Magnetsko polje zavojnice s strujom. Elektromagneti i njihova primjena

Elektromagnetizam je skup pojava uzrokovanih vezom električnih struja i magnetskih polja. Ponekad ova veza dovodi do neželjenih učinaka. Na primjer, struja koja struji električnim kabelima na brodu uzrokuje nepotrebno odstupanje broda broda. Međutim, često se električnom energijom namjerno koristi za stvaranje magnetskih polja visokog intenziteta. Kao primjer možemo spomenuti elektromagnete. Danas ćemo razgovarati o njima.

Električna struja i magnetskog toka

Intenzitet magnetskog polja može se odrediti brojem linija magnetskog toka, koji je po jedinici površine. Magnetsko polje nastaje svugdje gdje struja struje te je magnetski tok u zraku proporcionalan potonjem. Ravna žica koja nosi struju može se saviti u zavojnicu. S dovoljno malim radijusom skretanja, to dovodi do povećanja magnetskog toka. Struja se ne povećava.

Učinak koncentracije magnetskog toka može se dodatno ojačati povećanjem broja zavoja, tj. Zakretanjem žice u zavojnicu. I obrnuto je istina. Magnetsko polje svitka s strujom može se oslabiti ako se smanji broj zavoja.

Mi izvući važnu vezu. U točki maksimalne gustoće magnetskog toka (to po jedinici površine većina linija protoka) odnos između struje I, broj zavoja žice n, a magnetski tok B izražava na sljedeći način: U struja proporcionalna V. 12 A, struja kroz zavojnicu od 3 okreta to stvara potpuno istu magnetsko polje kao struje 3 a, struja kroz zavojnicu od 12 zavoja. Važno je znati, rješavanje praktičnih problema.

solenoid

Žica od žice koja stvara magnetsko polje naziva se solenoidom. Žice se mogu namotati na željezo (željezna jezgra). Također je pogodna ne-magnetska baza (na primjer, zračna jezgra). Kao što možete vidjeti, možete koristiti ne samo željezo kako biste stvorili zavojnicu magnetskog polja s strujom. S gledišta veličine protoka, bilo koja ne-magnetska jezgra je ekvivalentna zraku. To jest, gornji odnos koji se odnosi na struju, broj zavoja i tok, u ovom slučaju, se provodi sasvim točno. Dakle, magnetsko polje zavojnice s strujom može se oslabiti primjenom ove pravilnosti.

Upotreba željeza u solenoidu

Što se koristi za željezo u solenoidu? Njegova prisutnost utječe na magnetsko polje trenutne zavojnice u dva aspekta. Povećava magnetsko djelovanje trenutne, često tisuće i više puta. Međutim, može se prekršiti jedan važan proporcionalni odnos. To je onaj koji postoji između magnetskog toka i struje u zavojima s zračnom jezgrom.

Mikroskopska područja u žlijezdi, domene (točnije, njihovi magnetski trenuci), pod djelovanjem magnetskog polja, koji je stvoren strujom, izgrađen je u jednom smjeru. Kao rezultat toga, u prisutnosti željezne jezgre, ova struja stvara veći magnetski tok po jedinici poprečnog presjeka žice. Dakle, gustoća protoka se značajno povećava. Kada su sve domene poravnane u jednom smjeru, daljnji porast struje (ili broja zavoja u svitku) samo malo povećava gustoću magnetskog toka.

Razgovarajmo malo o indukciji. Ovo je važan dio teme koja nas zanima.

Indukcija magnetskog polja spirale s strujom

Iako je magnetsko polje solenoida s željeznom jezgrom znatno jače od magnetskog polja solenoida sa zračnim jezgrama, njegova veličina je ograničena svojstvima željeza. Veličina onoga koju stvara zavojnica s zračnim jezgrama, teoretski nema nikakvog ograničenja. Međutim, u pravilu je vrlo teško i skupo nabaviti ogromne struje potrebne za stvaranje polja usporedive veličine polja solenoida s željeznom jezgrom. Nemoj uvijek ići ovuda.

Što se događa ako promijenite magnetsko polje trenutnog svitka? Ova akcija može generirati električnu struju na isti način na koji struja stvara magnetsko polje. Dok se magnet približava vodiču, magnetske linije sile koja prolazi kroz vodič induciraju napon u njemu. Polaritet induciranog napona ovisi o polarnosti i smjeru promjene magnetskog toka. Ovaj efekt je mnogo izraženiji u spiralu nego u zasebnoj zavojnici: razmjeran je broju okreta u navoju. U prisutnosti željezne jezgre, inducirani napon u solenoidu se povećava. Ovom metodom potrebno je premjestiti vodič u odnosu na magnetni tok. Ako vodič ne prijeđe linije magnetskog toka, neće biti napona.

Kako dobiti energiju

Električni generatori proizvode struju na osnovi istih načela. Obično se magnet roti između zavojnica. Magnituda induciranog napona ovisi o veličini polja magneta i brzini njegove rotacije (oni određuju brzinu promjene magnetskog toka). Napon u vodiču izravno je proporcionalan brzini magnetskog toka u njemu.

U mnogim generatorima magnet se zamjenjuje solenoidom. Da bi se stvorilo magnetsko polje svitka s strujom, solenoid je povezan izvor struje. Što će, u ovom slučaju, biti električna energija proizvedena od strane generatora? To je jednak proizvodu napona struje. S druge strane, međusobno povezivanje struje u vodiču i magnetskog toka omogućuje upotrebu struje koju stvara električna struja u magnetskom polju za dobivanje mehaničkog gibanja. Ovo načelo slijede električni motori i neki električni aparati. Međutim, za stvaranje pokreta u njima morate potrošiti dodatnu električnu energiju.

Jaka magnetska polja

Trenutno, koristeći fenomen supravodljivosti, moguće je dobiti nenadmašni intenzitet magnetskog polja svitka s strujom. Elektromagneti mogu biti vrlo moćni. U ovom slučaju, struja teče bez gubitaka, tj. Ne uzrokuje zagrijavanje materijala. To omogućuje primjenu velikog napona u solenoidima sa zračnim jezgrom i izbjegavanje ograničenja uzrokovanih zasićenjem. Vrlo veliki izgledi otvaraju tako moćnu zavojnicu magnetskog polja s strujom. Elektromagneti i njihova uporaba nisu uzalud zainteresirani za mnoge znanstvenike. Uostalom, snažna polja mogu se koristiti za premještanje magnetskog "jastuka" i stvaranje novih vrsta elektromotora i generatora. Oni su sposobni za velike snage po niskoj cijeni.

Energija magnetskog poljski svitak s strujom aktivno koristi čovječanstvo. Na njemu se naširoko koristi mnogo godina, posebice na željeznicama. Sada ćemo govoriti o tome kako se linije magnetskog polja svitka s strujom koriste za reguliranje kretanja vlakova.

Magneti na željeznicama

Željeznice obično koriste sustave u kojima, radi veće sigurnosti, elektromagneti i trajni magneti međusobno se nadopunjuju. Kako funkcioniraju ovi sustavi? jak trajni magnet pričvrstite blizu tračnice na određenoj udaljenosti od semafora. Tijekom prolaska vlakom preko magneta, os stalnog ravnog magneta u vozačkoj kabini zakreće mali kut, nakon čega magnet ostaje u novom položaju.

Regulacija prometa na željeznici

Kretanje ravnog magneta uključuje signalno zvono ili sirenu. Onda se dogodi sljedeće. Nakon nekoliko sekundi, vozačeva kabina prolazi preko elektromagneta, koja je povezana s semaforom. Ako vlaku daje zelenu ulicu, onda se aktivira elektromagneta, a os trajnog magneta u automobilu pretvara se u prvobitni položaj, isključujući signal u kabini. Kad se na semaforu uključi crveno ili žuto svjetlo, elektromagnete se isključuju, a nakon nekog kašnjenja kočnica se automatski uključuje, osim ako je operator naravno zaboravio to učiniti. Kočni krug (kao i zvučni signal) spojen je na mrežu od trenutka okretanja osovine magneta. Ako se magnet tijekom vraćanja vraća u početni položaj, kočnica se neće uključiti.