Magnetisk felt av spolen med strøm. Elektromagneter og deres anvendelse

Elektromagnetismen - et sett av fenomener,På grunn av kobling av elektriske strømmer og magnetfelt. Noen ganger fører denne forbindelsen til uønskede effekter. For eksempel forårsaker strømmen som strømmer gjennom elektriske kabler på skipet en unødvendig avvik fra skipets kompass. Imidlertid er ofte elektrisitet bevisst brukt til å lage magnetiske felt med høy intensitet. Som et eksempel kan vi nevne elektromagneter. Vi snakker om dem i dag.

Elektrisk strøm og magnetisk flux

Intensiteten av magnetfeltet kan bestemmesAntall magnetiske flux linjer, som er per enhet område. Et magnetfelt oppstår overalt hvor en elektrisk strøm flyter, og den magnetiske flussen i luften er proporsjonal med sistnevnte. En rett ledning som bærer en strøm kan bøyes inn i en spole. Med en tilstrekkelig liten radius av svinget, fører dette til en økning i magnetfluksen. Strømmen øker ikke.

Effekten av magnetisk fluxkonsentrasjon kan væreøke, øke antall svinger, dvs. vri tråden i spolen. Det motsatte er også sant. Spolens magnetfelt med strøm kan svekkes hvis antall svinger er redusert.

Vi utlede et viktig forhold. Ved punktet for maksimal magnetisk flukstetthet (det per arealenhet fleste strømningslinjer) Forholdet mellom den elektriske strømmen I, er antall vindinger av tråd n, og den magnetiske fluks B uttrykkes som følger: I en strøm som er proporsjonal med V. 12 A, strømmen gjennom spolen på 3 omdreininger det skaper nøyaktig det samme magnetiske felt som den strøm av 3 a, er strømmen gjennom spolen på 12 omdreininger. Det er viktig å vite dette ved å løse praktiske problemer.

solenoid

Spole av sårtråd, skapeet magnetfelt, kalles en solenoid. Ledningene kan vikles på jern (jernkjerne). En ikke-magnetisk base (for eksempel en luftkjerne) er også egnet. Som du kan se, kan du ikke bare bruke jern for å lage en magnetfeltspole med en strøm. Fra et synspunkt av strømmenes størrelse er en hvilken som helst ikke-magnetisk kjerne lik luft. Det vil si at ovennevnte forhold relaterer til strømmen, antall svinger og flussen, i dette tilfellet, utføres ganske nøyaktig. Dermed kan magnetfeltet til en spole med en strøm svekkes ved å anvende denne regelmessigheten.

Bruk av jern i en magnetventil

Hva brukes jern til i en magnet? Dens tilstedeværelse påvirker magnetfeltet til dagens spole i to henseender. Det øker den magnetiske virkningen av gjeldende, ofte tusenvis av ganger og mer. Imidlertid kan et viktig forholdsmessig forhold brytes. Dette er det som eksisterer mellom magnetflensen og strømmen i spolene med en luftkjerne.

Mikroskopiske domener i kjertelen, domener(nærmere bestemt deres magnetiske øyeblikk), under virkningen av magnetfeltet som er generert av strømmen, er bygget i en retning. Som et resultat, i nærvær av en jernkjerne, skaper denne strømmen en større magnetisk fluss per enhetens tverrsnitt av ledningen. Dermed øker flussetettheten betydelig. Når alle domenene er justert i en retning, øker en ytterligere økning i strømmen (eller antall svinger i spolen) bare litt av tettheten av magnetfluksen.

La oss snakke litt om induksjon. Dette er en viktig del av emnet som interesserer oss.

Induksjon av magnetfeltet til en spole med en strøm

Selv om magnetfeltet til en solenoid med et jernKjernen er mye sterkere enn magnetfeltet til en solenoid med en luftkjerne, dens styrke er begrenset av jernens egenskaper. Størrelsen på den som er opprettet av spolen med luftkjernen, har teoretisk ingen grense. Imidlertid er det som regel veldig vanskelig og dyrt å oppnå de store strømene som trengs for å skape et felt som er sammenlignbart i størrelsesorden til feltet av en magnet med en jernkjerne. Ikke alltid gå denne veien.

Hva vil skje hvis du bytter magnetens felt med spolengjeldende? Denne handlingen kan generere en elektrisk strøm på samme måte som en strøm skaper et magnetfelt. Når magneten nærmer seg lederen, inducerer de magnetiske linjene av kraft som krysser lederen en spenning i den. Polariteten til den induserte spenningen avhenger av polariteten og retningen for endringen i magnetfluksen. Denne effekten er mye mer uttalt i spolen enn i en separat spole: den er proporsjonal med antall svinger i viklingen. I nærvær av en jernkjerne øker den induserte spenningen i solenoiden. Med denne metoden er det nødvendig å flytte lederen i forhold til den magnetiske fluxen. Hvis lederen ikke krysser de magnetiske fluxlinjer, blir det ingen spenning.

Hvordan få energi

Elektriske generatorer produserer nåværende tilbasert på de samme prinsippene. Vanligvis roterer magneten mellom spolene. Størrelsen på den induserte spenningen avhenger av størrelsen på magnetfeltet og rotasjonshastigheten (de bestemmer hastigheten for endring av magnetfluksen). Spenningen i lederen er direkte proporsjonal med hastigheten til den magnetiske fluxen i den.

I mange generatorer er magneten erstattet av en magnetventil. For å lage en magnetfeltspole med en strøm, er solenoiden koblet til en strømkilde. Hva vil i dette tilfellet være elektrisk kraft produsert av generatoren? Det er lik produktet av spenningen ved strømmen. På den annen side gjør sammenkoblingen av strømmen i lederen og den magnetiske flux det mulig å bruke en strøm generert av en elektrisk strøm i et magnetfelt for å oppnå mekanisk bevegelse. Dette prinsippet følges av elektriske motorer og noen elektriske apparater. Men for å skape bevegelse i dem må du bruke ekstra elektrisk kraft.

Sterke magnetfelt

For tiden bruker fenomenetsuperledningsevne, er det mulig å oppnå en enestående intensitet av magnetens felt av spolen med strøm. Elektromagneter kan være veldig kraftige. I dette tilfelle strømmer strømmen uten tap, det vil si ikke forårsake oppvarming av materialet. Dette gjør det mulig å påføre en stor spenning i solenoider med en luftkjerne og unngå de begrensninger som er forårsaket av metningseffekten. Svært gode utsikter åpner en så kraftig magnetfeltspole med strøm. Elektromagneter og deres bruk er ikke forgjeves interessert i mange forskere. Tross alt kan sterke felt brukes til å bevege seg på en magnetisk "pute" og lage nye typer elektriske motorer og generatorer. De er i stand til høy effekt til lav pris.

Energien i magnetfeltet til spolen med strøm er aktivbrukt av menneskeheten. Det har vært mye brukt i mange år, spesielt på jernbanene. Vi vil nå snakke om hvordan magnetiske feltlinjer av spolen med strøm brukes til å regulere bevegelsen av tog.

Magneter på jernbanene

Jernbaner bruker vanligvissom for bedre sikkerhet, elektromagneter og permanentmagneter komplementerer hverandre. Hvordan fungerer disse systemene? En sterk permanent magnet er festet nær skinnen i en viss avstand fra trafikklysene. Under passasje av toget over magneten roterer aksen til den permanente flatemagneten i førerkabinen en liten vinkel, hvorpå magneten forblir i den nye posisjonen.

Regulering av trafikk på jernbanen

Bevegelsen av en flat magnet inneholder en alarmklokke eller sirene. Deretter skjer det følgende. Etter et par sekunder passerer førerhuset over elektromagneten, som er koblet til et trafikklys. Hvis han gir toget en grønn gate, så slår elektromagneten på og den permanente magnetens akse i bilen vender seg til sin opprinnelige posisjon, og slår av signalet i førerhuset. Når det røde eller gule lyset er tændt i trafikklyset, er elektromagneten slått av, og etter noen forsinkelse slås bremsen automatisk på, med mindre operatøren glemte å gjøre det. Bremsekretsen (samt lydsignalet) er koblet til nettverket fra øyeblikket for å dreie magnetaksen. Hvis magneten vender tilbake til sin opprinnelige posisjon under forsinkelsen, vil bremsen ikke slås på.