Dodatni material za skripto Osnove elektrotehnike 2 - Magnetika

 

 

1.  UVOD – KRATKA ZGODOVINA MAGNETIKE

2.  SILA NA (TOKO)VODNIK V MAGNETNEM POLJU

REKORD V KREIRANJU MAGNETNEGA POLJA: trenutni rekord je 91,4T, za nekaj milisekund: http://www.materialstoday.com/view/19125/a-new-world-record/

3. BIOT-SAVARTOV ZAKON

SIMULACIJE:

Prikazi polja v okolici različnih struktur s programom Matlab. Ves material skupaj je v dadoteki Matlab_Bpolje.zip. Naložite in odzipajte datoteke ter jih preiskusite v Matlab-u ali Octave. Morda bo pri uporabi slednjega potrebno narediti kakšne manjše spremembe. Spodaj je tabela z opisi programčkov:

Poljepremice_0.m    Program za preprost izris funkcije polja v okolici tokovne premice
Poljepremice_1.m Enako kot zgoraj, le z FOR zanko za več izrisov na istem grafu
polje2premic.m Polje v osi dveh tokovnih premic
poljevosizanke0.m Polje v osi zanke. Tu je zapis v obliki funkcije, kateri je potrebno dodati argumente. V konkretnem primeru je potrebno dodati polmer, xmin in xmax. Funkcijo se zažene v ukazni vrstici z ukazom poljevosizanke0(R, xmin, xmax), kjer so  R polmer zanke, xmin in xmax pa meji izračuna. Primer poljevosizanke0(1, -2, 2)
poljedvehzank.m To je primer polja v osi Helmholtzovega para. Ker je to primer, ki ga je potrebno narediti za laboratorijske vaje, tu ni prikazan. Ga je pa silno enostavno narediti s pomočjo klica funkcije poljevosizanke0.
polje_treh_zank.m V tej datoteki večkrat kličemo funkcijo poljevosizanke za prikaz polja treh zank.

risipoljezanke.m

polje_izven_osi_krozne_zanke    

 

Datoteka za izračun polja v ravnini zanke od r=0 do r=2*a, kjer je a polmer zanke. Dadoteko zaženemo v ukazni vrstici z argumentum a. Za delovanje potrebuje še datoteko polje_izven_osi_zanke.m, ki vsebuje funkcijo polje(R, rc), ki z numerično integracijo posameznih prispevkov tokovnih elementov izračuna sumarno vrednost polja v eni točki.

 poljetuljave2.m

 Izračun polja v osi tuljave za različne polmere tuljav. 

 veczank_1.m

veczank_2.m

 Izračun polja v osi tuljave za več zank. Primerjava seštevanja vplivov posameznih zank na skupno polje kot aproksimacija enačbe za polje v osi tuljave.

 

DODATNO simulacije:

Namesto Matlaba lahko uporabimo tudi druge programe za izris analitičnih funkcij. Kloni Matlaba so na primer Octave ali SciLab, ki so morda malo manj uporabniško prijazni a še vedno dovolj za naše potrebe. Nekaj osnovnih informacij o teh programih sem pripravil na strani OSNOVE DELA S PROGRAMI MATLAB/OCTAVE/SCILAB/PYTHON/MATEMATICAOSNOVE DELA S PROGRAMI MATLAB/OCTAVE/SCILAB/PYTHON/MATEMATICA.

Zanimivo možnost pa ponuja tudi platforma Jupyter, ki se zelo hitro razvija in omogoča delo z različnimi programi v vizualizacijskem okolju, ker lahko hkrati delate na programski kodi in tudi spremljevalnemu tekstu,  slikovnih pirkazih itd (podobno kot Matemaatica). Primer izračuna magnetnega polja v osi tuljave sem pripravil tukaj. Tudi ta "program" si lahko naložite na računalnik in ga spreminjate. 

 

4. AMPEROV ZAKON

 

5.  MAGNETNI PRETOK – FLUKS

gostotne cevke

Za prikazovanje magnetnega pretoka je koristno uporabiti posebne programe za izračun polja s pomočjo numeričnih postopkov. Ti programi izračunavajo magnetno polje v diskretnih točkah (končne diference) ali v diskretno določenih elementih (končni elementi) . Spodnja slika prikazuje polje v okolici dveh vodnikov s tokom v nasprotno smer (dvovod). Na sliki je dodan opis koncepta fluksa, gostotnic in gostotnih cevk. Več simulacij je v PDF datoteki Simulacija magnetnega polja s programom FEMM.

Te simulacije lahko izvedete tudi sami in jih po želji spreminjate. Naložite si program FEMM iz spletne strani in ga inštalirajte. Primeri izračunov, ki so prikazani v opisani datoteki, so zgoščeni v (ZIP) datoteki Oe2_FEMM_files.zip. Naložite in odzipajte datoteke ter jih odprite s programom FEMM.

 

Nekaj več o tem kako se dela s programom FEMM lahko preberete tudi iz teksta, pripravljenega za predmet Aplikativna elektromagnetika, ki ga poučujem v tretjem letniku in je namenjen nadgrajevanju znanj iz električnih in magnetnih polje ter praktičnem delu s programom FEMM. 

 

 

DODATNO iz spleta:

O MAGNETNIH MONOPOLIH: To je hipotetičen delec (ne eksistira v naravi kot jo razumemo in poznamo danes), se pa določeni pojavi v naravi vedejo matematično tako, kot da bi imeli opravka z magnetnimi monopoli.... (Ključne bedese: magnetic monopole) https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_monopole 

O UPORABI SOLENOIDA KOT SENZORJA MAGNETNEGA POLJA: V članku so opisani primeri merjenja šibkega magnetnega polja s t.i. gravimetričnim principom. Članek je dostopen v bazi člankov IEEE Explore, in ga lahko naložite, če ste priključeni na akademsko omrežje UL (npr. Eduroam): J. Lenz and A.S. Edelstein, Magnetic Sensors and Their Applications, IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 6, NO. 3, JUNE 2006: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1634415

O SQUID MAGNETOMETRIH: SQUID magnetometrI (SQUID je oznaka za superconducting quantum interference device), so namenjeni zaznavanju izjemno majhnih polj z občutljivostjo velikosti nekaj deset fT/Hz): https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID

 6.  DELO MAGNETNIH SIL

7.  NAVOR NA (TOKO)VODNIK

 

DODATNO iz spleta:

 O D'ARSONVALOVEM AMPERMETRU:

http://en.wikipedia.org/wiki/Galvanometer

http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Electrical_Measurements/DArsonval_Galvanometer/DArsonval_Galvanometer.html

 

8.  GIBANJE NABOJEV V ELEKTRIČNEM IN MAGNETNEM POLJU

SIMULACIJE:

SIMULACIJE GIBANJA NABOJEV S PROGRAMOM EJSS (EASY JAVA SIMULATIONS). Potrebno je naložiti jar (Hava archive) datoteko in jo zagnati.Morda brskalnik javi, da je datoteka lahko nevarna, ker so sicer java izvršilne datoteke eventuelno lahko nevarne. Na tem portalu so OK. Zavzeti programerji si lahko naložijo tudi EJSS program (Easy Java Simulations) in naredijo svoj program ali pa spremenijo obstoječe. 

http://www.compadre.org/OSP/document/ServeFile.cfm?ID=9997&DocID=1631 (začnite z manjšo hitrostjo in magnetnim poljem ...)

http://www.compadre.org/osp/items/detail.cfm?ID=8984  (naboji v 2D magnetnem polju)

http://www.compadre.org/osp/items/detail.cfm?ID=8311 (kreiranje magnetnega polja tuljave)

http://www.compadre.org/osp/items/detail.cfm?ID=10527 (Ciklotron)

http://www.compadre.org/osp/items/detail.cfm?ID=8983 (gibanje naboja v magnetnem polju Helmholtzovega para tuljav)

DODATNO iz spleta: 

O MAGNETNEM POLJU ZEMLJE: iščite po spletu s klučno besedo Van Allen radiation belt

O MILLIKANOVEM EKSPERIMENTU: (določitev velikosti naboja)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1923/millikan-lecture.pdf (govor ob podelitvi)

https://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment (Wikipedia)

https://www.youtube.com/watch?v=UFiPWv03f6g (Youtube video)

 

9.  MAGNETNE LASTNOSTI SNOVI

10.  MAGNETNI MATERIALI

11.  ANALIZA MAGNETNIH STRUKTUR

12.  INDUCIRANA NAPETOST

13.  ENERGIJA MAGNETNEGA POLJA

14.  LASTNA IN MEDSEBOJNA INDUKTIVNOST

15.  RAZŠIRJEN AMPEROV ZAKON