Om magnetfeltet, solenoider og elektromagneter

Magnetfelt for elektrisk strøm

Magnetfeltet er ikke bare skapt av naturlig eller kunstig permanente magneter, men også en leder hvis en elektrisk strøm går gjennom den. Derfor er det en sammenheng mellom magnetiske og elektriske fenomener.

Det er ikke vanskelig å forsikre seg om at det dannes et magnetfelt rundt ledningen som strømmen går gjennom. Plasser en rett ledning over den bevegelige magnetnålen parallelt med den og før en elektrisk strøm gjennom den. Pilen vil ta en posisjon vinkelrett på ledningen.

Hvilke krefter kan få magnetnålen til å rotere? Det er klart, styrken til magnetfeltet som skapes rundt ledningen. Slå av strømmen og magnetnålen vil gå tilbake til normal posisjon. Dette tyder på at når strømmen slås av, forsvinner også magnetfeltet til ledningen.

Dermed skaper den elektriske strømmen som går gjennom ledningen et magnetfelt. For å finne ut hvilken retning den magnetiske nålen vil avbøye, bruk høyrehåndsregelen.Hvis du legger høyre hånd på ledningen, håndflaten ned, slik at retningen til strømmen faller sammen med retningen til fingrene, vil den bøyde tommelen vise retningen for avbøyning av nordpolen til den magnetiske nålen plassert under ledningen . Ved å bruke denne regelen og kjenne polariteten til pilen, kan du også bestemme retningen til strømmen i ledningen.

Et rettlinjet ledningsmagmatisk felt har form av konsentriske sirkler. Hvis du legger høyre hånd på ledningen, håndflaten ned, slik at strømmen flyter fra fingrene, vil den bøyde tommelen peke mot nordpolen til den magnetiske nålen.Et slikt felt kalles et sirkulært magnetfelt.

Retningen til kraftlinjene til det sirkulære feltet avhenger av retninger for elektrisk strøm i dirigenten og bestemmes av den såkalte kardanregelen. Hvis gimbalen er mentalt vridd i strømmens retning, vil rotasjonsretningen til håndtaket sammenfalle med retningen til feltets magnetfeltlinjer. Ved å bruke denne regelen kan du finne ut retningen til strømmen i ledningen hvis du vet retningen til feltlinjene i feltet som er opprettet av den strømmen.

For å gå tilbake til eksperimentet med magnetnål, kan du sørge for at den alltid er plassert med nordenden i retning av magnetfeltlinjene.

Dermed oppstår et magnetfelt rundt en rett ledning som en elektrisk strøm går gjennom. Det har form av konsentriske sirkler og kalles et sirkulært magnetfelt.

Såler etc. Solenoid magnetfelt

Et magnetfelt oppstår rundt en hvilken som helst ledning, uansett form, forutsatt at det går en elektrisk strøm gjennom ledningen.

V elektroteknikk vi driver med forskjellige typer spolerbestående av et antall svinger.For å undersøke magnetfeltet til spolen av interesse, la oss først vurdere hvilken form magnetfeltet til en sving har.

Se for deg en spole med tykk ledning som går gjennom et stykke papp og koblet til en strømkilde. Når en elektrisk strøm går gjennom spolen, dannes det et sirkulært magnetfelt rundt hver enkelt del av spolen. I følge «gimbal»-regelen er det lett å fastslå at magnetfeltlinjene inne i sløyfen har samme retning (mot oss eller bort fra oss, avhengig av strømmens retning i sløyfen) og de går ut fra den ene siden av løkken og gå inn fra den andre siden En serie slike spoler, i form av en spiral, er en såkalt solenoid (spole).

Et magnetfelt dannes rundt solenoiden når strøm går gjennom den. Det oppnås som et resultat av å legge til magnetfeltene for hver sving og i form ligner magnetfeltet til en rettlinjet magnet. Solenoidens magnetfeltlinjer, som med en rettlinjet magnet, forlater den ene enden av solenoiden og går tilbake til den andre. Inne i solenoiden har de samme retning. Dermed er endene av solenoiden polarisert. Enden som kraftledningene går ut fra er solenoidens nordpol, og enden der kraftledningene kommer inn er dens sydpol.

Solenoidpoler kan bestemmes av høyreregelen, men for dette må du vite retningen til strømmen i svingene. Hvis du legger høyre hånd på solenoiden, håndflaten ned, slik at strømmen flyter fra fingrene, vil den bøyde tommelen peke mot solenoidens nordpol... Av denne regelen følger det at polariteten til solenoiden avhenger på retningen til strømmen i den.Dette er enkelt å sjekke i praksis ved å føre en magnetnål til en av solenoidpolene og deretter endre retningen på strømmen i solenoiden. Pilen vil umiddelbart rotere 180 °, det vil si at den vil vise at polene til solenoiden har endret seg.

Solenoiden har evnen til å trekke lungene, støvfulle gjenstander. Hvis en stålstang plasseres inne i solenoiden, etter en tid, under påvirkning av magnetfeltet til solenoiden, vil stangen bli magnetisert. Denne metoden brukes i produksjonen permanente magneter.

Elektromagneter

Elektromagnet er en spole (solenoid) med en jernkjerne plassert inni den. Formene og størrelsene på elektromagneter er forskjellige, men den generelle strukturen til dem alle er den samme.

Spolen til en elektromagnet er en ramme laget oftest av pressboard eller fiber og har forskjellige former avhengig av formålet med elektromagneten. En kobberisolert ledning er viklet på rammen i flere lag - spolen til elektromagneten. Den har et forskjellig antall omdreininger og er laget av tråd med forskjellige diametre, avhengig av formålet med elektromagneten.

For å beskytte spolens isolasjon mot mekanisk skade, er spolen dekket med ett eller flere lag med papir eller annet isolasjonsmateriale. Begynnelsen og slutten av viklingen bringes ut og kobles til utgangsterminalene festet på rammen eller til fleksible ledninger med ører i endene.

Spolen til elektromagneten er montert på en kjerne laget av mykt, glødet jern eller legeringer av jern med silisium, nikkel, etc. Dette jernet har minst rester magnetisme... Kjernene er oftest laget av tynne plater, isolert fra hverandre.Formene på kjernen kan være forskjellige, avhengig av formålet med elektromagneten.

Hvis en elektrisk strøm går gjennom spolen til en elektromagnet, dannes det et magnetfelt rundt spolen, som magnetiserer kjernen. Siden kjernen er laget av mykt jern, vil den umiddelbart bli magnetisert. Slår du da av strømmen vil også kjernens magnetiske egenskaper raskt forsvinne og den slutter å være en magnet. Polene til en elektromagnet, som en solenoid, bestemmes av høyrehåndsregelen. Hvis i spolen til elektromagneten og gmEat gjeldende retning, vil polariteten til elektromagneten endres tilsvarende.

Virkningen til en elektromagnet er lik den til en permanent magnet. Det er imidlertid stor forskjell mellom de to. En permanent magnet er alltid magnetisk, og en elektromagnet - bare når en elektrisk strøm går gjennom spolen.

I tillegg er tiltrekningskraften til permanentmagneten uendret, siden den magnetiske fluksen til en permanentmagnet er uendret. Tiltrekningskraften til en elektromagnet er ikke konstant Den samme elektromagneten kan ha ulik tyngdekraft. Tiltrekningskraften til enhver magnet avhenger av størrelsen på dens magnetiske fluks.

Tiltrekningen til en siltelektromagnet, og derfor dens magnetiske fluks, avhenger av størrelsen på strømmen som går gjennom spolen til denne elektromagneten. Jo større strømmen er, desto større tiltrekningskraft til elektromagneten, og omvendt, jo mindre strømmen er i elektromagnetens spole, jo mindre kraft tiltrekker den magnetiske legemer til seg selv.

Men for elektromagneter av forskjellig design og størrelse, avhenger styrken av deres tiltrekning ikke bare av størrelsen på strømmen i spolen.Hvis vi for eksempel tar to elektromagneter av samme enhet og størrelse, men en med et lite antall spoler, og den andre med et mye større antall, så er det lett å se at ved samme strøm vil tiltrekningskraften til sistnevnte vil være mye større. Faktisk, jo større antall spoler, jo større, ved en gitt strøm, er det magnetiske feltet som skapes rundt den spolen, siden det består av magnetfeltene for hver sving. Dette betyr at den magnetiske fluksen til elektromagneten og følgelig kraften til dens tiltrekning vil være større, jo større antall omdreininger på spolen.

Det er en annen grunn som påvirker størrelsen på den magnetiske fluksen til en elektromagnet. Dette er kvaliteten på dens magnetiske krets. En magnetisk krets er banen langs hvilken den magnetiske fluksen lukkes. Den magnetiske kretsen har en viss magnetisk motstand... Den magnetiske motstanden avhenger av den magnetiske permeabiliteten til mediet som den magnetiske fluksen passerer gjennom. Jo større magnetisk permeabilitet til dette mediet, jo lavere er dets magnetiske motstand.

Siden den magnetiske permeabiliteten til ferromagnetiske legemer (jern, stål) er mange ganger større enn den magnetiske permeabiliteten til luft, er det derfor mer lønnsomt å lage elektromagneter slik at deres magnetiske krets ikke inneholder luftseksjoner. Produktet av strømmens styrke og antall omdreininger av spolen til elektromagneten kalles den magnetomotoriske kraften... Den magnetomotoriske kraften måles ved antall ampereomdreininger.

For eksempel strømmer en strøm på 50 mA gjennom spolen til en elektromagnet med 1200 omdreininger. Magnetomotorisk kraft av en slik elektromagnet lik 0,05 NS 1200 = 60 ampere.

Virkningen av den magnetomotoriske kraften ligner virkningen av den elektromotoriske kraften i en elektrisk krets. Akkurat som EMF er årsaken til elektrisk strøm, skaper magnetomotorisk kraft magnetisk fluks i en elektromagnet. Akkurat som i en elektrisk krets, når EMF øker, øker verdien av strømmen, så i en magnetisk krets, når den magnetomotoriske kraften øker, øker den magnetiske fluksen.

Magnetisk motstandsvirkning lik virkningen av elektrisk kretsmotstand. Akkurat som når motstanden til en elektrisk krets øker, avtar strømmen, slik i en magnetisk krets, forårsaker en økning i den magnetiske motstanden en reduksjon i den magnetiske fluksen.

Avhengigheten av den magnetiske fluksen til en elektromagnet av den magnetomotoriske kraften og dens magnetiske motstand kan uttrykkes med en formel som ligner formelen til Ohms lov: magnetomotorisk kraft = (magnetisk fluks / reluktans)

Den magnetiske fluksen er lik den magnetomotoriske kraften delt på reluktansen.

Antall omdreininger av spolen og den magnetiske motstanden for hver elektromagnet er en konstant verdi. Derfor endres den magnetiske fluksen til en gitt elektromagnet bare med en endring i strømmen som flyter gjennom spolen. Siden tiltrekningskraften til en elektromagnet bestemmes av dens magnetiske fluks, for å øke (eller redusere) tiltrekningskraften til en elektromagnet, er det nødvendig å øke (eller redusere) strømmen i spolen tilsvarende.

Polarisert elektromagnet

En polarisert elektromagnet er koblingen av en permanent magnet til en elektromagnet. Den er ordnet på denne måten De såkalte forlengelsene av de myke jernstengene er festet til polene til permanentmagneten.Hver pol fungerer som en elektromagnetisk kjerne, en spole med en spole er plassert på den. Begge spolene er koblet i serie.

Siden polforlengelsene er direkte koblet til polene til en permanent magnet, har de magnetiske egenskaper selv i fravær av strøm i spolene; samtidig er tiltrekningskraften deres uendret og bestemmes av den magnetiske fluksen til en permanent magnet.

Handlingen til en polarisert elektromagnet er at når strømmen flyter gjennom spolene, øker eller avtar tiltrekningskraften til polene avhengig av størrelsen og retningen til strømmen i spolene. Denne egenskapen til en polarisert elektromagnet er basert på handlingen elektromagnetisk polarisert relé og andre elektriske apparater.

Virkningen av et magnetfelt på en strømførende leder

Hvis en ledning er plassert i et magnetfelt slik at den er vinkelrett på feltlinjene, og en elektrisk strøm går gjennom den ledningen, vil ledningen begynne å bevege seg og bli skjøvet av magnetfeltet.

Som et resultat av samspillet mellom magnetfeltet og den elektriske strømmen, begynner lederen å bevege seg, det vil si at den elektriske energien omdannes til mekanisk energi.

Kraften som ledningen frastøtes med av magnetfeltet avhenger av størrelsen på magnetens magnetiske fluks, strømmen i ledningen og lengden på den delen av ledningen som kraftlinjene krysser. Virkningsretningen til denne kraften, dvs. lederens bevegelsesretning, avhenger av strømmens retning i lederen og bestemmes av venstrehåndsregelen.

Hvis du holder håndflaten på venstre hånd slik at linjene i magnetfeltet kommer inn i den, og de utvidede fire fingrene dreies i retning av strømmen i lederen, vil den bøyde tommelen indikere lederens bevegelsesretning ... Når du bruker denne regelen, må du huske at feltlinjene strekker seg fra nordpolen til magneten.