N bir hil izotrop muhitda.
1 T - 1 N kuch bilan ta'sir qiluvchi shunday bir xil magnit maydonning magnit induksiyasi. to'g'ri o'tkazgich 1 m uzunlikdagi 1A oqim bilan, maydonga perpendikulyar joylashgan.
O'zaro induktsiya. Transformator.
O'zaro induktsiya hodisasi vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan oqimlari bo'lgan boshqa o'tkazgichlar yaqinida joylashgan o'tkazgichlarda induktsiyalangan maydonning paydo bo'lishidan iborat.
Shunday qilib, agar joriy kuch I 1 zanjirda 1 o'zgarishlar, keyin sxemada 2 , joriy manbani o'z ichiga olmaydi, o'zaro indüksiyon emf bilan tavsiflangan induktsiyalangan maydon paydo bo'ladi. Induktsiyali oqim hosil bo'ladi, u galvanometr tomonidan aniqlanadi.
Faraday qonuniga ko'ra
, (17)
bu erda e 21 - ikkinchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan emf;
F 21 - oqimning magnit maydoni tomonidan yaratilgan magnit induksiya oqimi I 1 va kontur bilan qoplangan sirt maydoniga o'tadi 2 .
, (18)
bu erda M 21 - ikkinchi va birinchi davrlarning o'zaro induktivligi deb ataladigan koeffitsient. Hajmiga bog'liq geometrik shakl Va nisbiy pozitsiya konturlar 2 Va 1 , muhitning nisbiy magnit o'tkazuvchanligi.
Transformatorning harakati o'zgaruvchan tok kuchlanishini oshirish yoki kamaytirish uchun ishlatiladigan o'zaro induksiya hodisasiga asoslanadi.
Yopiq ramkada yig'ilgan alohida plitalardan iborat yadroda mavjud 2 o'rash - birlamchi S 1 va ikkinchi darajali S 2 mos ravishda burilishlar soni bilan N 1 Va N 2 . O'zgaruvchan tok I 1 birlamchi o'rashda o'zgaruvchan magnit maydon hosil qiladi, bu ikkilamchi o'rashda o'zaro indüksiyon emfning sababidir.
Transformator bo'sh turganda, ikkilamchi o'rashda oqim bo'lmaganda (I 2 =0), mutlaq kuchlanish qiymatlarining nisbati. U 2 Va U 1 , ikkilamchi va birlamchi sariqlarning uchlarida transformatsiya nisbati deyiladi
. (19)
Yuqori transformator uchun N 2 > N 1 , pastga - N 2 N 1 . Ish zarbasi paytida kuchlar teng bo'ladi.
Magnit maydon oqim bilan uzviy bog'liq bo'lib, u oqimning paydo bo'lishi va yo'qolishi bilan birga paydo bo'ladi va yo'qoladi, shuning uchun elektr maydoni energiyasining bir qismi magnit maydon hosil qilish uchun ketadi.
Magnit maydon ushbu maydonni yaratish yoki oqim bilan bog'liq magnit induksiya oqimini yaratish uchun oqim tomonidan sarflangan ish bilan teng energiyaga ega bo'lishi kerak.
Fenomen elektromagnit induksiya elektr maydon va magnit maydon energiyalarining o'zaro o'zgarishiga asoslangan.
