Despre câmpul magnetic, solenoizi și electromagneți

Câmp magnetic al curentului electric

Câmpul magnetic nu este creat doar de natural sau artificial magneți permanenți, dar și conductor dacă trece un curent electric prin el. Prin urmare, există o legătură între fenomenele magnetice și cele electrice.

Nu este dificil să vă asigurați că se formează un câmp magnetic în jurul firului prin care curge curentul. Puneți un fir drept peste acul magnetic mobil paralel cu acesta și treceți un curent electric prin el. Săgeata va lua o poziție perpendiculară pe fir.

Ce forțe ar putea face acul magnetic să se rotească? Evident, puterea câmpului magnetic creat în jurul firului. Opriți alimentarea și acul magnetic va reveni la poziția normală. Acest lucru sugerează că atunci când curentul este oprit, câmpul magnetic al firului dispare.

Astfel, curentul electric care trece prin fir creează un câmp magnetic. Pentru a afla în ce direcție se va devia acul magnetic, aplicați regula mâinii drepte.Dacă puneți mâna dreaptă pe fir, palma în jos, astfel încât direcția curentului să coincidă cu direcția degetelor, atunci degetul mare îndoit va arăta direcția de deviere a polului nord al acului magnetic plasat sub fir. . Folosind această regulă și cunoscând polaritatea săgeții, puteți determina și direcția curentului în fir.

Un câmp magmatic de sârmă rectilinie are forma unor cercuri concentrice. Dacă puneți mâna dreaptă pe fir, palma în jos, astfel încât curentul să curgă din degete, atunci degetul mare îndoit va îndrepta către polul nord al acului magnetic.Un astfel de câmp se numește câmp magnetic circular.

Direcția liniilor de forță ale câmpului circular depinde de direcțiile curentului electric în conductor și este determinată de așa-numita regulă a cardanului. Dacă cardanul este răsucit mental în direcția curentului, atunci direcția de rotație a mânerului său va coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic ale câmpului. Aplicând această regulă, puteți afla direcția curentului în fir dacă cunoașteți direcția liniilor de câmp ale câmpului creat de acel curent.

Revenind la experimentul cu ac magnetic, vă puteți asigura că acesta este întotdeauna poziționat cu capătul nordic în direcția liniilor câmpului magnetic.

Astfel, un câmp magnetic apare în jurul unui fir drept prin care trece un curent electric. Are forma unor cercuri concentrice și se numește câmp magnetic circular.

Tălpile etc. Câmp magnetic solenoid

Un câmp magnetic apare în jurul oricărui fir, indiferent de forma acestuia, cu condiția ca prin fir să circule un curent electric.

V inginerie electrică cu care ne ocupăm diferite tipuri de bobineconstând dintr-un număr de ture.Pentru a investiga câmpul magnetic al bobinei de interes, să luăm în considerare mai întâi ce formă are câmpul magnetic al unei spire.

Imaginați-vă o bobină de sârmă groasă care trece printr-o bucată de carton și este conectată la o sursă de alimentare. Când un curent electric trece prin bobină, se formează un câmp magnetic circular în jurul fiecărei părți individuale a bobinei. Conform regulii «gimbal», este ușor de determinat că liniile de câmp magnetic din interiorul buclei au aceeași direcție (spre noi sau departe de noi, în funcție de direcția curentului din buclă) și ies dintr-o parte. a buclei și intră din cealaltă parte.O serie de astfel de bobine, sub formă de spirală, este un așa-numit solenoid (bobină).

În jurul solenoidului se formează un câmp magnetic atunci când curentul trece prin acesta. Se obține ca urmare a adunării câmpurilor magnetice ale fiecărei ture și ca formă seamănă cu câmpul magnetic al unui magnet rectiliniu. Liniile de câmp magnetic ale solenoidului, ca și în cazul unui magnet rectiliniu, părăsesc un capăt al solenoidului și revin la celălalt. În interiorul solenoidului au aceeași direcție. Astfel, capetele solenoidului sunt polarizate. Capătul din care ies liniile electrice este polul nord al solenoidului, iar capătul în care intră liniile electrice este polul sud al acestuia.

Polii solenoidului pot fi determinați după regula mâinii drepte, dar pentru aceasta trebuie să cunoașteți direcția curentului în spirele sale. Dacă așezi mâna dreaptă pe solenoid, palma în jos, astfel încât curentul să curgă din degete, atunci degetul mare îndoit va îndrepta către polul nord al solenoidului... Din această regulă rezultă că polaritatea solenoidului depinde pe direcția curentului din acesta.Acest lucru este ușor de verificat în practică, aducând un ac magnetic la unul dintre polii solenoidului și apoi schimbând direcția curentului în solenoid. Săgeata se va roti imediat la 180 °, adică va arăta că polii solenoidului s-au schimbat.

Solenoidul are capacitatea de a atrage plămânii.obiecte duseful. Dacă o tijă de oțel este plasată în interiorul solenoidului, după un timp, sub influența câmpului magnetic al solenoidului, tija va fi magnetizată. Această metodă este utilizată în producție magneți permanenți.

Electromagneți

Electromagnet este o bobină (solenoid) cu un miez de fier plasat în interiorul ei. Formele și dimensiunile electromagneților sunt diferite, dar structura generală a tuturor este aceeași.

Bobina unui electromagnet este un cadru realizat cel mai adesea din carton presat sau fibră și are forme diferite în funcție de scopul electromagnetului. Un fir izolat cu cupru este înfășurat pe cadru în mai multe straturi - bobina electromagnetului. Are un numar diferit de spire si este realizat din sarma de diferite diametre, in functie de scopul electromagnetului.

Pentru a proteja izolația bobinei de deteriorarea mecanică, bobina este acoperită cu unul sau mai multe straturi de hârtie sau alt material izolator. Începutul și sfârșitul înfășurării sunt scoase și conectate la bornele de ieșire fixate pe cadru sau la fire flexibile cu urechi la capete.

Bobina electromagnetului este montată pe un miez din fier moale, recoapt sau aliaje de fier cu siliciu, nichel etc. Acest fier de călcat are cel mai puțin reziduu magnetism... Miezurile sunt cel mai adesea realizate din foi subțiri, izolate unele de altele.Formele miezului pot fi diferite, în funcție de scopul electromagnetului.

Dacă un curent electric trece prin bobina unui electromagnet, atunci se formează un câmp magnetic în jurul bobinei, care magnetizează miezul. Deoarece miezul este din fier moale, acesta va fi magnetizat imediat. Dacă apoi opriți curentul, proprietățile magnetice ale miezului vor dispărea și ele rapid și va înceta să mai fie un magnet. Polii unui electromagnet, ca un solenoid, sunt determinați de regula mâinii drepte. Dacă în bobina electromagnetului șigmEat direcția curentului, atunci polaritatea electromagnetului se va schimba în consecință.

Acțiunea unui electromagnet este similară cu cea a unui magnet permanent. Cu toate acestea, există o mare diferență între cele două. Un magnet permanent este întotdeauna magnetic, iar un electromagnet - numai atunci când un curent electric trece prin bobina sa.

În plus, forța de atracție a magnetului permanent este neschimbată, deoarece fluxul magnetic al unui magnet permanent este neschimbat. Forța de atracție a unui electromagnet nu este constantă.Același electromagnet poate avea o gravitație diferită. Forța de atracție a oricărui magnet depinde de mărimea fluxului său magnetic.

Atracția unui electromagnet de nămol și, prin urmare, fluxul său magnetic, depinde de mărimea curentului care trece prin bobina acestui electromagnet. Cu cât este mai mare curentul, cu atât este mai mare forța de atracție a electromagnetului și, invers, cu cât este mai mic curentul din bobina electromagnetului, cu atât mai puțină forță atrage corpurile magnetice spre sine.

Dar pentru electromagneții de design și dimensiuni diferite, puterea atracției lor depinde nu numai de mărimea curentului din bobină.Dacă, de exemplu, luăm doi electromagneți de același dispozitiv și dimensiune, dar unul cu un număr mic de bobine, iar celălalt cu un număr mult mai mare, atunci este ușor de observat că la același curent forța de atracție a acesta din urmă va fi mult mai mare. Într-adevăr, cu cât numărul de bobine este mai mare, cu atât este mai mare, la un curent dat, câmpul magnetic creat în jurul acelei bobine, deoarece este format din câmpurile magnetice ale fiecărei spire. Aceasta înseamnă că fluxul magnetic al electromagnetului și, în consecință, forța de atracție a acestuia va fi mai mare, cu atât este mai mare numărul de spire al bobinei.

Există un alt motiv care afectează mărimea fluxului magnetic al unui electromagnet. Aceasta este calitatea circuitului său magnetic. Un circuit magnetic este calea pe care se închide fluxul magnetic. Circuitul magnetic are o anumită rezistență magnetică... Rezistența magnetică depinde de permeabilitatea magnetică a mediului prin care trece fluxul magnetic. Cu cât permeabilitatea magnetică a acestui mediu este mai mare, cu atât rezistența sa magnetică este mai mică.

Deoarece permeabilitatea magnetică a corpurilor feromagnetice (fier, oțel) este de multe ori mai mare decât permeabilitatea magnetică a aerului, de aceea este mai profitabil să se facă electromagneți, astfel încât circuitul lor magnetic să nu conțină secțiuni de aer. Produsul dintre puterea curentului și numărul de spire ale bobinei electromagnetului se numește forță magnetomotoare... Forța magnetomotoare se măsoară prin numărul de spire amperi.

De exemplu, un curent de 50 mA curge prin bobina unui electromagnet cu 1200 de spire. Forța magnetomotoare a unui astfel de electromagnet egală cu 0,05 NS 1200 = 60 de amperi.

Acțiunea forței magnetomotoare este similară cu acțiunea forței electromotoare într-un circuit electric. La fel cum EMF este cauza curentului electric, forța magnetomotoare creează flux magnetic într-un electromagnet. La fel ca într-un circuit electric, pe măsură ce EMF crește, valoarea curentului crește, așa și într-un circuit magnetic, pe măsură ce crește forța magnetomotoare, crește fluxul magnetic.

Acțiunea rezistenței magnetice similară cu acțiunea rezistenței circuitului electric. Așa cum atunci când rezistența unui circuit electric crește, curentul scade, tot așa într-un circuit magnetic, o creștere a rezistenței magnetice determină o scădere a fluxului magnetic.

Dependența fluxului magnetic al unui electromagnet de forța magnetomotoare și rezistența sa magnetică poate fi exprimată printr-o formulă similară cu formula legii lui Ohm: forța magnetomotoare = (flux magnetic / reluctanță)

Fluxul magnetic este egal cu forța magnetomotoare împărțită la reluctanță.

Numărul de spire ale bobinei și rezistența magnetică pentru fiecare electromagnet este o valoare constantă. Prin urmare, fluxul magnetic al unui electromagnet dat se modifică numai cu o modificare a curentului care curge prin bobină. Deoarece forța de atracție a unui electromagnet este determinată de fluxul său magnetic, pentru a crește (sau scădea) forța de atracție a unui electromagnet, este necesar să se mărească (sau să scadă) curentul din bobina acestuia în mod corespunzător.

Electromagnet polarizat

Un electromagnet polarizat este cuplarea unui magnet permanent la un electromagnet. Se dispune astfel.Așa-numitele prelungiri ale stâlpilor de fier moale sunt atașate de polii magnetului permanent.Fiecare pol servește ca miez electromagnetic, pe care este plasată o bobină cu o bobină. Ambele bobine sunt conectate în serie.

Deoarece extensiile de poli sunt conectate direct la polii unui magnet permanent, ele au proprietăți magnetice chiar și în absența curentului în bobine; în același timp, forța lor de atracție este neschimbată și este determinată de fluxul magnetic al unui magnet permanent.

Acțiunea unui electromagnet polarizat este aceea că, pe măsură ce curentul trece prin bobinele sale, forța de atracție a polilor săi crește sau scade în funcție de mărimea și direcția curentului din bobine. Această proprietate a unui electromagnet polarizat se bazează pe acțiune releu electromagnetic polarizat și alte dispozitive electrice.

Acțiunea unui câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent

Dacă un fir este plasat într-un câmp magnetic astfel încât să fie perpendicular pe liniile de câmp și un curent electric trece prin acel fir, firul va începe să se miște și să fie împins de câmpul magnetic.

Ca urmare a interacțiunii câmpului magnetic cu curentul electric, conductorul începe să se miște, adică energia electrică este transformată în energie mecanică.

Forța cu care firul este respins de câmpul magnetic depinde de mărimea fluxului magnetic al magnetului, de curentul din fir și de lungimea acelei porțiuni a firului pe care liniile de forță o traversează. Direcția de acțiune a acestei forțe, adică direcția de mișcare a conductorului, depinde de direcția curentului în conductor și este determinată de regula stângii.

Dacă țineți palma mâinii stângi astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea și cele patru degete extinse sunt întoarse în direcția curentului din conductor, atunci degetul mare îndoit va indica direcția de mișcare a conductorului. ... În aplicarea acestei reguli, trebuie să vă amintiți că liniile de câmp se extind de la polul nord al magnetului.