Par magnētisko lauku, solenoīdiem un elektromagnētiem

Elektriskās strāvas magnētiskais lauks

Magnētisko lauku rada ne tikai dabisks vai mākslīgs pastāvīgie magnēti, bet arī vadītājs, ja caur to iet elektriskā strāva. Tāpēc pastāv saikne starp magnētiskajām un elektriskajām parādībām.

Nav grūti pārliecināties, ka ap vadu, caur kuru plūst strāva, veidojas magnētiskais lauks. Novietojiet taisnu vadu virs kustīgās magnētiskās adatas paralēli tai un izlaidiet caur to elektrisko strāvu. Bultiņa ieņems pozīciju, kas ir perpendikulāra stieplei.

Kādi spēki var izraisīt magnētiskās adatas griešanos? Acīmredzot ap vadu izveidotā magnētiskā lauka stiprums. Izslēdziet strāvu, un magnētiskā adata atgriezīsies parastajā stāvoklī. Tas liek domāt, ka, atslēdzot strāvu, pazūd arī stieples magnētiskais lauks.

Tādējādi elektriskā strāva, kas iet caur vadu, rada magnētisko lauku. Lai noskaidrotu, kurā virzienā novirzīsies magnētiskā adata, izmantojiet labās rokas likumu.Ja labo roku novietojat uz stieples ar plaukstu uz leju, lai strāvas virziens sakristu ar pirkstu virzienu, tad saliektais īkšķis parādīs zem stieples novietotās magnētiskās adatas ziemeļpola novirzes virzienu. . Izmantojot šo noteikumu un zinot bultiņas polaritāti, varat arī noteikt strāvas virzienu vadā.

Taisnveida stieples magmatiskajam laukam ir koncentrisku apļu forma. Ja labo roku novieto uz stieples ar plaukstu uz leju, lai strāva plūst no pirkstiem, tad saliektais īkšķis norādīs uz magnētiskās adatas ziemeļpolu.Šādu lauku sauc par apļveida magnētisko lauku.

Apļveida lauka spēka līniju virziens ir atkarīgs no elektriskās strāvas virzieni vadītājā un to nosaka tā sauktais kardāna noteikums. Ja kardāns ir garīgi savīts strāvas virzienā, tad tā roktura griešanās virziens sakritīs ar lauka magnētiskā lauka līniju virzienu. Piemērojot šo noteikumu, jūs varat uzzināt strāvas virzienu vadā, ja zināt šīs strāvas radītā lauka lauka līniju virzienu.

Atgriežoties pie magnētiskās adatas eksperimenta, varat pārliecināties, ka tā vienmēr ir novietota ar ziemeļu galu magnētiskā lauka līniju virzienā.

Tādējādi ap taisnu vadu, caur kuru iet elektriskā strāva, rodas magnētiskais lauks. Tam ir koncentrisku apļu forma, un to sauc par apļveida magnētisko lauku.

Zoles utt. Solenoīda magnētiskais lauks

Magnētiskais lauks rodas ap jebkuru vadu neatkarīgi no tā formas, ja caur vadu plūst elektriskā strāva.

V elektrotehnika, ar ko nodarbojamies dažāda veida spoleskas sastāv no vairākiem pagriezieniem.Lai izpētītu interesējošās spoles magnētisko lauku, vispirms apskatīsim, kāda ir viena pagrieziena magnētiskā lauka forma.

Iedomājieties biezas stieples spoli, kas iet cauri kartona gabalam un ir savienota ar strāvas avotu. Kad caur spoli iet elektriskā strāva, ap katru atsevišķu spoles daļu veidojas apļveida magnētiskais lauks. Saskaņā ar «gimbal» likumu ir viegli noteikt, ka magnētiskā lauka līnijām cilpas iekšpusē ir vienāds virziens (pret mums vai prom no mums, atkarībā no strāvas virziena cilpā) un tās iziet no vienas puses. no cilpas un ievadiet no otras puses.. Šādu spoļu sērija spirāles formā ir tā sauktais solenoīds (spole).

Ap solenoīdu veidojas magnētiskais lauks, kad caur to iet strāva. Tas tiek iegūts, saskaitot katra pagrieziena magnētiskos laukus, un pēc formas atgādina taisna magnēta magnētisko lauku. Solenoīda magnētiskā lauka līnijas, tāpat kā taisnvirziena magnēta gadījumā, atstāj vienu solenoīda galu un atgriežas otrā. Solenoīda iekšpusē tiem ir vienāds virziens. Tādējādi solenoīda gali ir polarizēti. Gals, no kura iziet elektropārvades līnijas, ir solenoīda ziemeļpols, un gals, kurā ieiet elektropārvades līnijas, ir tā dienvidu pols.

Solenoīda stabus var noteikt pēc labās puses likuma, taču šim nolūkam ir jāzina strāvas virziens pagriezienos. Ja uzliek labo roku uz solenoīda ar plaukstu uz leju, lai strāva tek no pirkstiem, tad saliektais īkšķis rādīs uz solenoīda ziemeļpolu... No šī noteikuma izriet, ka solenoīda polaritāte ir atkarīga par strāvas virzienu tajā.To ir viegli pārbaudīt praksē, pievelkot magnētisko adatu pie viena no solenoīda poliem un pēc tam mainot strāvas virzienu solenoīdā. Bultiņa nekavējoties pagriezīsies par 180 °, tas ir, parādīs, ka solenoīda stabi ir mainījušies.

Solenoīdam ir iespēja vilkt plaušas.dusmus priekšmetus. Ja solenoīda iekšpusē ievieto tērauda stieni, pēc kāda laika solenoīda magnētiskā lauka ietekmē stienis tiks magnetizēts. Šo metodi izmanto ražošanā pastāvīgie magnēti.

Elektromagnēti

Elektromagnēts ir spole (solenoīds), kuras iekšpusē ir ievietots dzelzs serdenis. Elektromagnētu formas un izmēri ir dažādi, taču to visu kopējā struktūra ir vienāda.

Elektromagnēta spole ir rāmis, kas visbiežāk izgatavots no preskartona vai šķiedras, un tam ir dažādas formas atkarībā no elektromagnēta mērķa. Uz rāmja vairākos slāņos uztīts ar vara izolēts vads - elektromagnēta spole. Tam ir atšķirīgs apgriezienu skaits un tas ir izgatavots no dažāda diametra stieples atkarībā no elektromagnēta mērķa.

Lai aizsargātu spoles izolāciju no mehāniskiem bojājumiem, spole ir pārklāta ar vienu vai vairākiem papīra vai cita izolācijas materiāla slāņiem. Tinuma sākums un beigas tiek izvilkti un savienoti ar izejas spailēm, kas piestiprinātas pie rāmja, vai elastīgiem vadiem ar ausīm galos.

Elektromagnēta spole ir uzstādīta uz serdes, kas izgatavota no mīksta, atkvēlināta dzelzs vai dzelzs sakausējumiem ar silīciju, niķeli utt. Šim dzelzs ir vismazāk atlikumu magnētisms... Serdes visbiežāk ir izgatavotas no plānām loksnēm, izolētas viena no otras.Kodola formas var būt dažādas, atkarībā no elektromagnēta mērķa.

Ja caur elektromagnēta spoli iet elektriskā strāva, tad ap spoli veidojas magnētiskais lauks, kas magnetizē serdi. Tā kā kodols ir izgatavots no mīksta dzelzs, tas nekavējoties tiks magnetizēts. Ja pēc tam izslēgsit strāvu, arī kodola magnētiskās īpašības ātri pazudīs un tas pārstās būt magnēts. Elektromagnēta polus, tāpat kā solenoīdu, nosaka labās rokas likums. Ja elektromagnēta spolē ungmĒst pašreizējais virziens, tad attiecīgi mainīsies elektromagnēta polaritāte.

Elektromagnēta darbība ir līdzīga pastāvīgā magnēta darbībai. Tomēr starp abiem ir liela atšķirība. Pastāvīgais magnēts vienmēr ir magnētisks, bet elektromagnēts - tikai tad, kad caur tā spoli iet elektriskā strāva.

Turklāt pastāvīgā magnēta pievilkšanas spēks nemainās, jo pastāvīgā magnēta magnētiskā plūsma nemainās. Elektromagnēta pievilkšanās spēks nav nemainīgs.. Vienam un tam pašam elektromagnētam var būt dažāda smaguma spēks. Jebkura magnēta pievilkšanās spēks ir atkarīgs no tā magnētiskās plūsmas lieluma.

Dūņu elektromagnēta pievilcība un līdz ar to arī tā magnētiskā plūsma ir atkarīga no strāvas lieluma, kas iet caur šī elektromagnēta spoli. Jo lielāka ir strāva, jo lielāks ir elektromagnēta pievilkšanas spēks un, gluži pretēji, jo mazāka ir strāva elektromagnēta spolē, jo mazāks spēks tas pievelk magnētiskos ķermeņus sev.

Bet dažāda dizaina un izmēra elektromagnētiem to pievilkšanās spēks ir atkarīgs ne tikai no strāvas stipruma spolē.Ja, piemēram, ņemam divus vienādas ierīces un izmēra elektromagnētus, bet vienu ar nelielu spoļu skaitu, bet otru ar daudz lielāku skaitu, tad ir viegli redzēt, ka pie vienas strāvas pievilkšanas spēks pēdējais būs daudz lielāks. Patiešām, jo ​​lielāks ir spoļu skaits, jo lielāks, pie noteiktas strāvas, ap šo spoli tiek izveidots magnētiskais lauks, jo tas sastāv no katra pagrieziena magnētiskajiem laukiem. Tas nozīmē, ka elektromagnēta magnētiskā plūsma un attiecīgi tā pievilkšanas spēks būs lielāks, jo lielāks būs spoles apgriezienu skaits.

Ir vēl viens iemesls, kas ietekmē elektromagnēta magnētiskās plūsmas lielumu. Tā ir tā magnētiskās ķēdes kvalitāte. Magnētiskā ķēde ir ceļš, pa kuru magnētiskā plūsma aizveras. Magnētiskajai ķēdei ir noteikta magnētiskā pretestība... Magnētiskā pretestība ir atkarīga no vides magnētiskās caurlaidības, caur kuru iet magnētiskā plūsma. Jo lielāka ir šīs vides magnētiskā caurlaidība, jo zemāka ir tās magnētiskā pretestība.

Tā kā feromagnētisko ķermeņu (dzelzs, tērauda) mmagnētiskā caurlaidība ir daudzkārt lielāka par gaisa magnētisko caurlaidību, tāpēc elektromagnētus ir izdevīgāk izgatavot tā, lai to magnētiskajā ķēdē nebūtu gaisa sekcijas. Strāvas stipruma un elektromagnēta spoles apgriezienu skaita reizinājumu sauc par magnetomotīves spēku... Magnetomotīves spēku mēra ar ampēru apgriezienu skaitu.

Piemēram, caur elektromagnēta spoli ar 1200 apgriezieniem plūst 50 mA strāva. Šāda elektromagnēta magnetomotīves spēks, kas vienāds ar 0,05 NS 1200 = 60 ampēri.

Magnetomotīves spēka darbība ir līdzīga elektromotora spēka darbībai elektriskā ķēdē. Tāpat kā EML ir elektriskās strāvas cēlonis, magnetomotīves spēks rada magnētisko plūsmu elektromagnētā. Tāpat kā elektriskajā ķēdē, palielinoties EMF, palielinās strāvas vērtība, tā arī magnētiskajā ķēdē, palielinoties magnetomotīves spēkam, palielinās magnētiskā plūsma.

Magnētiskās pretestības darbība ir līdzīga elektriskās ķēdes pretestības darbībai. Tāpat kā, palielinoties elektriskās ķēdes pretestībai, strāva samazinās, tā arī magnētiskajā ķēdē magnētiskās pretestības palielināšanās izraisa magnētiskās plūsmas samazināšanos.

Elektromagnēta magnētiskās plūsmas atkarību no magnetomotīves spēka un tā magnētiskās pretestības var izteikt ar formulu, kas līdzīga Ohma likuma formulai: magnetomotīves spēks = (magnētiskā plūsma / pretestība)

Magnētiskā plūsma ir vienāda ar magnetomotīves spēku, kas dalīts ar pretestību.

Spoles apgriezienu skaits un katra elektromagnēta magnētiskā pretestība ir nemainīga vērtība. Tāpēc dotā elektromagnēta magnētiskā plūsma mainās tikai mainoties strāvai, kas plūst caur spoli. Tā kā elektromagnēta pievilkšanas spēku nosaka tā magnētiskā plūsma, lai palielinātu (vai samazinātu) elektromagnēta pievilkšanas spēku, ir nepieciešams attiecīgi palielināt (vai samazināt) strāvu tā spolē.

Polarizēts elektromagnēts

Polarizēts elektromagnēts ir pastāvīgā magnēta savienojums ar elektromagnētu. Tas ir sakārtots tā.Pie pastāvīgā magnēta poliem ir piestiprināti tā sauktie mīksto dzelzs stabu pagarinājumi.Katrs pols kalpo kā elektromagnētiskais serdenis.Uz tā tiek uzlikta spole ar spoli. Abas spoles ir savienotas virknē.

Tā kā polu paplašinājumi ir tieši savienoti ar pastāvīgā magnēta poliem, tiem ir magnētiskas īpašības pat tad, ja spoles nav strāvas; tajā pašā laikā to pievilkšanās spēks nemainās un to nosaka pastāvīgā magnēta magnētiskā plūsma.

Polarizēta elektromagnēta darbība ir tāda, ka, strāvai plūstot caur tā spolēm, tā polu pievilkšanās spēks palielinās vai samazinās atkarībā no strāvas lieluma un virziena spolēs. Šī polarizētā elektromagnēta īpašība ir balstīta uz darbību elektromagnētiskais polarizētais relejs un citas elektriskās ierīces.

Magnētiskā lauka darbība uz strāvu nesošo vadītāju

Ja vadu novieto magnētiskajā laukā tā, lai tas būtu perpendikulārs lauka līnijām, un caur šo vadu iet elektriskā strāva, vads sāks kustēties un magnētiskais lauks to stumj.

Magnētiskā lauka mijiedarbības rezultātā ar elektrisko strāvu vadītājs sāk kustēties, tas ir, elektriskā enerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā.

Spēks, ar kādu vadu atgrūž magnētiskais lauks, ir atkarīgs no magnēta magnētiskās plūsmas lieluma, strāvas vadā un tās stieples daļas garuma, kuru šķērso spēka līnijas. Šī spēka darbības virziens, t.i., vadītāja kustības virziens, ir atkarīgs no strāvas virziena vadītājā, un to nosaka kreisās puses noteikums.

Ja turat kreisās rokas plaukstu tā, lai tajā iekļūtu magnētiskā lauka līnijas, un izstieptie četri pirksti ir pagriezti strāvas virzienā vadītājā, tad saliektais īkšķis norādīs vadītāja kustības virzienu. ... Piemērojot šo noteikumu, jums jāatceras, ka lauka līnijas stiepjas no magnēta ziemeļpola.