Magnetsko polje zavojnice s strujom. Elektromagneti i njihova primjena

Elektromagnetizam je skup pojava uzrokovanih vezom električnih struja i magnetskih polja. Ponekad je ta veza dovela 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 magnetnih polja visokog intenziteta. Primjer su elektromagneti. Danas ćemo razgovarati o njima.

Električna struja i magnetski tok

Intenzitet magnetskog polja može se odrediti brojem linija magnetskog toka, po jedinici površine. Magnetsko polje se pojavljuje posvuda gdje struja struje i magnetsko protjecanje zraka je proporcionalno 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. Obrnuto je također istinito. Magnetsko polje svitka s strujom može se oslabiti ako se smanji broj zavoja.

Dobivamo važan odnos. U točki maksimuma gustoće magnetskog toka (najveći broj linija protoka po jedinici površine) omjer između električne struje I, broja zavoja žice n i magnetskog toka B izražava se na sljedeći način: U je proporcionalan s B. strujom u 12 A, strujom u zavoju od 3 zavoja , Stvara točno isto magnetsko polje kao struja od 3 A, teče kroz zavoj od 12 zavoja. Važno je to znati rješavanjem 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 vidite, možete koristiti ne samo željezo da biste stvorili magnetsko polje trenutnog svitka. S gledišta veličine protoka, svaka ne-magnetska jezgra jednaka je zraku. To jest, gornji odnos koji se odnosi na struju, broj zavoja i protok, u ovom slučaju, provodi se vrlo precizno. Dakle, magnetsko polje zavojnice s strujom može se oslabiti primjenom ove pravilnosti.

Upotreba željeza u solenoidu

Zašto se željezno sredstvo koristi u solenoidu? Njena 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.

Mikroskopske regije u žlijezdi, domene (točnije, njihovi magnetski momenti), pod djelovanjem magnetskog polja, koje stvara struja, izgrađeni su 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 broj 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 s zračnim jezgrom, njegova veličina je ograničena svojstvima željeza. Veličina onoga koju stvara zavojnica sa 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 slijediti ovaj put.

Što se događa ako promijenite magnetsko polje trenutnog svitka? Ova akcija može generirati električnu struju na isti način na koji struja proizvodi magnetsko polje. Dok se magnet približava vodiču, magnetske linije sile koja prolazi kroz vodič izazivaju 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 zavoja u namotanju. U prisutnosti željezne jezgre, inducirani napon u solenoidu se povećava. Ovom metodom potrebno je premjestiti vodič u odnosu na magnetsku fluks. 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 magnetnog toka). Napon u vodiču je izravno proporcionalan brzini magnetskog toka u njemu.

U mnogim generatorima magnet se zamjenjuje solenoidom. Kako bi se stvorila zavojnica magnetskog polja s strujom, solenoid je spojen na trenutni izvor. 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, potrebno je potrošiti dodatnu električnu energiju.

Jaka magnetska polja

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

Energija magnetskog polja svitka s strujom aktivno koristi čovječanstvo. Na njemu se naširoko koristi mnogo godina, posebice na željeznicama. O tome kako se magnetske linije polja strujnog kruga koriste za reguliranje kretanja vlakova, sada ćemo razgovarati.

Magneti na željeznicama

Željeznice obično koriste sustave u kojima, radi veće sigurnosti, elektromagneti i trajni magneti međusobno se nadopunjuju. Kako funkcioniraju ti sustavi? Jaki trajni magnet pričvršćuje se blizu željeznice na određenoj udaljenosti od semafora. Tijekom prolaska vlaka 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 sa semaforom. Ako vlaku daje zelenu ulicu, elektromagnet se okreće i osovina permanentnog magneta u automobilu pretvara se u prvobitni položaj, isključujući signal u kabini. Kada je na semaforu uključeno crveno ili žuto svjetlo, elektromagnet je isključen, a nakon nekog kašnjenja kočnica se automatski uključuje, ako je, naravno, operator zaboravio to učiniti. Kočni krug (kao i zvučni signal) priključen je na mrežu od trenutka okretanja osovine magneta. Ako se magnet tijekom vraćanja vraća u početni položaj, kočnica se neće uključiti.