Magnetväljast, solenoididest ja elektromagnetitest

Elektrivoolu magnetväli

Magnetvälja ei loo mitte ainult looduslik või tehislik püsimagnetid, aga ka juht, kui seda läbib elektrivool. Seetõttu on magnetiliste ja elektriliste nähtuste vahel seos.

Pole raske veenduda, et juhtme ümber, mida vool läbib, tekib magnetväli. Asetage sirge traat liikuva magnetnõela kohale sellega paralleelselt ja laske sellest läbi elektrivool. Nool asub juhtmega risti.

Millised jõud võivad magnetnõela pöörlema ​​panna? Ilmselgelt traadi ümber tekkinud magnetvälja tugevus. Lülitage toide välja ja magnetnõel naaseb tavaasendisse. See viitab sellele, et voolu väljalülitamisel kaob ka juhtme magnetväli.

Seega tekitab traati läbiv elektrivool magnetvälja. Et teada saada, millises suunas magnetnõel kõrvale kaldub, rakendage parema käe reeglit.Kui asetate parema käe juhtmele, peopesa allapoole, nii et voolu suund langeb kokku sõrmede suunaga, näitab painutatud pöial traadi alla asetatud magnetnõela põhjapooluse läbipainde suunda. . Kasutades seda reeglit ja teades noole polaarsust, saate määrata ka voolu suuna juhtmes.

Sirgjoonelisel traadist tardväljal on kontsentriliste ringide kuju. Kui asetada parem käsi juhtmele, peopesa allapoole, nii et vool voolab sõrmedest, siis kõverdatud pöial osutab magnetnõela põhjapoolusele.Sellist välja nimetatakse ringmagnetväljaks.

Ringvälja jõujoonte suund sõltub elektrivoolu suunad juhis ja on määratud nn kardaanireegliga. Kui kardaan on vaimselt voolu suunas keeratud, siis langeb selle käepideme pöörlemissuund kokku välja magnetvälja jõujoonte suunaga. Seda reeglit rakendades saate teada voolu suuna juhtmes, kui teate selle voolu tekitatud välja välja jõujoonte suunda.

Tulles tagasi magnetnõela eksperimendi juurde, võite veenduda, et see on alati asetatud põhjaotsaga magnetvälja joonte suunas.

Seega tekib magnetväli sirge juhtme ümber, mida läbib elektrivool. Sellel on kontsentriliste ringide kuju ja seda nimetatakse ringikujuliseks magnetväljaks.

Tallad jne. Solenoidi magnetväli

Magnetväli tekib iga juhtme ümber, olenemata selle kujust, eeldusel, et läbi juhtme liigub elektrivool.

V elektrotehnika, millega tegeleme erinevat tüüpi mähisedmis koosneb mitmest pöördest.Huvipakkuva pooli magnetvälja uurimiseks mõelgem esmalt, mis kuju on ühe pöörde magnetväljal.

Kujutage ette jämeda traadi mähist, mis jookseb läbi papitüki ja on ühendatud toiteallikaga. Kui elektrivool läbib pooli, moodustub mähise iga üksiku osa ümber ringikujuline magnetväli. «Gimbal» reegli järgi on lihtne kindlaks teha, et ahela sees olevad magnetvälja jooned on ühesuunalised (meie poole või meist eemale, olenevalt voolu suunast ahelas) ja need väljuvad ühelt poolt. spiraali kujul olevate mähiste seeria on nn solenoid (mähis).

Voolu läbimisel solenoidi ümber tekib magnetväli. See saadakse iga pöörde magnetväljade liitmise tulemusena ja sarnaneb kujult sirgjoonelise magneti magnetväljaga. Solenoidi magnetvälja jõujooned, nagu ka sirgjoonelise magneti puhul, lahkuvad solenoidi ühest otsast ja naasevad teise. Solenoidi sees on neil sama suund. Seega on solenoidi otsad polariseeritud. Ots, kust elektriliinid väljuvad, on solenoidi põhjapoolus ja ots, kuhu elektriliinid sisenevad, on selle lõunapoolus.

Solenoidi poolused saab määrata parema käe reegliga, kuid selleks peate teadma voolu suunda selle pööretel. Kui asetada parem käsi solenoidile, peopesa allapoole, nii et vool voolab sõrmedest, siis painutatud pöial osutab solenoidi põhjapoolusele... Sellest reeglist järeldub, et solenoidi polaarsus sõltub selles oleva voolu suuna järgi.Seda on praktikas lihtne kontrollida, viies magnetnõela ühe solenoidi pooluse juurde ja muutes seejärel solenoidi voolu suunda. Nool pöörleb kohe 180 °, see tähendab, et see näitab, et solenoidi poolused on muutunud.

Solenoidil on võime tõmmata kopse.duslikud esemed. Kui solenoidi sisse asetatakse terasvarras, magnetiseerub varras mõne aja pärast solenoidi magnetvälja mõjul. Seda meetodit kasutatakse tootmises püsimagnetid.

Elektromagnetid

Elektromagnet on mähis (solenoid), mille sisse on asetatud raudsüdamik. Elektromagnetite kuju ja suurus on erinevad, kuid nende kõigi üldine struktuur on sama.

Elektromagneti mähis on raam, mis on enamasti valmistatud pressplaadist või kiust ja millel on olenevalt elektromagneti otstarbest erinev kuju. Raamile on mitmes kihis keritud vase isolatsiooniga traat - elektromagneti mähis. Sellel on erinev pöörete arv ja see on valmistatud erineva läbimõõduga traadist, olenevalt elektromagneti otstarbest.

Mähise isolatsiooni kaitsmiseks mehaaniliste kahjustuste eest kaetakse mähis ühe või mitme kihi paberi või muu isoleermaterjaliga. Mähise algus ja lõpp tuuakse välja ja ühendatakse raami külge kinnitatud väljundklemmidega või painduvate juhtmetega, mille otstes on kõrvad.

Elektromagneti mähis on paigaldatud südamikule, mis on valmistatud pehmest lõõmutatud rauast või raua sulamitest koos räni, nikli jne. Selles rauas on kõige vähem jääke magnetism... Südamikud on enamasti valmistatud õhukestest lehtedest, mis on üksteisest isoleeritud.Südamiku kuju võib olla erinev, olenevalt elektromagneti otstarbest.

Kui elektromagneti mähist läbib elektrivool, tekib mähise ümber magnetväli, mis magnetiseerib südamiku. Kuna südamik on valmistatud pehmest rauast, magnetiseeritakse see kohe. Kui siis vool välja lülitada, kaovad kiiresti ka südamiku magnetilised omadused ja see lakkab olemast magnet. Elektromagneti poolused, nagu ka solenoidil, määratakse parema käe reegliga. Kui elektromagneti mähises jagmEat praegune suund, siis muutub elektromagneti polaarsus vastavalt.

Elektromagneti toime on sarnane püsimagneti omaga. Siiski on nende kahe vahel suur erinevus. Püsimagnet on alati magnetiline ja elektromagnet - ainult siis, kui selle mähist läbib elektrivool.

Lisaks ei muutu püsimagneti tõmbejõud, kuna püsimagneti magnetvoog ei muutu. Elektromagneti tõmbejõud ei ole konstantne.Ühel elektromagnetil võib olla erinev gravitatsioon. Iga magneti tõmbejõud sõltub selle magnetvoo suurusest.

Muda elektromagneti külgetõmme ja seega ka selle magnetvoog sõltub selle elektromagneti mähist läbiva voolu suurusest. Mida suurem on vool, seda suurem on elektromagneti tõmbejõud ja vastupidi, mida väiksem on vool elektromagneti mähises, seda väiksema jõuga see magnetkehi enda külge tõmbab.

Kuid erineva disaini ja suurusega elektromagnetite puhul ei sõltu nende külgetõmbe tugevus mitte ainult mähises oleva voolu suurusest.Kui võtame näiteks kaks sama seadme ja suurusega elektromagnetit, kuid ühel on vähe mähiseid ja teisel palju rohkem, siis on lihtne näha, et sama voolu juures mõjub tõmbejõud viimane on palju suurem. Tõepoolest, mida suurem on mähiste arv, seda suurem on antud voolu juures selle mähise ümber tekkiv magnetväli, kuna see koosneb iga pöörde magnetväljadest. See tähendab, et elektromagneti magnetvoog ja vastavalt ka selle külgetõmbejõud on seda suurem, mida suurem on mähise keerdude arv.

On veel üks põhjus, mis mõjutab elektromagneti magnetvoo suurust. See on selle magnetahela kvaliteet. Magnetahel on tee, mida mööda magnetvoog sulgub. Magnetahelal on teatud magnettakistus... Magnettakistus oleneb keskkonna magnetilisest läbilaskvusest, mida magnetvoog läbib. Mida suurem on selle kandja magnetiline läbilaskvus, seda väiksem on selle magnettakistus.

Kuna ferromagnetiliste kehade (raud, teras) mmagnetiline läbilaskvus on kordades suurem kui õhu magnetiline läbilaskvus, siis on kasulikum teha elektromagneteid nii, et nende magnetahel ei sisaldaks õhulõike. Voolutugevuse ja elektromagneti pooli keerdude arvu korrutist nimetatakse magnetomotoorjõuks... Magnetomotoorjõudu mõõdetakse ampripöörete arvuga.

Näiteks läbib elektromagneti pooli 1200 pöördega vool 50 mA. Sellise elektromagneti magnetmotoorjõud on võrdne 0,05 NS 1200 = 60 amprit.

Magnetomotoorjõu toime on sarnane elektromotoorjõu toimega elektriahelas. Nii nagu EMF on elektrivoolu põhjus, tekitab magnetomotoorjõud elektromagnetis magnetvoo. Nii nagu elektriskeemis, suureneb EMF-i kasvades voolu väärtus, nii ka magnetahelas suureneb magnetvoog magnetvoog.

Magnettakistuse toime sarnaneb elektriahela takistuse toimega. Nii nagu elektriahela takistuse suurenemisel vool väheneb, nii ka magnetahelas põhjustab magnettakistuse suurenemine magnetvoo vähenemist.

Elektromagneti magnetvoo sõltuvust magnetmotoorjõust ja selle magnettakistusest saab väljendada valemiga, mis sarnaneb Ohmi seaduse valemiga: magnetomotoorjõud = (magnetvoog / reluktants)

Magnetvoog võrdub magnetomotoorjõuga, mis on jagatud reluktantsiga.

Mähise keerdude arv ja iga elektromagneti magnettakistus on konstantne väärtus. Seetõttu muutub antud elektromagneti magnetvoog ainult pooli läbiva voolu muutumisel. Kuna elektromagneti tõmbejõu määrab tema magnetvoog, on elektromagneti tõmbejõu suurendamiseks (või vähendamiseks) vaja vastavalt suurendada (või vähendada) selle mähise voolu.

Polariseeritud elektromagnet

Polariseeritud elektromagnet on püsimagneti ühendamine elektromagnetiga. See on paigutatud nii.Püsimagneti pooluste külge kinnitatakse pehme rauast pooluste nn pikendused.Iga poolus toimib elektromagnetilise südamikuna, millele asetatakse mähis koos mähisega. Mõlemad mähised on ühendatud järjestikku.

Kuna pooluste pikendused on otse ühendatud püsimagneti poolustega, on neil magnetilised omadused isegi voolu puudumisel mähistes; samal ajal on nende tõmbejõud muutumatu ja selle määrab püsimagneti magnetvoog.

Polariseeritud elektromagneti toime seisneb selles, et kui vool liigub läbi selle mähiste, suureneb või väheneb pooluste tõmbejõud olenevalt mähistes oleva voolu suurusest ja suunast. See polariseeritud elektromagneti omadus põhineb tegevusel elektromagnetiline polariseeritud relee ja muud elektriseadmed.

Magnetvälja toime voolu juhtivale juhile

Kui juhe asetatakse magnetvälja nii, et see on jõujoontega risti ja seda traati läbib elektrivool, hakkab juhe liikuma ja magnetväli surub seda.

Magnetvälja ja elektrivoolu vastasmõju tulemusena hakkab juht liikuma, see tähendab, et elektrienergia muundatakse mehaaniliseks energiaks.

Jõud, millega traat magnetvälja tõrjub, sõltub magneti magnetvoo suurusest, voolust juhtmes ja traadi selle osa pikkusest, mida jõujooned läbivad. Selle jõu toimesuund ehk juhi liikumissuund sõltub juhis oleva voolu suunast ja määratakse vasaku käe reegliga.

Kui hoiate vasaku käe peopesast nii, et sellesse sisenevad magnetvälja jooned ja välja sirutatud neli sõrme pööratakse juhis oleva voolu suunas, näitab painutatud pöial juhi liikumissuunda ... Selle reegli rakendamisel peate meeles pidama, et väljajooned ulatuvad magneti põhjapoolusest.