Magnetinis laukas ritės su srovės. Elektromagnetai ir jų taikymas

Elektromagnetizmas yra reiškinių derinys,Dėl elektros srovių ir magnetinių laukų sujungimo. Kartais šis ryšys sukelia nepageidaujamus padarinius. Pavyzdžiui, srovė, tekanti per elektrinius kabelius laive, sukelia nereikalingą laivo kompaso nukrypimą. Tačiau dažnai elektra sąmoningai naudojama didelio intensyvumo magnetiniams laukams kurti. Pavyzdžiui, galime paminėti elektromagnetus. Mes apie juos kalbėsim šiandien.

Elektros srovė ir magnetinis srautas

Galima nustatyti magnetinio lauko intensyvumąmagnetinio srauto linijų skaičius, kuris yra vieneto plotas. Magnetinis laukas kyla visur, kur eina elektros srovė, o magnetinis srautas ore yra proporcingas pastarajam. Tiesus viela, nešiojanti srovę, gali būti sulenkta į ritę. Su pakankamai mažu posūkio spinduliu padidėja magnetinis srautas. Srovė nepadidėja.

Magnetinio srauto koncentracijos poveikis gali būtididėja, padidėja apsisukimų skaičius, t. y. sukite vielą ritėje. Taip pat yra ir atvirkščiai. Srauto magnetinis laukas su srovė gali būti susilpnintas, jei sumažėja posūkių skaičius.

Mes gauname svarbų ryšį. Siekiant gauti didžiausią magnetinio srauto tankis (ji ploto vienetui, dauguma srauto linijų) tarp elektros srovės I ryšių punkte, sukamas vielos n numeris, ir magnetinio srauto B yra išreikštas taip: dabartinis proporcingas V. 12 A, srovė per iš 3 apsisukimai ritės , sukuriamas tas pats magnetinis laukas kaip 3 A srovė, tekanti per 12 posūkių ritę. Svarbu tai žinoti sprendžiant praktines problemas.

Solenoidas

Ritės vielos vielos, sukurtimagnetinis laukas, vadinamas solenoidu. Laidai gali būti suvynioti ant geležies (geležies šerdis). Taip pat tinka ir nemagnetinė bazė (pavyzdžiui, oro šerdis). Kaip matote, galite naudoti ne tik geležį, kad sukurtų magnetinio lauko ritę su srovės. Iš srauto dydžio požiūriu bet koks nemagnetinis šerdis yra lygiavertis orui. Tai reiškia, kad aukščiau pateiktas ryšys, susijęs su srovė, posūkių skaičiumi ir srautu, šiuo atveju yra atliekamas gana tiksliai. Taigi, naudojant šį reguliarumą, srovės ritės magnetinis laukas gali būti susilpnintas.

Geležies naudojimas elektromagnetu

Kas yra geležis, naudojama solenoidui? Jo buvimas įtakoja dabartinės ritės magnetinį lauką dviem atžvilgiais. Tai padidina srovės magnetinį veikimą, dažnai tūkstančius kartų ir daugiau. Tačiau gali būti pažeistas vienas svarbus proporcingas santykis. Tai yra tas, kuris egzistuoja tarp magnetinio srauto ir srovės ritėse su oro šerdimi.

Mikroskopiniai domenai liaukoje, domenai(tiksliau, jų magnetiniai momentai), veikiant magnetiniam laukui, generuojamam srovės, yra pastatyti vienoje kryptimi. Dėl to, esant geležies šerdims, ši srovė sukuria didesnį magnetinį srautą vielos skerspjūvio vienetui. Taigi, srauto tankis iš esmės padidėja. Kai visi domenai suvienodinami vienoje kryptyje, tolesnis srovės (ar sukimo skaičių ritėje) padidėjimas tik šiek tiek padidina magnetinio srauto tankį.

Pakalbėkime šiek tiek apie indukciją. Tai yra svarbi mus dominančios temos dalis.

Srauto magnetinio lauko su srovės indukcija

Nors magnetinis laukas elektromagnetas su geležimiŠerdis yra daug stipresnis nei magnetinio lauko elektromagnetas su oro šerdimi, jo dydį riboja geležies savybės. Teoriškai neribotas dydis, kurį sukuria ritė su oro pagrindu. Tačiau, kaip taisyklė, labai sunku ir brangu gauti didžiulius srovės, reikalingos tam, kad į magnetinio lauko su geležies šerdimi lauką būtų galima palyginti. Ne visada eik tokiu būdu.

Kas atsitiks, jei pakeisite ritės magnetinį laukądabartinis? Šis veiksmas gali sukelti elektros srovę taip pat, kaip srovė sukuria magnetinį lauką. Kai magnetas artėja prie laidininko, jėgos magnetinės linijos, kertančios laidininką, sukelia joje įtampą. Indukcinės įtampos poliškumas priklauso nuo poliškumo ir magnetinio srauto pokyčių krypties. Šis poveikis yra daug ryškus ritės nei atskiroje ritė: jis yra proporcingas posūkių apvijoje skaičius. Esant geležies šerdžiui, indukuota solenoido įtampa didėja. Naudodami šį metodą, laidus reikia perkelti magnetinio srauto atžvilgiu. Jei laidininkas neapsaugo magnetinio srauto linijų, tai nebus įtampos.

Kaip gauti energiją

Elektros generatoriai gamina srovę įremiantis tais pačiais principais. Paprastai magnetas sukasi tarp ritės. Iš sukeltos įtampos dydis priklauso nuo lauko stiprumo magnetas ir jo greitis (jie nustatyti magnetinio srauto kitimo greitis). In laidininko įtampa yra tiesiogiai proporcingas jame magnetinio srauto greičiu.

Daugelyje generatorių magnetą pakeičia solenoidas. Norint sukurti magnetinio lauko ritę su srove, solenoidas prijungtas prie srovės šaltinio. Ką šiuo atveju bus generatoriaus gaminama elektros energija? Jis lygus srovės įtampos produktams. Kita vertus, srovės sujungimas su laidžiu ir magnetinis srautas leidžia panaudoti srovę, kurią generuoja elektros srovė magnetiniame lauke, norint gauti mechaninį judėjimą. Šis principas taikomas elektros varikliams ir kai kuriems elektros prietaisams. Tačiau, norint sukurti judėjimą jose, būtina išleisti papildomą elektros energiją.

Stiprūs magnetiniai laukai

Šiuo metu naudojamasi reiškiniusuperlaidumo, galima gauti precedento intensyvumas magnetinio lauko ritės su srovės. Elektromagnetai gali būti labai galingi. Šiuo atveju srovės srautai be nuostolių, t. Y., Nesukelia medžiagos šildymo. Tai leidžia į didelę įtampą naudoti solenoiduose su oro šerdimi ir išvengti apribojimų, kuriuos sukelia prisotinimo efektas. Labai dideli perspektyvai atveria tokį galingą magnetinio lauko ritę su srovės. Elektromagnetai ir jų naudojimas nėra veltui domisi daugeliu mokslininkų. Galų gale stiprūs laukai gali būti naudojami judėti magnetinėje "pagalvėje" ir sukurti naujų tipų elektrinius variklius ir generatorius. Jie gali veikti dideliu pajėgumu už mažą kainą.

Srauto magnetinio lauko energija su sroviu yra aktyvinaudojama žmonijos. Jis buvo plačiai naudojamas daugelį metų, ypač geležinkelių. Dabar kalbėsime apie tai, kaip magnetinio lauko linijos su srovės ritėmis naudojamos reguliuoti traukinių judėjimą.

Magnetai geležinkeliuose

Geležinkeliai paprastai naudojamikurios, siekiant didesnio saugumo, elektromagnetai ir nuolatiniai magnetai papildo vienas kitą. Kaip veikia šios sistemos? Tvirtas nuolatinis magnetas yra pritvirtintas prie bėgių tam tikru atstumu nuo šviesoforo. Traukinio pravažiuojančio magneto metu nuolatinio plokščio magneto ašis vairuotojo kabinoje sukasi mažą kampą, po kurio magnetas išlieka naujoje padėtyje.

Eismo reguliavimas geležinkelyje

Plokščiojo magneto judėjimas apima pavojaus signaląvarpas ar sirena. Tada sekasi. Po poros sekundžių vairuotojo kabina praeina per elektromagnetą, kuris yra prijungtas prie šviesoforo. Jei jis traukiniui suteikia žaliąją gatvę, įjungiamas elektromagnetas, o automobilio nuolatinio magneto ašis pasislenka į pradinę padėtį, išjungiant signalą kabinos. Kai šviesos diodas įsijungia raudonai arba geltonai, elektromagnetas yra išjungtas, o po tam tikro laiko, stabdys įsijungia automatiškai, nebent, žinoma, operatorius pamiršo tai padaryti. Stabdžių grandinė (taip pat garso signalas) yra prijungta prie tinklo nuo magnetinės ašies pasukimo momento. Jei magnetas grįžta į pradinę padėtį vėlavimo metu, stabdys neužsijungs.