O magnetnem polju, solenoidih in elektromagnetih

Magnetno polje električnega toka

Magnetno polje ni samo naravno ali umetno ustvarjeno trajni magneti, ampak tudi prevodnik, če skozenj teče električni tok. Zato obstaja povezava med magnetnimi in električnimi pojavi.

Ni težko zagotoviti, da okoli žice, po kateri teče tok, nastane magnetno polje. Na premično magnetno iglo vzporedno z njo položite ravno žico in skozi njo spustite električni tok. Puščica se bo postavila pravokotno na žico.

Katere sile bi lahko povzročile vrtenje magnetne igle? Očitno je moč magnetnega polja, ustvarjenega okoli žice. Izklopite napajanje in magnetna igla se bo vrnila v normalen položaj. To nakazuje, da ko je tok izklopljen, izgine tudi magnetno polje žice.

Tako električni tok, ki teče skozi žico, ustvari magnetno polje. Če želite ugotoviti, v katero smer se bo magnetna igla odklonila, uporabite pravilo desne roke.Če desno roko položite na žico z dlanjo navzdol, tako da smer toka sovpada s smerjo prstov, bo upognjen palec pokazal smer odklona severnega pola magnetne igle, nameščene pod žico. . S tem pravilom in poznavanjem polarnosti puščice lahko določite tudi smer toka v žici.

Magmatsko polje pravokotne žice ima obliko koncentričnih krogov. Če položimo desno roko na žico z dlanjo navzdol, tako da tok teče iz prstov, bo upognjen palec kazal na severni pol magnetne igle.Takemu polju pravimo krožno magnetno polje.

Smer silnic krožnega polja je odvisna od smeri električnega toka v prevodniku in je določen s tako imenovanim gimbalnim pravilom. Če je gimbal miselno zasukan v smeri toka, bo smer vrtenja njegovega ročaja sovpadala s smerjo silnic magnetnega polja. Z uporabo tega pravila lahko ugotovite smer toka v žici, če poznate smer poljskih črt polja, ki ga ustvarja ta tok.

Če se vrnemo k eksperimentu z magnetno iglo, se lahko prepričate, da je vedno postavljena s severnim koncem v smeri silnic magnetnega polja.

Tako nastane magnetno polje okrog ravne žice, skozi katero teče električni tok. Ima obliko koncentričnih krogov in se imenuje krožno magnetno polje.

Podplati itd. Magnetno polje solenoida

Magnetno polje nastane okrog katere koli žice, ne glede na njeno obliko, pod pogojem, da skozi žico teče električni tok.

V elektrotehniki se ukvarjamo različne vrste tuljavki je sestavljen iz številnih zavojev.Da bi raziskali magnetno polje tuljave, ki nas zanima, najprej razmislimo, kakšno obliko ima magnetno polje enega obrata.

Predstavljajte si tuljavo debele žice, ki teče skozi kos kartona in je povezana z virom energije. Ko skozi tuljavo teče električni tok, se okrog vsakega posameznega dela tuljave oblikuje krožno magnetno polje. Po pravilu "gimbal" je enostavno ugotoviti, da imajo magnetne silnice znotraj zanke isto smer (proti nam ali stran od nas, odvisno od smeri toka v zanki) in izstopajo z ene strani zanke in vstopite z druge strani Niz takšnih tuljav v obliki spirale je tako imenovani solenoid (tuljava).

Magnetno polje se oblikuje okoli solenoida, ko skozi njega teče tok. Dobi se kot rezultat seštevanja magnetnih polj vsakega obrata in po obliki spominja na magnetno polje pravokotnega magneta. Magnetne silnice solenoida, tako kot pri pravokotnem magnetu, zapustijo en konec solenoida in se vrnejo na drugega. Znotraj solenoida imata isto smer. Tako so konci solenoida polarizirani. Konec, iz katerega izhajajo daljnovodi, je severni pol solenoida, konec, kjer vstopajo daljnovodi, pa je njegov južni pol.

Pole solenoida lahko določite z desnim pravilom, vendar morate za to poznati smer toka v njegovih obratih. Če položite desno roko na solenoid z dlanjo navzdol, tako da tok teče iz prstov, bo upognjen palec kazal na severni pol solenoida ... Iz tega pravila sledi, da je polarnost solenoida odvisna od o smeri toka v njej.To je enostavno preveriti v praksi tako, da magnetno iglo približate enemu od polov solenoida in nato spremenite smer toka v solenoidu. Puščica se bo takoj zavrtela za 180 °, to pomeni, da bo pokazala, da so se poli solenoida spremenili.

Solenoid ima sposobnost, da nariše pljuča, nevarne predmete. Če je jeklena palica nameščena v solenoid, se bo čez nekaj časa pod vplivom magnetnega polja solenoida magnetizirala palica. Ta metoda se uporablja v proizvodnji trajni magneti.

Elektromagneti

Elektromagnet je tuljava (solenoid) z železnim jedrom v njej. Oblike in velikosti elektromagnetov so različne, vendar je splošna struktura vseh enaka.

Tuljava elektromagneta je ogrodje, ki je najpogosteje izdelano iz stiskalnice ali vlaken in ima različne oblike glede na namen elektromagneta. Na okvir je v več plasteh navita bakreno izolirana žica - tuljava elektromagneta. Ima različno število ovojev in je izdelan iz žice različnih premerov, odvisno od namena elektromagneta.

Za zaščito izolacije tuljave pred mehanskimi poškodbami je tuljava prekrita z eno ali več plastmi papirja ali drugega izolacijskega materiala. Začetek in konec navitja se izvlečeta in priključita na izhodne sponke, pritrjene na okvirju, ali na gibke žice z ušesi na koncih.

Tuljava elektromagneta je nameščena na jedro iz mehkega, žarjenega železa ali zlitin železa s silicijem, nikljem itd. To železo ima najmanj ostankov magnetizem... Jedra so najpogosteje izdelana iz tankih plošč, ki so med seboj izolirane.Oblike jedra so lahko različne, odvisno od namena elektromagneta.

Če skozi tuljavo elektromagneta teče električni tok, se okrog tuljave oblikuje magnetno polje, ki magnetizira jedro. Ker je jedro izdelano iz mehkega železa, se bo takoj magnetiziralo. Če nato izklopite tok, bodo hitro izginile tudi magnetne lastnosti jedra in ne bo več magnet. Poli elektromagneta, tako kot solenoida, so določeni z desnim pravilom. Če v tuljavi elektromagneta ingmEat trenutna smer, potem se bo polarnost elektromagneta ustrezno spremenila.

Delovanje elektromagneta je podobno delovanju trajnega magneta. Vendar je med obema velika razlika. Trajni magnet je vedno magneten, elektromagnet pa le, ko skozi njegovo tuljavo teče električni tok.

Poleg tega je privlačna sila trajnega magneta nespremenjena, saj je magnetni tok trajnega magneta nespremenjen. Privlačna sila elektromagneta ni konstantna, isti elektromagnet ima lahko različno težo. Privlačna sila katerega koli magneta je odvisna od velikosti njegovega magnetnega pretoka.

Privlačnost muljnega elektromagneta in s tem njegov magnetni tok je odvisna od velikosti toka, ki teče skozi tuljavo tega elektromagneta. Večji kot je tok, večja je privlačna sila elektromagneta in, nasprotno, manjši kot je tok v tuljavi elektromagneta, manjša sila privlači magnetna telesa k sebi.

Toda pri elektromagnetih različnih oblik in velikosti moč njihove privlačnosti ni odvisna samo od velikosti toka v tuljavi.Če na primer vzamemo dva elektromagneta enake naprave in velikosti, vendar enega z majhnim številom tuljav in drugega z veliko večjim številom, potem je enostavno videti, da pri istem toku sila privlačnosti slednje bo veliko večje. Večje kot je število tuljav, večje je pri danem toku magnetno polje, ustvarjeno okoli te tuljave, saj je sestavljeno iz magnetnih polj vsakega ovoja. To pomeni, da bosta magnetni tok elektromagneta in s tem sila njegove privlačnosti večja, čim večje je število obratov tuljave.

Obstaja še en razlog, ki vpliva na velikost magnetnega pretoka elektromagneta. To je kakovost njegovega magnetnega vezja. Magnetno vezje je pot, po kateri se sklene magnetni tok. Magnetno vezje ima določen magnetni upor ... Magnetni upor je odvisen od magnetne prepustnosti medija, skozi katerega prehaja magnetni tok. Večja kot je magnetna prepustnost tega medija, manjši je njegov magnetni upor.

Ker je magnetna prepustnost feromagnetnih teles (železo, jeklo) večkrat večja od magnetne prepustnosti zraka, je zato bolj donosno izdelati elektromagnete tako, da njihov magnetni krog ne vsebuje zračnih odsekov. Zmnožek jakosti toka in števila ovojev tuljave elektromagneta imenujemo magnetomotorna sila... Magnetomotorna sila se meri s številom amper-ovojev.

Na primer, skozi tuljavo elektromagneta s 1200 obrati teče tok 50 mA. Magnetomotorna sila takega elektromagneta je enaka 0,05 NS 1200 = 60 amperov.

Delovanje magnetomotorne sile je podobno delovanju elektromotorne sile v električnem krogu. Tako kot je elektromagnetno polje vzrok za električni tok, ustvarja magnetna sila magnetni tok v elektromagnetu. Tako kot v električnem krogu z večanjem EMF narašča vrednost toka, tako se v magnetnem krogu z večanjem magnetomotorne sile povečuje magnetni pretok.

Delovanje magnetnega upora je podobno delovanju upora električnega tokokroga. Tako kot pri povečanju upora električnega tokokroga se tok zmanjša, tako v magnetnem krogu povečanje magnetnega upora povzroči zmanjšanje magnetnega pretoka.

Odvisnost magnetnega pretoka elektromagneta od magnetomotorne sile in njegovega magnetnega upora lahko izrazimo s formulo, podobno formuli Ohmovega zakona: magnetomotorna sila = (magnetni pretok / upor)

Magnetni pretok je enak magnetomotorni sili, deljeni z uporom.

Število ovojev tuljave in magnetni upor za vsak elektromagnet je stalna vrednost. Zato se magnetni pretok danega elektromagneta spreminja le s spremembo toka, ki teče skozi tuljavo. Ker je sila privlačnosti elektromagneta določena z njegovim magnetnim tokom, je za povečanje (ali zmanjšanje) sile privlačnosti elektromagneta potrebno ustrezno povečati (ali zmanjšati) tok v njegovi tuljavi.

Polariziran elektromagnet

Polariziran elektromagnet je sklop trajnega magneta z elektromagnetom. Urejen je tako, da so tako imenovani podaljški polov iz mehkega železa pritrjeni na pole trajnega magneta.Vsak pol služi kot elektromagnetno jedro.Na njem je nameščena tuljava s tuljavo. Obe tuljavi sta povezani zaporedno.

Ker so podaljški polov neposredno povezani s poli trajnega magneta, imajo magnetne lastnosti tudi v odsotnosti toka v tuljavah; hkrati pa je njihova sila privlačnosti nespremenjena in jo določa magnetni pretok trajnega magneta.

Delovanje polariziranega elektromagneta je, da ko tok teče skozi njegove tuljave, se privlačna sila njegovih polov poveča ali zmanjša glede na velikost in smer toka v tuljavah. Ta lastnost polariziranega elektromagneta temelji na delovanju elektromagnetni polarizirani rele in druge električne naprave.

Delovanje magnetnega polja na vodnik s tokom

Če žico postavimo v magnetno polje tako, da je pravokotna na poljske črte, in skozi to žico teče električni tok, se bo žica začela premikati in magnetno polje jo bo potiskalo.

Zaradi interakcije magnetnega polja z električnim tokom se prevodnik začne premikati, to pomeni, da se električna energija pretvori v mehansko.

Sila, s katero žico odbija magnetno polje, je odvisna od velikosti magnetnega pretoka magneta, toka v žici in dolžine tistega dela žice, ki ga prečkajo silnice. Smer delovanja te sile, to je smer gibanja vodnika, je odvisna od smeri toka v prevodniku in je določena s pravilom leve roke.

Če držite dlan leve roke tako, da vanj vstopijo črte magnetnega polja, iztegnjeni štirje prsti pa so obrnjeni v smeri toka v prevodniku, bo upognjen palec pokazal smer gibanja prevodnika. ... Pri uporabi tega pravila se morate spomniti, da se silnice polja raztezajo od severnega pola magneta.