3. Электрическое поле постоянного тока

К частным случаям электромагнитного поля относятся электрическое и магнитное поля постоянного тока. Эти поля являются стационарными, т.е. не зависящими от времени.

Так как магнитное поле постоянного тока не зависит от времени, явление электромагнитное индукции отсутствует, следовательно, стационарное магнитное поле не оказывает влияния на электрическое поле постоянного тока, и эти поля можно рассматривать отдельно.

3.1. Электрическое поле в диэлектрике, окружающем проводники с постоянными токами

При отсутствии токов в диэлектрике rotE = 0, т.е. E = – grad; D = E; divD = 0.

В случае однородной среды, когда  = const, эти уравнения дают divE = 0 или div grad  = 0, т.е. потенциал удовлетворяет уравнению Лапласа.

Таким образом, в самом диэлектрике такое поле ничем не отличается от электростатического. Однако граничные условия на поверхности проводников уже не соответствуют тем, которые имеют место в электростатике.

В случае электростатической задачи поверхность каждого проводника является поверхностью равного потенциала. При прохождении по проводнику электрического тока в проводнике возникает падение потенциала, и, следовательно, поверхность проводника уже не будет равнопотенциальной. Линии напряженности электрического поля в диэлектрике подходят к поверхности проводника не под прямым углом, так как на поверхности проводника появляется касательная составляющая напряженности поля в направлении линии тока. На рис. 3.1 показан характер линий напряженности электрического поля около проводов линии передачи. С принципиальной точки зрения, указанное обстоятельство существенно осложняет расчет поля, однако практически во многих случаях его можно не учитывать, так как обычно падение напряжения вдоль проводников на длине, сравнимой с расстоянием между проводниками, ничтожно мало по сравнению с разностью потенциалов проводников. Поэтому при рассмотрении электрического поля в диэлектрике, окружающем проводники с постоянными токами, можно использовать решения, полученные при рассмотрении соответствующих электростатических задач.

3.2.Электрическое поле постоянного тока в проводящей среде

Рассмотрим электрическое поле постоянного тока в неподвижных проводящих средах, или проводниках.

3.2.1. Уравнения и основные соотношения электрического поля постоянного тока

Рассмотрим электрическое поле постоянного тока в неподвижных проводящих средах, или проводниках.

Из полной системы уравнений Максвелла выберем только те уравнения, которые описывают электрическое поле постоянного тока в проводящей среде:

(1)

Применим к обеим частям первого уравнения системы (1) операцию дивергенции, с учетом получим

.

Тогда уравнения Максвелла для электрического поля постоянного тока примут вид

(2)

где согласно (3.6)

. (3)

Одно из основных отличий электрического поля постоянного тока от электростатического обусловлено наличием внешних источников энергии неэлектростатического происхождения, без которых невозможно возникновение тока.

В области действия этих источников, характеризуемых напряженностью , (3) примет вид

. (4)

Выражение (3) представляет собой закон Ома в дифференциальной форме. Соотношение (4) является обобщенным законом Ома, или вторым законом Кирхгофа, в дифференциальной форме. Второе уравнение системы (2) называют первым законом Кирхгофа в дифференциальной форме.

Условие rotE = 0 свидетельствует, что вне источника ЭДС электрическое поле постоянных токов является так же, как и электростатическое поле,

безвихревым. Такое поле является потенциальным, т.е. для характеристики может быть введена потенциальная функция φ, причем E = – grad .

Из второго уравнения системы (2) следует, что линии вектора плотности тока непрерывны и замкнуты.

Два уравнения (2) можно объединить в одно, подобное уравнениям Пуассона-Лапласа.

Область, во всех точках которой .

Для однородной проводящей среды () из второго уравнения (2) с учетом (3) получим:

. (5)

Подставляя в (5) выражение ,имеем:

,

т.е.

. (6)

Таким образом, электрическое поле в однородной проводящей среде в области вне источников энергии описывается уравнением Лапласа (6), как и электростатическое поле в однородной среде, где нет свободных зарядов.

ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ГлавнаяСтатьи ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА    gif»> Главная Об организации Новостная лента Библиотека Специалисту Задать вопрос Мироненко 80! База Знаний v 7.14 Контакты вепсский лес Институт Геоэкологии РАН ANSDIMAT — обработка ОФР Запаздывающее электрическое поле постоянного тока. / Сапожников Б.Г.; СПб отд-е Инст-та геоэкологии РАН, СПб, 2010. 37 с. 2 ил. Библиогр. : 14 назв. — Рус. 12. Деп. в ВИНИТИ РАН   22.06.2010 г.   № 389-В2010 Рассмотрены противоречия электромагнитной теории, допускающей в частном случае электрического заряда, движущегося по инерции, “мгновенное” распространение его электромагнитного поля. Приведен вывод магнитного поля постоянного тока из закона Кулона. Предложено объяснение природы стационарного магнитного поля как свойства запаздывающего электрического поля. Для прямолинейного провода с постоянным током рассмотрена модель магнитного взаимодействия зарядов, согласно которой силовым действием обладает вихрь запаздывающего электрического поля.“Мгновенно” распространяющееся электрическое поле представлено как суперпозиция запаздывающего кулоновского поля и корректирующего поля, обусловленного двойным ротором запаздывающего. Дано “электромагнитное” объяснение эффекта Аронова-Бома, согласно которому силовое действие на поток электронов оказывает новый тип электрического поля − индукционное электрическое поле постоянного тока. UDC 537.1:530.12 The retarded electrical field of a direct current. / Sapozhnikov B.G.; St. Petersburg Division of Institute of Geoecology of RAS, SPb, 2010. 37 p., 2 ill. Bibliography: 14 names. – Rus. 12 Depositing in VINITI RAS 22.06.2010 № 389-В2010 A number of inconsistent positions of the modern electromagnetic theory, supposing, in the particular case of coasting electrical charge, “instant” spreading of its electromagnetic field, are considered. Direct current magnetic field derivation from Coulomb law is set forth. The explanation of nature of stationary magnetic field as property of the retarded electric field connected with the finite speed of its propagation is offered. Force action of the electrical field rotor of straight cable with direct current on a moving electric charge is equivalent to the force action of magnetic field. Instant” spreading electric field of rectilineal moving sequence of electrical charges is presented as superposition of retarded Coulomb electrical field and of correcting electrical field caused by the double rotor of the retarded field. The electromagnetic explanation of the Ehrenberg-Siday-Aharonov-Bohm quantum-mechanical effect according to which the force action on a stream of electrons produces a new type of electric field (an induction electric field of direct current) is given. Скачать текст полной статьи Краткое изложение результатов Устное сообщение (5-ая школа-семинар «ЭМЗ-2011») Текстовое сообщение со ссылками на источники в Интернете (5-ая школа-семинар «ЭМЗ-2011») Тезисы (5-ая школа-семинар «ЭМЗ-2011») Последние новости Водные ресурсы Центральной Азии: расход большой, выгоды – минимальные 26 декабря 2022 Страны Центральной Азии тратят большое количество водных ресурсов и энергии, при этом получают минимальные выгоды. Высокий уровень энергоёмкости и водоёмкости отмечается в сельском хозяйстве и промышленности. Об этом говорится в докладе Евразийского банка развития о регулировании водно-энергетического комплекса Центральной Азии. Средняя Азия относится к категории регионов, где невозможно оспорить древнее утверждение «вода – это жизнь». Ведь так… В РФ приняли законопроект, разрешающий обратную закачку вод 26 декабря 2022 Государственная Дума РФ приняла в III чтении законопроект Минприроды, который позволяет добывающим предприятиям проводить закачку промышленных вод обратно в подземные горизонты. Об этом 22 декабря 2022 года сообщили в пресс-службе министерства.Как отмечают представители ведомства, новая инициатива направлена на снижение расходов недропользователей на процесс извлечения полезных компонентов из подземных вод. Вдобавок к этому за счёт закачки вод… В Монреале подписано историческое мировое соглашение по биоразнообразию 26 декабря 2022 В понедельник ночью в канадском Монреале после четырех лет трудных переговоров, десяти суток дипломатического марафона более 190 государств достигли исторического соглашения о мировом биоразнообразии до 2030 года. Эксперты сравнивают его с Парижским соглашением по климату.Этот «пакт мира с природой», называемый «соглашением Куньмин-Монреаль», направлен на защиту земель, океанов и видов от загрязнения, деградации и климатического кризиса, сообщает… Ученые спустя 200 лет нашли коренной источник уральских алмазов 19 декабря 2022 Геологи Уральского горного университета (УГГУ) впервые обнаружили кристалл алмаза в коренных отложениях нижней Перми (эпоха пермского периода палеозойской эры) во время экспедиции в районе реки Сылва Свердловской области. Об этом «Газете.Ru» рассказали в программе Минобрнауки России «Приоритет 2030».Алмазы образуются в верхней мантии и постепенно самостоятельно выходят на поверхность по трещинам в литосфере с кимберлитами (горные породы,… Минприроды опубликовало Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 году» 19 декабря 2022 Издание государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 году» является тридцатым выпуском ежегодного официального документа. Государственный доклад характеризует экологическую обстановку в стране, воздействие на нее хозяйственной деятельности, состояние природных ресурсов и тенденции их изменения, предпринимаемые меры для уменьшения негативного воздействия на окружающую среду.Государственный… Просмотреть все новости…

Sulfate karst of Perm Region Хромитоносные провинции и месторождения хромовых руд России Вековые осадки зданий Санкт-Петербурга Инженерно-геологические исследования строительных площадок Открытые горные работы. Часть 2. Открытые горные работы. Часть 1. Республика Адыгея. Водные ресурсы Ландшафтоведение Технология и техника геологоразведочных работ при разработке месторождений твердых полезных ископаемых Гидрогеология России Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг Атлас гигантских наледей-тарынов Северо-Востока России

Полевой комплекс DC — MagLab

• Услуги пользователя

Уникальные возможности для пользователей

Пользователь Луиза Кьеза из Инженерной школы Университета Тафтса.

Милликельвин Объект

Лу Ли из Мичиганского университета в лаборатории Милликельвина, в которой используются сверхпроводящие магниты, обеспечивающие экспериментальные температуры до 0,02 градуса К.

Методы измерения

Более 20 методов измерения могут быть выполнены в резистивных, сверхпроводящих, гибридных и разделенных магнитах.

Магниты с мировыми рекордами

На объекте есть несколько уникальных рекордсменов, в том числе мощный гибридный магнит на 45 тесла.

Программа активного пользователя

Полевой комплекс DC привлекает сотни пользователей в год. Здесь Юанда Гао и Кори Дин проводят транспортный эксперимент на графене с помощью магнита на 35 тесла.

Расположенный в штаб-квартире MagLab недалеко от Университета штата Флорида в Таллахасси, объект предлагает пользователям самые сильные, самые тихие, устойчивые и медленно меняющиеся магнитные поля в мире в сочетании с современным оборудованием и экспериментальным опытом.

 

Объект содержит 14 резистивных магнитных элементов, подключенных к источнику питания постоянного тока мощностью 56 МВт, и 15 000 квадратных футов охлаждающего оборудования для отвода тепла, выделяемого магнитами. Установка также включает в себя несколько сверхпроводящих магнитов, работающих при температурах в милликельвины. Среди этих инструментов несколько рекордсменов, в том числе гибридный магнит на 45 тесла, который предлагает ученым самое сильное непрерывное магнитное поле в мире. Исследования поддерживаются операторами магнитных заводов и криогенных систем. Технические специалисты проектируют, строят и ремонтируют инструменты для исследования пользователей. Ученые-ученые — исследователи мирового уровня со своими яркими исследовательскими интересами — работают напрямую с пользователями, чтобы получить наилучшие измерения и данные.

КАК ПОДАТЬ ЗАЯВКУ

Наши магниты открыты для всех ученых — бесплатно — через конкурсный процесс, и мы принимаем предложения в течение года.

1. Подготовка документации
   Требуется предложение и предварительный отчет о результатах.
2. Создать профиль пользователя
   Возвращающимся пользователям просто нужно войти в систему.
3. Отправьте запрос онлайн
   Загрузите файлы и предоставьте подробную информацию о предлагаемом эксперименте.
4. Сообщите о своих результатах
   К концу года предоставьте информацию о публикациях в результате вашего эксперимента.

Пожалуйста, ознакомьтесь с Политикой и процедурами пользователей MagLab, прежде чем отправлять свое предложение и экспериментировать, или свяжитесь с директором учреждения Тимом Мерфи с вопросами. Просмотр часто задаваемых вопросов пользователей.

 

Подробнее DC Field Science Highlights

Преобразования поверхности Ферми в начале состояния псевдощели в купратном сверхпроводнике , Y. Fang, et al., Nature Physics , 5, 2022 (2022) См. научный обзор или Читать онлайн

Кроссовер между сильно связанными и слабо связанными экситонными сверхтекучими средами , X. Liu, et al., Science , 375 (6577), 205-209 (2022) См. обзор научных статей или Читать онлайн 

Перестраиваемое нарушение симметрии и спиральный транспорт ребер в квантовом спиновом холловском состоянии графена , A.F. Young, et al., Nature , 505, 528–532 (2014 г.) См. «Выбор науки» или «Читать онлайн»

Бабочка Хофштадтера и фрактальный квантовый эффект Холла в муаровых сверхрешетках Бабочка Хофштадтера в ван-дер-ваальсовой гетероструктуре , Б. Хант и др., Science , 340 no. 6139, стр. 1427–1430 (2013 г.) См. «Выход науки» или «Читать онлайн»

См. другие полевые публикации DC

---

 

Свяжитесь с директором DC Field Facility Тимом Мерфи или другими пользователями, которые являются экспертами в использовании DC Field Facility.

вернуться к началу

Что такое электромагнитные помехи постоянного тока? | Field Management Services

Узнайте о нашем мировом уровне

ПОМЕХИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ГЕО-МАГНИТНЫЕ, КВАЗИДЕНТИЧЕСКИЕ)

ТЕРМИНОЛОГИЯ:

Хотя термин «постоянный ток» относится к статическому, неизменному полю (0 Гц), он также применяется, обычно используется в диапазоне чрезвычайно низких частотных полей, обычно от 0 Гц до 10 Гц. Поскольку эти поля меняются во времени, технически они являются полями переменного тока. В обычном использовании эти чрезвычайно низкочастотные поля также — и более правильно — называются «квазипостоянными» или «почти постоянными».

ПОЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Наиболее распространенным естественным источником полей постоянного тока является Земля, которая по существу представляет собой большой магнит постоянного тока с линиями магнитного потока, исходящими от Южного к Северному полюсу. Иногда называемое геомагнитным полем, это поле дает компасу возможность указывать направление магнитного севера.

«Напряженность» магнитного поля Земли варьируется от места к месту на земном шаре, но обычно составляет от 350 до 500 мГс (мГс). Благодаря свойству проницаемости все магнитные поля, в том числе и земное, предпочитают накапливаться в ферромагнитных материалах (железо, никель или сталь), а не в воздухе. Воздух имеет проницаемость 1, а сталь имеет проницаемость примерно 300. Металлы с высокой проницаемостью, такие как мю-металл, могут иметь проницаемость в сотни тысяч. Подобно тому, как проводящий стержень будет притягивать электрическое поле (например, «молния»), линии магнитного потока постоянного тока (от Земли) будут накапливаться внутри и рядом с ферромагнитными материалами (стальной конструкцией здания) и уровнями поля поблизости. будет повышен.

Явление повышенных полей постоянного тока в конструкционной стали может быть создано человеком: сварочные кабели постоянного тока могут намагничивать конструкционную сталь во время строительства, а МРТ (источник мощных полей постоянного тока, может постоянно намагничивать сталь в непосредственной близости и, если физически подключен , на значительном расстоянии от магнита. Области здания с намагниченной сталью могут иметь уровни постоянного магнитного поля в диапазоне 2000 мГс и более. будет снижаться.

Постоянный ток (DC) от аккумуляторной батареи (или тяговой мощности метро или легкорельсового транспорта) также создает магнитное поле постоянного тока. Однако в той мере, в какой потребность (нагрузка) в электрической цепи постоянного тока будет меняться со временем, то же самое будет происходить и с частотой создаваемого ею поля «квазипостоянного тока».

Как правило, магнитные поля постоянного тока не представляют угрозы электромагнитных помех для большей части электронного оборудования, такого как офисная и бытовая электроника, хотя при определенных обстоятельствах окружающее поле постоянного тока может превышать допуски чувствительных приборов, точность которых частично основана на предположении стабильная, однородная полевая среда постоянного тока. И, хотя магнитное поле Земли относительно стабильно, со временем возникают присущие ему изменения как в направлении, так и в силе поля. Эти временные нестабильности в магнитном поле Земли могут быть источником помех постоянного тока для долгосрочных операций, таких как литографические системы E-Beam и некоторые операции с электронными микроскопами.

Более часто проблематичными являются поля квазипостоянного тока, которые создаются либо изменением постоянного тока (вверху), либо относительным движением ферромагнитной массы через постоянное поле Земли (внизу).

ПОЛЯ КВАЗИДЕНТИЧЕСКОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Поле Квазипостоянного тока может нарушить нормальное функционирование чувствительного лабораторного оборудования и является растущей проблемой по двум причинам. Во-первых, количество исследовательских, медицинских и лабораторных приборов не только увеличивается, они становятся все более и более чувствительными и, следовательно, более уязвимыми к электромагнитным помехам. Многие инструменты должны быть защищены от изменений магнитного поля Земли.

Во-вторых, растут два источника полей квазипостоянного тока. Во-первых, это сами медицинские и исследовательские инструменты; МРТ и ЯМР излучают чрезвычайно высокие, а иногда и скачкообразные поля постоянного тока, создавая поля квазипостоянного тока.

Кроме того, исследовательские кампусы строятся в городских районах, вблизи остановок общественного транспорта. Метро, ​​легкорельсовый транспорт, автобусы и другие крупные ферромагнитные тела создают поля квазипостоянного тока, которые могут нарушить работу чувствительных приборов на удивительно больших расстояниях.

Этот городской/внутренний источник интерференции поля постоянного тока приобретает все большее значение: движение больших ферромагнитных тел через магнитное поле Земли вызывает мгновенный сдвиг или возмущение в геомагнитном поле с последующим «квази» или «медленно меняющимся» постоянным током. поле. Грузовики и поезда за пределами здания добавляют изменений, вызванных движением лифтов. Когда транспортные средства питаются постоянным током (автобусы, троллейбусы, рельсы), изменения токовой нагрузки увеличивают возмущение И существенно увеличивают зону поражения. Это особенно проблематично в городских районах с метро и легкорельсовым транспортом.

FMS пришлось смягчить поля от метро, ​​которые находились на расстоянии более 1000 футов от чувствительного прибора.

В качестве компенсации этих рисков следует провести тщательный анализ нынешних и будущих полевых условий постоянного тока на ранней стадии проектирования, чтобы (при необходимости) можно было разработать и реализовать стратегии смягчения/защиты во время строительства для обеспечения работоспособности каждого прибора. по минимально возможной стоимости.

UCI – IMRI

FMS в качестве консультанта по электромагнитным помехам/электромагнитным помехам разработала и установила пассивные и активные системы смягчения последствий для этой недавно созданной междисциплинарной организации в рамках Управления исследований Калифорнийского университета в Ирвине (UCI) для размещения современных электронных устройств. лаборатории микроскопии (4 ячейки для визуализации). В рамках проекта требовался анализ потенциальной помехоустойчивости всех внутренних и внешних источников излучения, включая лифты транспортных средств и объектов (DC), источники широкополосной электрической системы (AC) и т. д.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Harvard LISE

FMS была привлечена архитектором проекта (Wilson Architects) в качестве консультанта по электромагнитным помехам для проведения анализа электромагнитного поля (ЭМП) в существующей лаборатории (оболочке), расположенной на цокольном этаже Гарвардского центра CNS.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

CURE

Детский научно-исследовательский институт Сиэтла в настоящее время находится на этапе строительства «Building Cure», исследовательского здания площадью 540 000 квадратных футов, которое будет посвящено разработке методов лечения детей с такими заболеваниями, как рак, диабет 1 типа и серповидноклеточная анемия.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Ун.