O magnetskom polju, solenoidima i elektromagnetima

Magnetsko polje električne struje

Magnetsko polje nije stvoreno samo prirodnim ili umjetnim putem stalni magneti, ali i vodič ako kroz njega prolazi električna struja. Dakle, postoji veza između magnetskih i električnih pojava.

Nije teško uvjeriti se da se oko žice kroz koju teče struja stvara magnetsko polje. Postavite ravnu žicu preko pomične magnetske igle paralelno s njom i pustite električnu struju kroz nju. Strelica će zauzeti položaj okomit na žicu.

Koje sile mogu izazvati rotaciju magnetske igle? Očito, snaga magnetskog polja stvorenog oko žice. Isključite napajanje i magnetska igla će se vratiti u normalan položaj. To sugerira da kada se struja isključi, magnetsko polje žice također nestaje.

Dakle, električna struja koja prolazi kroz žicu stvara magnetsko polje. Da biste saznali u kojem smjeru će magnetska igla skrenuti, primijenite pravilo desne ruke.Ako stavite desnu ruku na žicu, dlanom prema dolje, tako da se smjer struje poklapa sa smjerom prstiju, tada će savijeni palac pokazati smjer otklona sjevernog pola magnetske igle postavljene ispod žice. . Koristeći ovo pravilo i znajući polaritet strelice, također možete odrediti smjer struje u žici.

Pravocrtno žičano magmatsko polje ima oblik koncentričnih krugova. Ako desnu ruku položite na žicu, dlanom prema dolje, tako da struja teče iz prstiju, tada će savijeni palac pokazati sjeverni pol magnetske igle.Takvo polje nazivamo kružno magnetsko polje.

Smjer linija sila kružnog polja ovisi o smjerove električne struje u vodiču i određuje se takozvanim gimbal pravilom. Ako se gimbal mentalno okreće u smjeru struje, tada će se smjer rotacije njegove ručke podudarati sa smjerom linija magnetskog polja polja. Primjenjujući ovo pravilo, možete saznati smjer struje u žici ako znate smjer silnica polja koje ta struja stvara.

Vraćajući se na pokus s magnetskom iglom, možete se pobrinuti da ona uvijek bude postavljena sa sjevernim krajem u smjeru linija magnetskog polja.

Dakle, oko ravne žice kroz koju prolazi električna struja nastaje magnetsko polje. Ima oblik koncentričnih krugova i naziva se kružno magnetsko polje.

Potplati itd. Magnetsko polje solenoida

Oko svake žice, bez obzira na njen oblik, nastaje magnetsko polje, pod uvjetom da kroz žicu teče električna struja.

V elektrotehnika kojom se bavimo različite vrste zavojnicakoji se sastoji od određenog broja zavoja.Da bismo istražili magnetsko polje zavojnice od interesa, prvo razmotrimo kakav oblik ima magnetsko polje jednog zavoja.

Zamislite zavojnicu debele žice koja prolazi kroz komad kartona i spojena je na izvor struje. Kada električna struja prolazi kroz zavojnicu, oko svakog pojedinog dijela zavojnice stvara se kružno magnetsko polje. Prema pravilu «gimbala» lako je utvrditi da su silnice magnetskog polja unutar petlje istog smjera (prema nama ili od nas, ovisno o smjeru struje u petlji) i izlaze s jedne strane petlje i ulazi s druge strane Niz takvih zavojnica u obliku spirale je takozvani solenoid (zavojnica).

Oko solenoida se stvara magnetsko polje kada struja prolazi kroz njega. Dobiva se kao rezultat zbrajanja magnetskih polja svakog zavoja i oblikom podsjeća na magnetsko polje pravocrtnog magneta. Linije magnetskog polja solenoida, kao kod pravocrtnog magneta, napuštaju jedan kraj solenoida i vraćaju se na drugi. Unutar solenoida imaju isti smjer. Dakle, krajevi solenoida su polarizirani. Kraj s kojeg dalekovodi izlaze je Sjeverni pol solenoida, a kraj gdje vodovi ulaze je njegov Južni pol.

Polovi solenoida mogu se odrediti pravilom desne ruke, ali za to morate znati smjer struje u njegovim zavojima. Ako stavite desnu ruku na solenoid, dlanom prema dolje, tako da struja teče iz prstiju, tada će savijeni palac biti usmjeren prema sjevernom polu solenoida... Iz ovog pravila proizlazi da polaritet solenoida ovisi o o smjeru struje u njemu.To je lako provjeriti u praksi prinošenjem magnetske igle na jedan od polova solenoida i zatim promjenom smjera struje u solenoidu. Strelica će se odmah okrenuti za 180 °, odnosno pokazat će da su se polovi solenoida promijenili.

Solenoid ima sposobnost privlačenja pluća.duseful objects. Ako se unutar solenoida stavi čelična šipka, nakon nekog vremena, pod utjecajem magnetskog polja solenoida, šipka će se magnetizirati. Ova metoda se koristi u proizvodnji stalni magneti.

Elektromagneti

Elektromagnet je zavojnica (solenoid) unutar koje se nalazi željezna jezgra. Oblici i veličine elektromagneta su različiti, ali opća struktura svih njih je ista.

Zavojnica elektromagneta je okvir izrađen najčešće od prešane ploče ili vlakana i ima različite oblike ovisno o namjeni elektromagneta. Na okviru je u nekoliko slojeva namotana žica izolirana bakrom - zavojnica elektromagneta. Ima različit broj zavoja i izrađen je od žice različitih promjera, ovisno o namjeni elektromagneta.

Za zaštitu izolacije zavojnice od mehaničkih oštećenja, zavojnica se prekriva s jednim ili više slojeva papira ili drugog izolacijskog materijala. Početak i kraj namota se izvlače i spajaju na izlazne stezaljke učvršćene na okviru ili na fleksibilne žice s ušima na krajevima.

Zavojnica elektromagneta montirana je na jezgru od mekog, žarenog željeza ili slitine željeza sa silicijem, niklom itd. Ovo željezo ima najmanje taloga magnetizam... Žile su najčešće izrađene od tankih limova, međusobno izoliranih.Oblici jezgre mogu biti različiti, ovisno o namjeni elektromagneta.

Ako električna struja prolazi kroz zavojnicu elektromagneta, tada se oko zavojnice stvara magnetsko polje koje magnetizira jezgru. Budući da je jezgra izrađena od mekog željeza, odmah će se magnetizirati. Ako tada isključite struju, magnetska svojstva jezgre također će brzo nestati i ona će prestati biti magnet. Polovi elektromagneta, kao i solenoida, određeni su pravilom desne ruke. Ako se u zavojnici elektromagneta andgmEat strujni smjer, tada će se polaritet elektromagneta promijeniti u skladu s tim.

Djelovanje elektromagneta je slično djelovanju trajnog magneta. Međutim, postoji velika razlika između njih dvoje. Trajni magnet je uvijek magnetičan, a elektromagnet - samo kada kroz njegovu zavojnicu prolazi električna struja.

Osim toga, privlačna sila trajnog magneta je nepromijenjena, budući da je magnetski tok trajnog magneta nepromijenjen. Privlačna sila elektromagneta nije konstantna.Isti elektromagnet može imati različitu težinu. Privlačna sila svakog magneta ovisi o veličini njegovog magnetskog toka.

Privlačenje silt elektromagneta, a time i njegov magnetski tok, ovisi o veličini struje koja prolazi kroz zavojnicu ovog elektromagneta. Što je struja veća, to je veća sila privlačenja elektromagneta i, obrnuto, što je manja struja u zavojnici elektromagneta, to manjom silom privlači magnetska tijela na sebe.

Ali za elektromagnete različitog dizajna i veličine, snaga njihove privlačnosti ne ovisi samo o veličini struje u zavojnici.Ako, na primjer, uzmemo dva elektromagneta istoga uređaja i veličine, ali jedan s malim brojem zavojnica, a drugi s mnogo većim brojem, onda se lako vidi da je pri istoj struji privlačna sila potonji će biti mnogo veći. Doista, što je veći broj zavojnica, to je veće, pri danoj struji, magnetsko polje stvoreno oko te zavojnice, budući da se sastoji od magnetskih polja svakog zavoja. To znači da će magnetski tok elektromagneta i, prema tome, sila njegove privlačnosti biti veća, što je veći broj zavoja zavojnice.

Postoji još jedan razlog koji utječe na veličinu magnetskog toka elektromagneta. To je kvaliteta njegovog magnetskog kruga. Magnetski krug je put duž kojeg se zatvara magnetski tok. Magnetski krug ima određeni magnetski otpor... Magnetski otpor ovisi o magnetskoj propusnosti medija kroz koji prolazi magnetski tok. Što je veća magnetska propusnost tog medija, to je manji njegov magnetski otpor.

Budući da je magnetska propusnost feromagnetskih tijela (željezo, čelik) višestruko veća od magnetske propusnosti zraka, stoga je isplativije izraditi elektromagnete tako da njihov magnetski krug ne sadrži zračne dijelove. Umnožak jakosti struje i broja zavoja zavojnice elektromagneta naziva se magnetomotorna sila... Magnetomotorna sila se mjeri brojem amper-zavoja.

Na primjer, kroz zavojnicu elektromagneta s 1200 zavoja teče struja od 50 mA. Magnetomotorna sila takvog elektromagneta jednaka je 0,05 NS 1200 = 60 ampera.

Djelovanje magnetomotorne sile slično je djelovanju elektromotorne sile u električnom krugu. Baš kao što je EMF uzrok električne struje, magnetomotorna sila stvara magnetski tok u elektromagnetu. Kao što u električnom krugu s povećanjem EMF-a raste i vrijednost struje, tako u magnetskom krugu s povećanjem magnetomotorne sile raste i magnetski tok.

Djelovanje magnetskog otpora slično je djelovanju otpora električnog kruga. Kao što kad se otpor električnog kruga poveća, struja se smanjuje, tako u magnetskom krugu povećanje magnetskog otpora uzrokuje smanjenje magnetskog toka.

Ovisnost magnetskog toka elektromagneta o magnetomotornoj sili i njegovom magnetskom otporu može se izraziti formulom sličnom formuli Ohmovog zakona: magnetomotorna sila = (magnetski tok / reluktancija)

Magnetski tok jednak je magnetomotornoj sili podijeljenoj s reluktancijom.

Broj zavoja zavojnice i magnetski otpor za svaki elektromagnet stalna je vrijednost. Stoga se magnetski tok danog elektromagneta mijenja samo s promjenom struje koja teče kroz zavojnicu. Budući da je privlačna sila elektromagneta određena njegovim magnetskim tokom, da bi se povećala (ili smanjila) privlačna sila elektromagneta, potrebno je u skladu s tim povećati (ili smanjiti) struju u njegovoj zavojnici.

Polarizirani elektromagnet

Polarizirani elektromagnet je spoj trajnog magneta s elektromagnetom. Ustrojen je na taj način.Na polove trajnog magneta pričvršćeni su takozvani nastavci polova od mekog željeza.Svaki pol služi kao elektromagnetska jezgra.Na njega je postavljena zavojnica sa svitkom. Oba svitka su spojena u seriju.

Budući da su produžeci polova izravno povezani s polovima trajnog magneta, oni imaju magnetska svojstva čak i u odsutnosti struje u zavojnicama; u isto vrijeme, njihova sila privlačenja je nepromijenjena i određena je magnetskim tokom trajnog magneta.

Djelovanje polariziranog elektromagneta je da dok struja teče kroz njegove zavojnice, sila privlačenja njegovih polova raste ili opada ovisno o veličini i smjeru struje u zavojnicama. Ovo svojstvo polariziranog elektromagneta temelji se na djelovanju elektromagnetski polarizirani relej i druge električne uređaje.

Djelovanje magnetskog polja na vodič kroz koji teče struja

Ako se žica postavi u magnetsko polje tako da bude okomita na silnice polja i kroz tu žicu prođe električna struja, žica će se početi gibati i biti gurana magnetskim poljem.

Kao rezultat međudjelovanja magnetskog polja s električnom strujom, vodič se počinje gibati, odnosno električna energija se pretvara u mehaničku.

Sila kojom se žica odbija od magnetskog polja ovisi o veličini magnetskog toka magneta, struji u žici i duljini onog dijela žice koji sijeku linije sile. Smjer djelovanja te sile, odnosno smjer gibanja vodiča, ovisi o smjeru struje u vodiču i određen je pravilom lijeve ruke.

Držite li dlan lijeve ruke tako da u njega ulaze linije magnetskog polja, a ispružena četiri prsta su okrenuta u smjeru struje u vodiču, tada će savijeni palac pokazati smjer kretanja vodiča. ... U primjeni ovog pravila, morate zapamtiti da se linije polja protežu od sjevernog pola magneta.