Mengenai medan magnet, solenoid dan elektromagnet

Medan magnet arus elektrik

Medan magnet bukan sahaja dicipta secara semula jadi atau buatan magnet kekal, tetapi juga konduktor jika arus elektrik melaluinya. Oleh itu, terdapat hubungan antara fenomena magnet dan elektrik.

Tidak sukar untuk memastikan bahawa medan magnet terbentuk di sekeliling wayar yang mana arus mengalir. Letakkan wayar lurus di atas jarum magnet boleh alih selari dengannya dan hantarkan arus elektrik melaluinya. Anak panah akan mengambil kedudukan berserenjang dengan wayar.

Apakah daya yang boleh menyebabkan jarum magnet berputar? Jelas sekali, kekuatan medan magnet yang dicipta di sekeliling wayar. Matikan kuasa dan jarum magnet akan kembali ke kedudukan normalnya. Ini menunjukkan bahawa apabila arus dimatikan, medan magnet wayar juga hilang.

Oleh itu, arus elektrik yang melalui wayar mencipta medan magnet. Untuk mengetahui arah mana jarum magnet akan terpesong, gunakan peraturan tangan kanan.Jika anda meletakkan tangan kanan pada wayar, tapak tangan ke bawah, supaya arah arus bertepatan dengan arah jari, maka ibu jari yang bengkok akan menunjukkan arah pesongan kutub utara jarum magnet yang diletakkan di bawah wayar. . Menggunakan peraturan ini dan mengetahui kekutuban anak panah, anda juga boleh menentukan arah arus dalam wayar.

Medan igneus wayar rectilinear mempunyai bentuk bulatan sepusat. Jika anda meletakkan tangan kanan anda pada wayar, tapak tangan ke bawah, supaya arus mengalir dari jari, maka ibu jari yang bengkok akan menghala ke kutub utara jarum magnet. Medan sedemikian dipanggil medan magnet bulat.

Arah garisan daya medan bulat bergantung pada arah arus elektrik dalam konduktor dan ditentukan oleh apa yang dipanggil peraturan gimbal. Jika gimbal dipintal secara mental ke arah arus, maka arah putaran pemegangnya akan bertepatan dengan arah garis medan magnet medan. Menggunakan peraturan ini, anda boleh mengetahui arah arus dalam wayar jika anda mengetahui arah garis medan medan yang dicipta oleh arus itu.

Berbalik kepada eksperimen jarum magnet, anda boleh memastikan bahawa ia sentiasa diposisikan dengan hujung utaranya mengikut arah garisan medan magnet.

Oleh itu, medan magnet timbul di sekeliling wayar lurus yang melaluinya arus elektrik. Ia mempunyai bentuk bulatan sepusat dan dipanggil medan magnet bulat.

Tapak kaki dll. Medan magnet solenoid

Medan magnet timbul di sekeliling mana-mana wayar, tanpa mengira bentuknya, dengan syarat arus elektrik mengalir melalui wayar.

V kejuruteraan elektrik yang kami berurusan pelbagai jenis gegelungterdiri daripada beberapa lilitan.Untuk menyiasat medan magnet gegelung yang diminati, mari kita pertimbangkan dahulu apakah bentuk medan magnet bagi satu pusingan.

Bayangkan satu gegelung wayar tebal mengalir melalui sekeping kadbod dan disambungkan kepada sumber kuasa. Apabila arus elektrik melalui gegelung, medan magnet bulat terbentuk di sekeliling setiap bahagian gegelung. Mengikut peraturan «gimbal», mudah untuk menentukan bahawa garis medan magnet di dalam gelung mempunyai arah yang sama (ke arah kita atau jauh dari kita, bergantung pada arah arus dalam gelung) dan ia keluar dari satu sisi daripada gelung dan masuk dari sisi yang lain. Satu siri gegelung sedemikian, dalam bentuk lingkaran, adalah solenoid yang dipanggil (gegelung).

Medan magnet terbentuk di sekeliling solenoid apabila arus melaluinya. Ia diperoleh hasil daripada menambah medan magnet setiap pusingan dan bentuknya menyerupai medan magnet magnet rectilinear. Garisan medan magnet solenoid, seperti dengan magnet rectilinear, meninggalkan satu hujung solenoid dan kembali ke hujung yang lain. Di dalam solenoid mereka mempunyai arah yang sama. Oleh itu, hujung solenoid terkutub. Penghujung talian kuasa keluar ialah Kutub Utara solenoid, dan hujung di mana talian kuasa masuk ialah Kutub Selatannya.

Kutub solenoid boleh ditentukan oleh peraturan sebelah kanan, tetapi untuk ini anda perlu mengetahui arah arus dalam gilirannya. Jika anda meletakkan tangan kanan anda pada solenoid, tapak tangan ke bawah, supaya arus mengalir dari jari, maka ibu jari yang bengkok akan menghala ke kutub utara solenoid... Daripada peraturan ini ia mengikuti bahawa polariti solenoid bergantung pada arah arus di dalamnya.Ini mudah untuk diperiksa dalam amalan dengan membawa jarum magnetik ke salah satu kutub solenoid dan kemudian menukar arah arus dalam solenoid. Anak panah akan segera berputar 180 °, iaitu, ia akan menunjukkan bahawa kutub solenoid telah berubah.

Solenoid mempunyai keupayaan untuk menarik paru-paru. Jika rod keluli diletakkan di dalam solenoid, selepas beberapa lama, di bawah pengaruh medan magnet solenoid, rod akan dimagnetkan. Kaedah ini digunakan dalam pengeluaran magnet kekal.

Elektromagnet

Elektromagnet ialah gegelung (solenoid) dengan teras besi diletakkan di dalamnya. Bentuk dan saiz elektromagnet adalah berbeza, tetapi struktur umum kesemuanya adalah sama.

Gegelung elektromagnet ialah bingkai yang paling kerap dibuat daripada papan tekan atau gentian dan mempunyai bentuk yang berbeza bergantung pada tujuan elektromagnet. Kawat bertebat tembaga dililit pada bingkai dalam beberapa lapisan - gegelung elektromagnet. Ia mempunyai bilangan lilitan yang berbeza dan diperbuat daripada dawai dengan diameter yang berbeza, bergantung pada tujuan elektromagnet.

Untuk melindungi penebat gegelung daripada kerosakan mekanikal, gegelung ditutup dengan satu atau lebih lapisan kertas atau bahan penebat lain. Permulaan dan penghujung belitan dibawa keluar dan disambungkan ke terminal keluaran yang dipasang pada bingkai atau ke wayar fleksibel dengan telinga di hujungnya.

Gegelung elektromagnet dipasang pada teras yang diperbuat daripada besi lembut, anil atau aloi besi dengan silikon, nikel, dsb. Besi ini mempunyai sisa yang paling sedikit kemagnetan... Teras paling kerap diperbuat daripada kepingan nipis, terlindung antara satu sama lain.Bentuk teras boleh berbeza, bergantung pada tujuan elektromagnet.

Jika arus elektrik melalui gegelung elektromagnet, maka medan magnet terbentuk di sekeliling gegelung, yang mengmagnetkan teras. Oleh kerana teras diperbuat daripada besi lembut, ia akan dimagnetkan serta-merta. Jika anda kemudian mematikan arus, sifat magnet teras juga akan hilang dengan cepat dan ia akan berhenti menjadi magnet. Kutub elektromagnet, seperti solenoid, ditentukan oleh peraturan tangan kanan. Jika dalam gegelung elektromagnet dangmEat arah semasa, maka kekutuban elektromagnet akan berubah dengan sewajarnya.

Tindakan elektromagnet adalah serupa dengan tindakan magnet kekal. Walau bagaimanapun, terdapat perbezaan yang besar antara keduanya. Magnet kekal sentiasa magnet, dan elektromagnet - hanya apabila arus elektrik melalui gegelungnya.

Di samping itu, daya tarikan magnet kekal tidak berubah, kerana fluks magnet magnet kekal tidak berubah. Daya tarikan elektromagnet tidak tetap.Elektromagnet yang sama boleh mempunyai graviti yang berbeza. Daya tarikan mana-mana magnet bergantung pada magnitud fluks magnetnya.

Daya tarikan elektromagnet kelodak, dan oleh itu fluks magnetnya, bergantung pada magnitud arus yang melalui gegelung elektromagnet ini. Semakin besar arus, semakin besar daya tarikan elektromagnet dan, sebaliknya, semakin kecil arus dalam gegelung elektromagnet, semakin kurang daya yang menarik jasad magnet kepadanya.

Tetapi untuk elektromagnet dengan reka bentuk dan saiz yang berbeza, kekuatan tarikannya bergantung bukan sahaja pada magnitud arus dalam gegelung.Jika, sebagai contoh, kita mengambil dua elektromagnet dengan peranti dan saiz yang sama, tetapi satu dengan bilangan gegelung yang kecil, dan satu lagi dengan bilangan yang lebih besar, maka mudah untuk melihat bahawa pada arus yang sama daya tarikan yang terakhir akan menjadi lebih besar. Sesungguhnya, semakin besar bilangan gegelung, semakin besar, pada arus tertentu, medan magnet yang dicipta di sekeliling gegelung itu, kerana ia terdiri daripada medan magnet setiap pusingan. Ini bermakna bahawa fluks magnet elektromagnet dan, dengan itu, daya tarikannya akan lebih besar, semakin besar bilangan lilitan gegelung.

Terdapat satu lagi sebab yang mempengaruhi magnitud fluks magnet elektromagnet. Ini adalah kualiti litar magnetnya. Litar magnetik ialah laluan di mana fluks magnet ditutup. Litar magnet mempunyai rintangan magnet tertentu... Rintangan magnet bergantung kepada kebolehtelapan magnet medium yang melaluinya fluks magnet. Semakin besar kebolehtelapan magnet medium ini, semakin rendah rintangan magnetnya.

Oleh kerana kebolehtelapan magnetik badan feromagnetik (besi, keluli) adalah berkali-kali lebih besar daripada kebolehtelapan magnet udara, oleh itu adalah lebih menguntungkan untuk membuat elektromagnet supaya litar magnetik mereka tidak mengandungi bahagian udara. Hasil darab kekuatan arus dan bilangan lilitan gegelung elektromagnet dipanggil daya magnetomotif... Daya magnetomotif diukur dengan bilangan lilitan ampere.

Sebagai contoh, arus 50 mA mengalir melalui gegelung elektromagnet dengan 1200 lilitan. Daya magnetomotif elektromagnet sedemikian sama dengan 0.05 NS 1200 = 60 amperes.

Tindakan daya magnetomotif adalah serupa dengan tindakan daya gerak elektrik dalam litar elektrik. Sama seperti EMF adalah punca arus elektrik, daya magnetomotif mencipta fluks magnet dalam elektromagnet. Sama seperti dalam litar elektrik, apabila EMF meningkat, nilai arus meningkat, begitu juga dalam litar magnet, apabila daya magnetomotif meningkat, fluks magnet meningkat.

Tindakan rintangan magnet serupa dengan tindakan rintangan litar elektrik. Sama seperti apabila rintangan litar elektrik meningkat, arus berkurangan, begitu juga dalam litar magnet, peningkatan rintangan magnet menyebabkan penurunan fluks magnet.

Kebergantungan fluks magnet elektromagnet pada daya magnetomotif dan rintangan magnetnya boleh dinyatakan dengan formula yang serupa dengan formula hukum Ohm: daya magnetomotif = (fluks magnetik / keengganan)

Fluks magnet adalah sama dengan daya magnetomotif dibahagikan dengan keengganan.

Bilangan lilitan gegelung dan rintangan magnet bagi setiap elektromagnet adalah nilai tetap. Oleh itu, fluks magnet bagi elektromagnet tertentu berubah hanya dengan perubahan arus yang mengalir melalui gegelung. Oleh kerana daya tarikan elektromagnet ditentukan oleh fluks magnetnya, untuk meningkatkan (atau mengurangkan) daya tarikan elektromagnet, adalah perlu untuk meningkatkan (atau menurunkan) arus dalam gegelungnya dengan sewajarnya.

Elektromagnet terkutub

Elektromagnet terkutub ialah gandingan magnet kekal kepada elektromagnet. Ia disusun dengan cara ini.Apa yang dipanggil sambungan tiang besi lembut dilekatkan pada kutub magnet kekal.Setiap kutub berfungsi sebagai teras elektromagnet.Gegelung dengan gegelung diletakkan di atasnya. Kedua-dua gegelung disambung secara bersiri.

Oleh kerana sambungan kutub disambungkan terus ke kutub magnet kekal, ia mempunyai sifat magnet walaupun tanpa ketiadaan arus dalam gegelung; pada masa yang sama, daya tarikan mereka tidak berubah dan ditentukan oleh fluks magnet magnet kekal.

Tindakan elektromagnet terkutub ialah apabila arus mengalir melalui gegelungnya, daya tarikan kutubnya bertambah atau berkurang bergantung pada magnitud dan arah arus dalam gegelung. Sifat elektromagnet terkutub ini adalah berdasarkan tindakan geganti terkutub elektromagnet dan peranti elektrik lain.

Tindakan medan magnet pada konduktor pembawa arus

Jika wayar diletakkan dalam medan magnet supaya ia berserenjang dengan garis medan, dan arus elektrik melalui wayar itu, wayar itu akan mula bergerak dan ditolak oleh medan magnet.

Hasil daripada interaksi medan magnet dengan arus elektrik, konduktor mula bergerak, iaitu tenaga elektrik ditukar kepada tenaga mekanikal.

Daya yang wayar ditolak oleh medan magnet bergantung pada magnitud fluks magnet magnet, arus dalam wayar, dan panjang bahagian wayar yang garis-garis daya silang. Arah tindakan daya ini, iaitu arah pergerakan konduktor, bergantung kepada arah arus dalam konduktor dan ditentukan oleh peraturan kiri.

Jika anda memegang tapak tangan kiri anda supaya garisan medan magnet memasukinya, dan empat jari yang dilanjutkan diputar ke arah arus dalam konduktor, maka ibu jari yang bengkok akan menunjukkan arah pergerakan konduktor ... Dalam menggunakan peraturan ini, anda mesti ingat bahawa garis medan memanjang dari kutub utara magnet.