Om magnetfältet, solenoider och elektromagneter

Magnetfält av elektrisk ström

Magnetfältet skapas inte bara av naturliga eller konstgjorda permanentmagneter, men också en ledare om en elektrisk ström passerar genom den. Därför finns det ett samband mellan magnetiska och elektriska fenomen.

Det är inte svårt att se till att det bildas ett magnetfält runt den tråd som strömmen går igenom. Placera en rak tråd över den rörliga magnetnålen parallellt med den och för en elektrisk ström genom den. Pilen kommer att ta en position vinkelrätt mot tråden.

Vilka krafter kan få magnetnålen att rotera? Uppenbarligen är styrkan på magnetfältet som skapas runt tråden. Stäng av strömmen och magnetnålen återgår till sitt normala läge. Detta tyder på att när strömmen stängs av försvinner även trådens magnetfält.

Således skapar den elektriska strömmen som passerar genom tråden ett magnetfält. För att ta reda på vilken riktning den magnetiska nålen kommer att avböja, tillämpa högerregeln.Om du placerar din högra hand på tråden, handflatan nedåt, så att strömriktningen sammanfaller med fingrarnas riktning, kommer den böjda tummen att visa avböjningsriktningen för den magnetiska nålens nordpol som är placerad under tråden . Genom att använda denna regel och känna till pilens polaritet kan du också bestämma riktningen för strömmen i tråden.

Ett rätlinjigt trådmagmatiskt fält har formen av koncentriska cirklar. Om du placerar din högra hand på tråden, handflatan nedåt, så att strömmen flyter från fingrarna, kommer den böjda tummen att peka mot den magnetiska nålens nordpol.Ett sådant fält kallas ett cirkulärt magnetfält.

Riktningen av kraftlinjerna för det cirkulära fältet beror på elektrisk ströms riktningar i ledaren och bestäms av den så kallade kardanregeln. Om gimbalen är mentalt vriden i strömriktningen, kommer rotationsriktningen för dess handtag att sammanfalla med riktningen för fältets magnetfältslinjer. Genom att tillämpa denna regel kan du ta reda på riktningen för strömmen i tråden om du vet riktningen för fältlinjerna i fältet som skapas av den strömmen.

För att återgå till experimentet med magnetnål, kan du se till att den alltid är placerad med sin norra ände i riktning mot magnetfältslinjerna.

Således uppstår ett magnetfält runt en rak tråd genom vilken en elektrisk ström passerar. Det har formen av koncentriska cirklar och kallas ett cirkulärt magnetfält.

Sulor etc. Solenoid magnetfält

Ett magnetfält uppstår runt vilken tråd som helst, oavsett dess form, förutsatt att en elektrisk ström flyter genom tråden.

V elteknik vi sysslar med olika typer av spolarbestående av ett antal varv.För att undersöka magnetfältet för spolen av intresse, låt oss först överväga vilken form magnetfältet i ett varv har.

Föreställ dig en spole av tjock tråd som löper genom en bit kartong och ansluten till en strömkälla. När en elektrisk ström passerar genom spolen bildas ett cirkulärt magnetfält runt varje enskild del av spolen. Enligt «kardan»-regeln är det lätt att fastställa att magnetfältslinjerna inuti slingan har samma riktning (mot oss eller bort från oss, beroende på strömriktningen i slingan) och de går ut från ena sidan av slingan och gå in från andra sidan En serie sådana spolar, i form av en spiral, är en så kallad solenoid (spole).

Ett magnetfält bildas runt solenoiden när ström passerar genom den. Det erhålls som ett resultat av att addera magnetfälten för varje varv och liknar till formen magnetfältet hos en rätlinjig magnet. Solenoidens magnetfältslinjer, som med en rätlinjig magnet, lämnar ena änden av solenoiden och går tillbaka till den andra. Inuti solenoiden har de samma riktning. Således är solenoidens ändar polariserade. Den ände från vilken kraftledningarna går ut är solenoidens nordpol, och änden där kraftledningarna går in är dess sydpol.

Solenoidpoler kan bestämmas av högerregeln, men för detta måste du veta riktningen för strömmen i dess varv. Om du placerar din högra hand på solenoiden, handflatan nedåt, så att strömmen flyter från fingrarna, så kommer den böjda tummen att peka mot solenoidens nordpol... Av denna regel följer att solenoidens polaritet beror på på strömriktningen i den.Detta är lätt att kontrollera i praktiken genom att föra en magnetnål till en av solenoidens poler och sedan ändra riktningen på strömmen i solenoiden. Pilen kommer omedelbart att rotera 180 °, det vill säga den visar att solenoidens poler har ändrats.

Solenoiden har förmågan att dra lungorna, dammiga föremål. Om en stålstav placeras inuti solenoiden, efter en tid, under påverkan av magnetfältet i solenoiden, kommer stången att magnetiseras. Denna metod används i produktionen permanentmagneter.

Elektromagneter

Elektromagnet är en spole (solenoid) med en järnkärna placerad inuti den. Formerna och storlekarna på elektromagneter är olika, men den allmänna strukturen för dem alla är densamma.

Spolen till en elektromagnet är en ram som oftast är gjord av pressboard eller fiber och har olika former beroende på syftet med elektromagneten. En kopparisolerad tråd är lindad på ramen i flera lager - elektromagnetens spole. Den har olika antal varv och är gjord av tråd med olika diametrar, beroende på syftet med elektromagneten.

För att skydda spolens isolering från mekanisk skada täcks spolen med ett eller flera lager av papper eller annat isolerande material. Början och slutet av lindningen tas ut och ansluts till utgångsterminalerna fästa på ramen eller till flexibla ledningar med öron i ändarna.

Elektromagnetens spole är monterad på en kärna gjord av mjukt, glödgat järn eller legeringar av järn med kisel, nickel, etc. Detta järn har minst rester magnetism... Kärnorna är oftast gjorda av tunna plåtar, isolerade från varandra.Formerna på kärnan kan vara olika, beroende på syftet med elektromagneten.

Om en elektrisk ström passerar genom spolen på en elektromagnet, så bildas ett magnetfält runt spolen, som magnetiserar kärnan. Eftersom kärnan är gjord av mjukt järn kommer den att magnetiseras omedelbart. Om du sedan stänger av strömmen kommer även kärnans magnetiska egenskaper snabbt att försvinna och den kommer att sluta vara en magnet. Polerna för en elektromagnet, som en solenoid, bestäms av högerregeln. Om i spolen av elektromagneten och gmEat nuvarande riktning, då kommer elektromagnetens polaritet att ändras i enlighet med detta.

Verkan hos en elektromagnet liknar den hos en permanentmagnet. Det är dock en stor skillnad mellan de två. En permanentmagnet är alltid magnetisk, och en elektromagnet - bara när en elektrisk ström passerar genom dess spole.

Dessutom är permanentmagnetens attraktionskraft oförändrad, eftersom det magnetiska flödet hos en permanentmagnet är oförändrat. Attraktionskraften hos en elektromagnet är inte konstant, samma elektromagnet kan ha olika gravitation. Attraktionskraften hos en magnet beror på storleken på dess magnetiska flöde.

Attraktionen hos en siltelektromagnet, och därför dess magnetiska flöde, beror på storleken på strömmen som passerar genom denna elektromagnets spole. Ju större strömmen är, desto större attraktionskraft hos elektromagneten och, omvänt, ju mindre strömmen är i elektromagnetens spole, desto mindre kraft drar den magnetiska kroppar till sig.

Men för elektromagneter av olika design och storlek beror styrkan på deras attraktion inte bara på storleken på strömmen i spolen.Om vi ​​till exempel tar två elektromagneter av samma enhet och storlek, men en med ett litet antal spolar och den andra med ett mycket större antal, så är det lätt att se att vid samma ström attraktionskraften av det senare kommer att vara mycket större. Faktum är att ju större antal spolar, desto större, vid en given ström, är det magnetiska fältet som skapas runt den spolen, eftersom det består av magnetfälten för varje varv. Detta betyder att det magnetiska flödet hos elektromagneten och följaktligen dess attraktionskraft kommer att vara större, ju större antalet varv på spolen.

Det finns en annan anledning som påverkar storleken på det magnetiska flödet hos en elektromagnet. Detta är kvaliteten på dess magnetiska krets. En magnetisk krets är den väg längs vilken det magnetiska flödet stänger. Den magnetiska kretsen har ett visst magnetiskt motstånd... Det magnetiska motståndet beror på den magnetiska permeabiliteten hos mediet genom vilket det magnetiska flödet passerar. Ju större magnetisk permeabilitet för detta medium, desto lägre är dess magnetiska motstånd.

Eftersom den magnetiska permeabiliteten hos ferromagnetiska kroppar (järn, stål) är många gånger större än luftens magnetiska permeabilitet, är det därför mer lönsamt att tillverka elektromagneter så att deras magnetiska krets inte innehåller luftsektioner. Produkten av strömstyrkan och antalet varv av elektromagnetens spole kallas för den magnetomotoriska kraften... Den magnetomotoriska kraften mäts med antalet amperevarv.

Till exempel flyter en ström på 50 mA genom spolen på en elektromagnet med 1200 varv. Magnetomotorisk kraft hos en sådan elektromagnet lika med 0,05 NS 1200 = 60 ampere.

Verkan av den magnetomotoriska kraften liknar verkan av den elektromotoriska kraften i en elektrisk krets. Precis som EMF är orsaken till elektrisk ström skapar magnetomotorisk kraft magnetiskt flöde i en elektromagnet. Precis som i en elektrisk krets, när EMF ökar, ökar värdet på strömmen, så ökar i en magnetisk krets, när den magnetomotoriska kraften ökar, det magnetiska flödet.

Magnetisk resistansverkan liknar verkan av elektrisk kretsresistans. Precis som när motståndet i en elektrisk krets ökar, minskar strömmen, så i en magnetisk krets orsakar en ökning av det magnetiska motståndet en minskning av det magnetiska flödet.

Beroendet av en elektromagnets magnetiska flöde av den magnetomotoriska kraften och dess magnetiska motstånd kan uttryckas med en formel som liknar formeln för Ohms lag: magnetomotorisk kraft = (magnetiskt flöde / reluktans)

Det magnetiska flödet är lika med den magnetomotoriska kraften dividerat med reluktansen.

Antalet varv på spolen och det magnetiska motståndet för varje elektromagnet är ett konstant värde. Därför ändras det magnetiska flödet för en given elektromagnet endast med en förändring i strömmen som flyter genom spolen. Eftersom attraktionskraften hos en elektromagnet bestäms av dess magnetiska flöde, är det nödvändigt att öka (eller minska) strömmen i dess spole för att öka (eller minska) attraktionskraften hos en elektromagnet.

Polariserad elektromagnet

En polariserad elektromagnet är kopplingen av en permanentmagnet till en elektromagnet. Den är anordnad på detta sätt. De så kallade förlängningarna av de mjuka järnstolparna är fästa vid permanentmagnetens poler.Varje pol fungerar som en elektromagnetisk kärna, en spole med en spole placeras på den. Båda spolarna är seriekopplade.

Eftersom polförlängningarna är direkt anslutna till en permanentmagnets poler, har de magnetiska egenskaper även i frånvaro av ström i spolarna; samtidigt är deras attraktionskraft oförändrad och bestäms av det magnetiska flödet hos en permanentmagnet.

Verkan av en polariserad elektromagnet är att när ström flyter genom dess spolar, ökar eller minskar attraktionskraften för dess poler beroende på storleken och riktningen av strömmen i spolarna. Denna egenskap hos en polariserad elektromagnet är baserad på verkan elektromagnetiskt polariserat relä och andra elektriska apparater.

Verkan av ett magnetiskt fält på en strömförande ledare

Om en tråd placeras i ett magnetfält så att den är vinkelrät mot fältlinjerna, och en elektrisk ström passerar genom den tråden, kommer tråden att börja röra sig och tryckas av magnetfältet.

Som ett resultat av det magnetiska fältets interaktion med den elektriska strömmen börjar ledaren röra sig, det vill säga den elektriska energin omvandlas till mekanisk energi.

Kraften med vilken tråden stöts bort av magnetfältet beror på storleken på magnetens magnetiska flöde, strömmen i tråden och längden på den del av tråden som kraftlinjerna korsar. Verkningsriktningen för denna kraft, d.v.s. ledarens rörelseriktning, beror på strömriktningen i ledaren och bestäms av vänsterregeln.

Om du håller handflatan på din vänstra hand så att magnetfältets linjer kommer in i den och de förlängda fyra fingrarna vrids i riktning mot strömmen i ledaren, kommer den böjda tummen att indikera ledarens rörelseriktning ... När du tillämpar denna regel måste du komma ihåg att fältlinjerna sträcker sig från magnetens nordpol.