За магнитното поле, соленоидите и електромагнитите
Магнитно поле на електрически ток
Магнитното поле не се създава само от естествено или изкуствено постоянни магнити, но и проводник, ако през него преминава електрически ток. Следователно има връзка между магнитни и електрически явления.
Не е трудно да се уверите, че около проводника, през който протича токът, се образува магнитно поле. Поставете прав проводник над подвижната магнитна игла успоредно на него и пропуснете електрически ток през него. Стрелката ще заеме позиция, перпендикулярна на проводника.
Какви сили биха могли да накарат магнитната игла да се завърти? Очевидно силата на магнитното поле, възникнала около проводника. Изключете тока и магнитната игла ще се върне в нормалното си положение. Това предполага, че когато токът е изключен, магнитното поле на проводника също изчезва.
По този начин електрическият ток, преминаващ през проводника, създава магнитно поле. За да разберете в коя посока магнитната игла ще се отклони, приложете правилото за дясната ръка. Ако поставите дясната си ръка върху проводника, с длан надолу, така че посоката на тока да съвпада с посоката на пръстите, тогава огънатият палец ще покаже посоката на отклонение на северния полюс на магнитната стрелка, поставена под проводника. Използвайки това правило и познавайки полярността на стрелката, можете също да определите посоката на тока в проводника.
Мправолинейно проводниково агнитно поле има формата на концентрични кръгове. Ако поставите дясната си ръка върху проводника, с длан надолу, така че токът да излиза от пръстите, тогава огънатият палец ще сочи към северния полюс на магнитната стрелка.Такова поле се нарича кръгово магнитно поле.
Посоката на силовите линии на кръговото поле зависи от посоки на електрически ток в проводника и се определя от т.нар правилото на кардана. Ако карданът е психически завит по посока на тока, тогава посоката на въртене на дръжката му ще съвпада с посоката на линиите на магнитното поле на полето. Прилагайки това правило, можете да разберете посоката на тока в проводника, ако знаете посоката на силовите линии на полето, създадено от този ток.
Връщайки се към експеримента с магнитната игла, можете да се уверите, че тя винаги е разположена със северния си край по посока на линиите на магнитното поле.
Така, около прав проводник, през който преминава електрически ток, възниква магнитно поле. Той има формата на концентрични кръгове и се нарича кръгово магнитно поле.
Подметкии т.н. Соленоидно магнитно поле
Около всеки проводник възниква магнитно поле, независимо от неговата форма, при условие че Какво през проводника тече електрически ток.
V електроинженерство имаме работа с различни видове намоткисъстоящ се от редица завои. За да изследваме магнитното поле на интересуващата ни бобина, нека първо разгледаме каква форма има магнитното поле на един завой.
Представете си намотка от дебел проводник, преминаваща през парче картон и свързана към източник на захранване. Когато през намотката преминава електрически ток, около всяка отделна част от бобината се образува кръгово магнитно поле. Според правилото за «кардан» е лесно да се определи, че магнитните силови линии вътре в контура имат една и съща посока (към нас или далеч от нас, в зависимост от посоката на тока в контура) и те излизат от едната страна на контура и влезте от другата страна.Поредица от такива намотки, под формата на спирала, е т.нар соленоид (бобина).
Около соленоида, когато токът преминава през него, се образува магнитно поле. Получава се в резултат на добавяне на магнитните полета на всеки завой и по форма прилича на магнитното поле на праволинеен магнит. Силовите линии на магнитното поле на соленоида, както при праволинеен магнит, напускат единия край на соленоида и се връщат към другия. Вътре в соленоида те имат една и съща посока. По този начин краищата на соленоида са поляризирани. Краят, от който излизат силовите линии, е Северен полюс соленоид, а краят, в който влизат силовите линии, е негов Южен полюс.
Соленоидни стълбове може да се определи чрез правило на дясната ръка, но за това трябва да знаете посоката на тока в неговите завои. Ако поставите дясната си ръка върху соленоида, с длан надолу, така че токът да излиза от пръстите, тогава огънатият палец ще сочи към северния полюс на соленоида… От това правило следва, че полярността на соленоида зависи от посоката на тока в него. Това е лесно да се провери на практика, като се приведе магнитна игла към един от полюсите на соленоида и след това се промени посоката на тока в соленоида. Стрелката незабавно ще се завърти на 180 °, тоест ще покаже, че полюсите на соленоида са се променили.
Соленоидът има способността да изтегля белите дробове.дполезни обекти. Ако вътре в соленоида е поставена стоманена пръчка, след известно време, под въздействието на магнитното поле на соленоида, щангата ще бъде намагнетизирана. Този метод се използва при производството постоянни магнити.
Електромагнити
Електромагнит е намотка (соленоид) с желязна сърцевина, поставена вътре в нея. Формите и размерите на електромагнитите са различни, но общата структура на всички тях е една и съща.
Намотката на електромагнит е рамка, направена най -често от пресова дъска или влакно и има различни форми в зависимост от предназначението на електромагнита. Медно изолиран проводник се навива върху рамката на няколко слоя — намотката на електромагнита. Той има различен брой завои и е направен от тел с различни диаметри, в зависимост от предназначението на електромагнита.
За да се предпази изолацията на намотката от механични повреди, намотката е покрита с един или повече слоеве хартия или друг изолационен материал. Началото и краят на намотката се извеждат и се свързват към изходните клеми, фиксирани върху рамката, или към гъвкави проводници с уши в краищата.
Намотката на електромагнита е монтирана върху сърцевина, изработена от меко, отгрято желязо или сплави от желязо със силиций, никел и др. Това желязо има най -малко остатъци магнетизъм… Ядрата най -често са направени от тънки листове, изолирани един от друг. Формите на сърцевината могат да бъдат различни, в зависимост от предназначението на електромагнита.
Ако през намотката на електромагнит преминава електрически ток, тогава около намотката се образува магнитно поле, което магнетизира сърцевината. Тъй като сърцевината е изработена от меко желязо, тя ще бъде намагнетирана незабавно. Ако след това изключите тока, магнитните свойства на сърцевината също бързо ще изчезнат и тя ще престане да бъде магнит. Полюсите на електромагнит, подобно на соленоид, се определят от правилото на дясната ръка. Ако в намотката на електромагнита иgmЯжте посока на тока, тогава полярността на електромагнита ще се промени съответно.
Действието на електромагнит е подобно на това на постоянен магнит. Между двете обаче има голяма разлика. Постоянният магнит винаги е магнитен, а електромагнитът- само когато през намотката му преминава електрически ток.
В допълнение, силата на привличане на постоянния магнит е непроменена., тъй като магнитният поток на постоянен магнит е непроменен. Силата на привличане на електромагнит не е постоянна.Същият електромагнитможе да има различна гравитация. Силата на привличане на всеки магнит зависи от големината на неговия магнитен поток.
Спривличане на тиня електромагнит, и следователно магнитният му поток зависи от големината на тока, преминаващ през намотката на този електромагнит. Колкото по -голям е токът, толкова по -голяма е силата на привличане на електромагнита и, обратно, колкото по -малък е токът в намотката на електромагнита, толкова по -малка сила той привлича магнитни тела към себе си.
Но за електромагнити с различен дизайн и размер силата на привличането им зависи не само от големината на тока в намотката. Ако например вземем два електромагнита със същото устройство и размер, но единият с малък брой намотки, а другият с много по -голям брой, тогава е лесно да се уверим, че при същия ток силата на привличането на последните ще бъде много по -голямо. Наистина, колкото по -голям е броят на намотките, толкова по -голямо при даден ток се създава магнитно поле около тази намотка, тъй като то се състои от магнитните полета на всеки завой. Това означава, че магнитният поток на електромагнита и съответно силата на привличането му ще бъдат колкото по -голям, толкова по -голям е броят на завъртанията на намотката.
Има още една причина, която влияе върху величината на магнитния поток на електромагнит. Това е качеството на неговата магнитна верига. Магнитната верига е пътят, по който магнитният поток се затваря. Магнитната верига има определена магнитно съпротивление… Магнитното съпротивление зависи от магнитната пропускливост на средата, през която преминава магнитният поток. Колкото по -голяма е магнитната пропускливост на тази среда, толкова по -ниско е нейното магнитно съпротивление.
Тъй като mмагнитната пропускливост на феромагнитните тела (желязо, стомана) е в пъти по -голяма от магнитната пропускливост на въздуха, поради което е по -изгодно да се правят електромагнити, така че магнитната им верига да не съдържа въздушни секции. Продуктът на силата на тока и броя на завоите на намотката на електромагнита се нарича магнитодвижеща сила… Магнитодвижещата сила се измерва с броя ампер-завъртания.
Например ток от 50 mA протича през намотката на електромагнит с 1200 завъртания. Магнитомоторна сила такъв електромагнит равен на 0,05 NS 1200 = 60 ампера.
Действието на магнитодвижещата сила е подобно на действието на електродвижещата сила в електрическа верига. Точно както ЕМП е причината за електрически ток, магнитодвижещата сила създава магнитен поток в електромагнит. Точно както в електрическа верига, с увеличаване на ЕМП, стойността на тока се увеличава, така и в магнитна верига, с увеличаване на магнитодвижещата сила, магнитният поток се увеличава.
Действие магнитно съпротивление подобно на действието на електрическото съпротивление на веригата. Както при увеличаване на съпротивлението на електрическата верига, токът намалява, така и в магнитната верига увеличаването на магнитното съпротивление причинява намаляване на магнитния поток.
Зависимостта на магнитния поток на електромагнит от магнитодвижещата сила и нейното магнитно съпротивление може да се изрази с формула, подобна на формулата на закона на Ом: магнитодвижеща сила = (магнитни поток/ нежелание)
Магнитният поток е равен на магнитодвижещата сила, разделена на нежеланието.
Броят на завъртанията на намотката и магнитното съпротивление за всеки електромагнит е постоянна стойност. Следователно магнитният поток на даден електромагнит се променя само с промяна на тока, преминаващ през намотката. Тъй като силата на привличане на електромагнит се определя от неговия магнитен поток, за да се увеличи (или намали) силата на привличане на електромагнит, е необходимо съответно да се увеличи (или намали) токът в намотката му.
Поляризиран електромагнит
Поляризираният електромагнит е свързването на постоянен магнит към електромагнит. Тя е подредена по този начин.Така наречените удължения на стълбовете от меко желязо са прикрепени към полюсите на постоянния магнит. Всеки полюс служи като електромагнитно ядро, На нея се слага намотка с намотка. И двете намотки са свързани последователно.
Тъй като удълженията на полюсите са директно свързани с полюсите на постоянен магнит, те имат магнитни свойства дори при липса на ток в намотките; в същото време тяхната сила на привличане е непроменена и се определя от магнитния поток на постоянен магнит.
Действието на поляризиран електромагнит е, че когато токът преминава през намотките му, силата на привличане на полюсите му се увеличава или намалява в зависимост от големината и посоката на тока в намотките. Това свойство на поляризиран електромагнит се основава на действието електромагнитни поляризирано реле и други електрически устройства.
Действието на магнитно поле върху проводник с ток
Ако проводник е поставен в магнитно поле, така че да е разположен перпендикулярно на силовите линии на полето, и през този проводник преминава електрически ток, проводникът ще започне да се движи и ще бъде изтласкан от магнитното поле.
В резултат на взаимодействието на магнитното поле с електрическия ток проводникът започва да се движи, тоест електрическата енергия се превръща в механична енергия.
Силата, с която проводникът се изтласква от магнитното поле, зависи от големината на магнитния поток на магнита, тока в проводника и дължината на тази част от проводника, която пресичат силовите линии. Посоката на действие на тази сила, т.е.посоката на движение на проводника, зависи от посоката на тока в проводника и се определя от правило на лявата ръка.
Ако държите дланта на лявата си ръка, така че линиите на магнитното поле да влязат в нея, а удължените четири пръста са обърнати по посока на тока в проводника, тогава огънатият палец ще посочи посоката на движение на проводника… При прилагането на това правило трябва да се помни, че силовите линии на полето се простират от северния полюс на магнита.