老張談電機:NO.4洛倫茲力與電磁轉矩

2020-12-03 老張談電機

作為電磁理論基礎的最後一講,老張之前講的所有公式與概念都在圍繞著電磁場中細節討論,那麼電機作為電磁轉化的裝置,最核心的應用部分就是「力」的輸出。那麼今天老張希望和大家具體討論一下電機所產生的「力」到底和什麼有關,相關的計算公式有哪些,作為這一單元的收尾。

【洛倫茲力】

麥克斯韋方程組其中有討論變化的電荷激發電磁場以及電磁場內部運動的情況。昨天的文章就討論了,電磁場和電荷之間的作用是相互的。所以洛倫茲力則是討論,在靜態場的情形下,空間中運動的電荷,在靜電場和穩恆磁場的共同作用下所受的力。公式為,Q指電荷,ν是電荷的速度,

經過一系列的推演,洛倫茲力F洛倫茲力密度f可以表示為

這個公式解釋洛倫茲力洛倫茲力密度是反映電磁場對運動電荷與電流的作用。同時,老張為大家提出一個注釋,方便大家理解。洛倫茲把他的結果推廣到了普遍情況下電磁場對任意運動的電荷系統的作用力。結合咱們初中學過的安培力,其實安培力和洛倫茲力是等效的磁場中載流導線所受到的安培力就是導線中自由電子所受到的洛倫茲力的宏觀體現

繼續往下推演,一般來說ρE可以忽略不計,所以可以推導出

這個公式,老張覺得大家很熟悉。這個就是電機分析中經常用到的電磁力公式

【電磁轉矩】

在電樞直徑為D的電機中,同時考慮一個線圈有兩個邊,以及電機的對稱性,假設電機共有N個線圈,則

而這個公式則是計算電磁轉矩最常用的方法之一。

作為收尾,老張今天把咱們中學能學習到的經典電磁相關公式全部展示給大家了。也希望能給大家帶來一些更加深層次的理解和心得。從下篇開始,老張會針對磁路分析,特別是針對永磁磁路進行探討。

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