Силы, возникающие в вихревом электрическом поле между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.3.011.1 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области, г. Курган

СИЛЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ВИХРЕВОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ МЕЖДУ МАГНИТОПРОВОДАМИ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ МАГНИТНЫМИ ПОТОКАМИ

Аннотация

Из дуального соответствия между электрическим током и производной магнитного потока по времени следует существование силы взаимодействия между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками. Представлено качественное и аналитическое обоснования наличия этой силы. Выявлено практическое подтверждение существования силового взаимодействия магнитопрводов. Показана возможность создания соответствующих типов электрических машин.

Ключевые слова: дуальный, производная магнитного потока, магнитопровод, силовое взаимодействие.

I.P. Popov

Department of economic development, trade and labor of Kurgan region, t. Kurgan

FORCES, APPEARING IN VORTEX ELECTRICAL FIELD BETWEEN MAGNET-CONDUCTORS WITH CHANGING MAGNET FLUXES

Annotation

From dual accordance between electrical current and derivative of magnet flux by time follows existence of force of mutual action between magnet-conductors with changing magnet fluxes. Qualitative and analytical basis of presence of its force is presented. Practical confirmation of existence of power mutual action of magnet-conductors is revealed. Possibility of creating corresponding types of electrical machines is shown.

Key words: dual, derivative of magnet flux, magnet-conductor, mutual action.

ВВЕДЕНИЕ

Физический объект, создающий силовое поле, подвержен воздействию со стороны такого поля. Тело, обладающее массой, электрический заряд и проводник с током испытывают пондеромоторное воздействие со стороны соответственно гравитационного, электрического и магнитного полей. Это обстоятельство, равно как и дуальность соотношений для электрического и магнитного полей позволяет сделать вывод о существовании силы, действующей на магнитопровод с изменяющимся магнитным потоком со стороны электрического поля, в том числе, созданного изменяющимся магнитным потоком в другом магнитопроводе.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДУАЛИЗМА

Между параллельными проводниками с токами I1 и I существует сила взаимодействия:

= /1/0 а 2 %г0

[1, гл. 21, § 21.1]. Выполним в этом выражении дуально-инверсную замену, имея в виду, что магнитная проницаемость ДД о дуальна диэлектрической проницаемости 88о , электрический ток I дуален напряжению и,

которое имеет одинаковую размерность с ЭДС. В свою очередь, ЭДС в соответствии с законом электромагнитной индукции [там же, гл. 21, § 21.29, формула (21.43)] составляет:

E

ёФ dt

Таким образом, получим

dF =

дФ1 дФ2 dl dt dt 2nrf

о

(1)

Из этого следует, что в соответствии с теорией дуально-инверсной электродинамики между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками существует силовое (пондеромоторное) взаимодействие.

Однако это утверждение основано исключительно на формальной предпосылке и нуждается в качественном и аналитическом обоснованиях.

Энергетический подход

Существование силы взаимодействия между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками вытекает из того, что сила является производной энергии поля:

ш

^=—.

дх

Т.е., если сила существует, то интеграл

0

| ^ = А = Жо

<ю

не равен нулю.

Пусть д11=М2=Ш, дФ^дг=дФ2дг=дФ/дг. При расстоянии между элементами магнитопроводов равном бесконечности

Е 2

Wx= 2s о ef—dV J 2

. s о е 16л2

/ф dt

2

•(dlsinyf

4

dV

V - ^^ у — у к

где V - объем бесконечного пространства.

При расстоянии между элементами магнитопрово-дов, равном нулю д11 и й1г, они совмещаются и образуют один элемент д1, в котором локализован изменяющийся магнитный поток 2йФ1йг.

Wo =

g о g

32 к 2

2 dO^|2 r(dlsin9)2

~ ~dTJ J Й

dV = 2W^

Fdx = A = Woo ~WX= W„* О

Следовательно, сила взаимодействия между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками существует.

Эти рассуждения являются качественным обосно-

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5

93

ванием существования силы взаимодействия.

Практический аспект

Из опыта эксплуатации электрических машин, в особенности трансформаторов, известно, что их работа зачастую сопровождается характерным шумом, частота которого равна удвоенной частоте сети. Этот шум принято объяснять циклическим изменением размеров пластин магнитопроводов, вызванным магнитострикционным эффектом, обусловленным наличием в магнитопроводах переменного магнитного потока [2, гл. 2, § 2.9].

В то же время известно, что шум практически прекращается, если шихтованные пластины магнитопроводов плотно стянуть между собой и исключить микрозазоры между ними. Магнитострикционный эффект, следовательно, здесь ни при чем. И причину шума при работе электрических машин следует искать в силовом взаимодействии пластин магнитопроводов.

Таким образом, шум, издаваемый пластинами магнитопроводов электрических машин, представляет собой практическое подтверждение существования пондеромо-торного взаимодействия магнитопроводов с изменяющимися магнитными потоками.

Аналитическое обоснование

Аналитическим обоснованием выражения (1) является следующее.

В соответствии с [3, формула (1а)] выражение для вихревого электрического поля, созданного элементом магнитопровода с изменяющимся магнитным потоком, имеет вид:

dE = 1 -

dO^i dl sin9

dt ) 4n r2

Интегрируя это выражение от 0 до 71, определим напряженность электрического поля, созданного бесконечно длинным магнитопроводом с изменяющимся магнитным потоком Ф,:

E =1-

5Ф!

1

дг ) 2 к г0

Поместим параллельно первому другой магнитопро-вод с изменяющимся магнитным потоком Ф2. Выделим его элемент длиной й1 В соответствии с [4, формула (2б)] сила, действующая на элемент:

дг 1 '

A =SS 0 E1 ,

dF =

дФг дФ2 ss0 dt dt 2 ж r0

■dl

что идентично (1).

Заключение

Таким образом, между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками существует пондеро-моторное взаимодействие. При этом магнитопроводы притягиваются, если производные потоков по времени совпадают по направлению и отталкиваются, если их направления противоположны.

Наличие сил взаимодействия между магнитопроводами с изменяющимися магнитными потоками создает предпосылку для разработки соответствующих типов электрических машин [5]. Принципиальным отличием таких

машин от традиционных индуктивных является то, что вместо обмоток как возбуждения, так и якорных они содержат магнитопроводы, а вместо магнитной системы они оснащены системой локализации электрического поля.

Список литературы

1.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. - М.: Высш. шк., 1986. - 263 с.

2.Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -360 с.

3.Попов И.П. О пространственной конфигурации вихревого электрического поля //Вестник Курганского государственного университета. Естественные науки. - Вып. 2. - 2009. - №1(15) . - С. 50-51.

4.Попов И.П. Дуально-инверсный аналог силы Ампера для магнитопровода с изменяющимся магнитным потоком, находящегося в электрическом поле //Вестник Курганского государственного университета. Естественные науки. - Вып. 2. - 2009. - №1(15) . -С. 51-52.

5.Попов И. П. Электрическая машина //Бюллетень «Изобретения, полезные модели». - 2000. - № 17. - С. 256.

УДК 621.3.011.1 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области, г. Курган

О НЕКОТОРЫХ ИЗОМОРФИЗМАХ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ И МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СООТНОШЕНИЯМИ

Аннотация

На основе изоморфности в математическом смысле между электромагнитными и магнитоэлектрическими объектами представлены соотношения для магнитоэлектрической индукции, в том числе, явным образом отображающей индуцированный магнитный поток, для магнитоэлектрической индукции в отношении движущегося в постоянном электрическом поле отрезка магнитопровода, а также первого и второго правил Кирхгофа для цепей потока вектора электрического смещения.

Ключевые слова: электромагнитный, магнитоэлектрический, индукция, магнитный поток, магнитопровод.

I.P. Popov

Department of economic development, trade and labor of Kurgan region, t. Kurgan

ABOUT SOME ISOMORPHIZMS BETWEEN ELECTROMAGNETIC AND MAGNET-ELECTRICAL CORRELLATIONS

Annotation

On base of isomorphie in mathematical meaning between electromagnetic and magnet-electrical objects presented correlations for magnet-electrical induction, also obviously reflecting inducted magnet flux, for magnet-electrical inductions for moving in constant electrical field element of magnet-conductor, also the first and second rules of Kirhgoph for circuits of flux of electrical shift.

Key words: electromagnetic, magnet-electrical, induction, magnet flux, magnet-conductor.

94

ВЕСТНИК КГУ, 2010. №1