Магнитно поле на бобината с ток. Електромагнити и тяхното приложение

Електромагнетизмът е набор от явления, причинени от свързването на електрически токове и магнитни полета. Понякога тази връзка води до нежелани ефекти. Например токът, протичащ през електрическите кабели на кораба, причинява ненужно отклонение на компаса на кораба. Въпреки това, често се използва електричество за създаване на магнитни полета с висока интензивност. Като пример можем да споменем електромагнитите. Ще говорим за тях днес.

Електрически ток и магнитен поток

Интензитетът на магнитното поле може да се определи от броя линии на магнитния поток, който е за единица площ. Магнитно поле възниква навсякъде, където тече електрически ток, а магнитният поток във въздуха е пропорционален на последния. Права проводник, носещ ток, може да бъде навит в серпентина. При достатъчно малък радиус на завоя това води до увеличаване на магнитния поток. Токът не се увеличава.

Ефектът от концентрацията на магнитен поток може да бъде допълнително укрепен чрез увеличаване на броя на завъртанията, т.е. завъртане на проводника в намотка. Обратното също е вярно. Магнитното поле на бобината с ток може да бъде отслабено, ако броят на завоите се намали.

Извличаме важна връзка. В точката на максимална магнитен поток плътност (това на единица площ повечето линии поток) връзката между електрическия ток I, броят на завъртанията на тел п и магнитен поток В се изразява, както следва: В настоящата пропорционална V. 12, на ток през намотката на 3 навивки , създава точно същото магнитно поле като тока от 3 А, преминаващ през серпентина от 12 оборота. Важно е да знаете това, като решите практически проблеми.

соленоид

Намотка от навита тел, която създава магнитно поле, се нарича соленоид. Проводниците могат да бъдат навити върху желязо (желязна сърцевина). Неметална основа (например въздушна сърцевина) също е подходяща. Както можете да видите, можете да използвате не само желязо, за да създадете бобина с магнитно поле с ток. От гледна точка на величината на потока, всяко немагнитно ядро ​​е еквивалентно на въздуха. Тоест, горепосочената връзка, отнасяща се до тока, броя на завоите и потока, в този случай се извършва доста точно. По този начин магнитното поле на намотка с ток може да бъде отслабено чрез прилагане на тази закономерност.

Използване на желязо в соленоид

Какво представлява желязото в соленоид? Неговото присъствие влияе върху магнитното поле на токовата бобина в две отношения. Увеличава магнитното действие на тока, често хиляди пъти и повече. Може обаче да бъде нарушена една важна пропорционална връзка. Това е това, което съществува между магнитния поток и тока в намотките с въздушна сърцевина.

Микроскопични области в жлезата, домейни (по-точно техните магнитни моменти), под действието на магнитното поле, което се създава от тока, са изградени в една посока. В резултат на това, в присъствието на желязо ядро, този ток създава по-голям магнитен поток на единица напречно сечение на проводника. По този начин плътността на потока се увеличава значително. Когато всички домейни са подравнени в една посока, по-нататъшното увеличение на тока (или броя на завъртанията в серпентината) само леко увеличава плътността на магнитния поток.

Нека да поговорим малко за индукцията. Това е важна част от темата, която ни интересува.

Индукция на магнитното поле на бобина с ток

Макар че магнитното поле на соленоид с желязо е много по-силно от магнитното поле на соленоид с въздушно ядро, неговата величина е ограничена от свойствата на желязото. Размерът на този, който се създава от намотката с въздушно ядро, теоретично няма ограничение. Въпреки това, като правило, е много трудно и скъпо да се получат огромните токове, необходими за създаване на поле, сравнимо по магнитуд с областта на соленоида с желязно ядро. Не винаги върви по този начин.

Какво ще стане, ако промените магнитното поле на текущата бобина? Това действие може да генерира електрически ток по същия начин, по който токът създава магнитно поле. Тъй като магнитът се доближава до проводника, магнитните линии на сила, които пресичат проводника, предизвикват напрежение в него. Полярността на индуцираното напрежение зависи от полярността и посоката на промяна на магнитния поток. Този ефект е много по-изразен в серпентината, отколкото в отделна намотка: тя е пропорционална на броя на завъртанията в намотката. В присъствието на желязна сърцевина, индуцираното напрежение в соленоида се увеличава. С този метод е необходимо да се премести проводникът спрямо магнитния поток. Ако проводникът не пресича линиите на магнитния поток, няма да има напрежение.

Как да получите енергия

Електрогенераторите произвеждат ток на базата на едни и същи принципи. Обикновено магнитът се върти между намотките. Степента на индуцираното напрежение зависи от големината на полето на магнита и скоростта на неговото въртене (те определят скоростта на промяна на магнитния поток). Напрежението в проводника е пряко пропорционално на скоростта на магнитния поток в него.

При много генератори магнитът се заменя със соленоид. За да се създаде магнитно поле на бобината с ток, соленоидът е свързан към източник на ток. Какво в този случай ще бъде електрическата мощност, генерирана от генератора? Тя е равна на произведението на напрежението при тока. От друга страна, взаимното свързване на тока в проводника и магнитния поток позволява да се използва ток, генериран от електрически ток в магнитно поле, за да се получи механично движение. Този принцип е последван от електродвигатели и някои електрически уреди. За да създадете движение в тях, трябва да изразходвате допълнителна електрическа енергия.

Силни магнитни полета

Понастоящем, използвайки феномена на свръхпроводимост, е възможно да се получи безпрецедентен интензитет на магнитното поле на намотката с ток. Електромагнитите могат да бъдат много мощни. В този случай токът протича без загуби, т.е. не предизвиква нагряване на материала. Това позволява да се приложи голямо напрежение в соленоидите с въздушно ядро ​​и да се избегнат ограниченията, причинени от ефекта на насищане. Много големи перспективи откриват такава мощна бобина с ток. Електромагнитите и тяхното използване не са напразно заинтересовани от много учени. В края на краищата, силните полета могат да се използват за преместване на магнитна "възглавница" и за създаване на нови видове електрически двигатели и генератори. Те са способни на висока мощност при ниска цена.

Енергията на магнитното полева намотка с ток се използва активно от човечеството. Той е широко използван в продължение на много години, особено в железопътния транспорт. Сега ще говорим за това как магнитните полеви линии на бобината с ток се използват за регулиране на движението на влаковете.

Магнити на железопътните линии

Железопътните пътища обикновено използват системи, в които за по-голяма безопасност електромагнитите и постоянните магнити се допълват взаимно. Как функционират тези системи? силен постоянен магнит прикрепете близо до релсата на определено разстояние от светофарите. По време на преминаването на влака над магнита, оста на постоянния плосък магнит в кабината на водача се върти под малък ъгъл, след което магнитът остава в новото положение.

Регулиране на движението по железопътната линия

Движението на плосък магнит включва сигнална камбана или сирена. След това се случва следното. След няколко секунди кабината на водача минава през електромагнита, който е свързан със светофар. Ако влакът дава зелена светлина, соленоида е енергична и оста на постоянния магнит в колата се обърна към първоначалната си позиция, като изключите алармата в пилотската кабина. Когато светофарът е червен или жълт светлина, електромагнита е изключен, а след това с известно закъснение, автоматично задейства спирачките, разбира се, ако той е забравил да направи шофьор. Спирачната верига (както и звуковият сигнал) се свързват към мрежата от момента на завъртане на оста на магнита. Ако магнитът се върне в първоначалното си положение по време на закъснението, спирачката няма да се включи.