Câmpul magnetic al bobinei cu curent. Electromagneți și aplicarea lor

Electromagnetismul este un set de fenomene cauzate de conectarea curenților electrici și a câmpurilor magnetice. Uneori această conexiune duce la efecte nedorite. De exemplu, curentul care circulă prin cablurile electrice de pe navă determină o abatere inutilă a busolei navei. Cu toate acestea, electricitatea este folosită deliberat pentru a crea câmpuri magnetice de intensitate ridicată. De exemplu, putem menționa electromagneții. Vom vorbi despre ei azi.

Curent electric și fluxul magnetic

Intensitatea câmpului magnetic poate fi determinată de numărul de linii de flux magnetic, care este pe unitatea de suprafață. Câmp magnetic apare peste tot în care curge un curent electric, iar fluxul magnetic în aer este proporțional cu cel din urmă. O sârmă dreaptă care poartă un curent poate fi îndoită într-o bobină. Cu o rază suficient de mică a rândului, aceasta conduce la o creștere a fluxului magnetic. Curentul nu crește.

Efectul concentrației fluxului magnetic poate fi consolidat în continuare prin creșterea numărului de spire, adică răsucirea sârmei într-o bobină. Reversul este, de asemenea, adevărat. Câmpul magnetic al bobinei cu curent poate fi slăbit dacă numărul de ture este redus.

Luăm o relație importantă. La punctul de densitate de flux magnetic maxim (l pe unitate de suprafață cele mai multe linii de flux) relației dintre curentul electric I, numărul de spire de sârmă n, iar fluxul magnetic B este exprimată după cum urmează: Într-un proporțională curent V. 12 A, curentul prin bobina de 3 ture , creează exact același câmp magnetic ca curentul de 3 A, care curge printr-o bobină de 12 rotații. Este important să știți acest lucru rezolvând probleme practice.

solenoid

O bobină de sârmă rănită care creează un câmp magnetic este numită solenoid. Firele pot fi înfășurate pe fier (fier de fier). O bază nemagnetică (de exemplu, un miez de aer) este de asemenea potrivită. După cum puteți vedea, puteți utiliza nu numai fier pentru a crea o bobină de câmp magnetic cu curent. Din punctul de vedere al mărimii debitului, orice miez nonmagnetic este echivalent cu aerul. Adică relația de mai sus cu privire la curent, numărul de viraje și fluxul, în acest caz, sunt realizate destul de precis. Astfel, câmpul magnetic al unei bobine cu curent poate fi slăbit prin aplicarea acestei regularități.

Utilizarea fierului într-un solenoid

Ce este fierul folosit într-un solenoid? Prezența sa afectează câmpul magnetic al bobinei curente în două privințe. Aceasta mărește acțiunea magnetică a curentului, adesea de mii de ori și mai mult. Cu toate acestea, o relație proporțională importantă poate fi încălcată. Acesta este cel care există între fluxul magnetic și curentul din bobine cu un miez de aer.

Zonele microscopice din glandă, domeniile (mai exact, momente magnetice), sub acțiunea câmpului magnetic, care este creat de curent, sunt construite într-o singură direcție. Ca urmare, în prezența unui miez de fier, acest curent creează un flux magnetic mai mare pe secțiune transversală a firului. Astfel, densitatea fluxului crește substanțial. Atunci când toate domeniile sunt aliniate într-o direcție, o creștere suplimentară a curentului (sau numărul de rotații în bobină) crește doar ușor densitatea fluxului magnetic.

Să vorbim puțin despre inducție. Aceasta este o parte importantă a subiectului care ne interesează.

Inducerea câmpului magnetic al unei bobine cu curent

Deși câmpul magnetic al unui solenoid cu un miez de fier este mult mai puternic decât câmpul magnetic al unui solenoid cu un miez de aer, magnitudinea lui este limitată de proprietățile fierului. Mărimea celui care este creat de bobină cu miezul de aer, teoretic nu are limită. Cu toate acestea, de regulă, este foarte dificil și costisitor să se obțină curenții uriași necesari pentru a crea un câmp comparabil în mărime cu câmpul unui solenoid cu un miez de fier. Nu întotdeauna mergeți așa.

Ce se întâmplă dacă schimbați câmpul magnetic al bobinei curente? Această acțiune poate genera un curent electric în același mod în care un curent creează un câmp magnetic. Pe măsură ce magnetul se apropie de conductor, liniile magnetice de forță care traversează conductorul induc o tensiune în el. Polaritatea tensiunii induse depinde de polaritatea și direcția schimbării fluxului magnetic. Acest efect este mult mai pronunțat în bobină decât într-o bobină separată: este proporțional cu numărul de ture în bobină. În prezența unui miez de fier, tensiunea indusă în solenoid crește. Prin această metodă, este necesar să se miște conductorul în raport cu fluxul magnetic. Dacă conductorul nu traversează liniile fluxului magnetic, nu va exista nici o tensiune.

Cum să obțineți energie

Generatoarele electrice produc curent pe baza acelorași principii. De obicei, magnetul se rotește între bobine. Amplitudinea tensiunii induse depinde de magnitudinea câmpului magnetului și de viteza de rotație a acestuia (ele determină viteza de schimbare a fluxului magnetic). Tensiunea din conductor este direct proporțională cu viteza fluxului magnetic din el.

În multe generatoare, magnetul este înlocuit de un solenoid. Pentru a crea un câmp magnetic al bobinei cu curent, solenoidul este conectat la sursă de curent. Ce, în acest caz, va fi energia electrică produsă de generator? Este egal cu produsul tensiunii la curent. Pe de altă parte, interconectarea curentului în conductor și fluxul magnetic face posibilă utilizarea unui curent generat de un curent electric într-un câmp magnetic pentru a obține mișcarea mecanică. Acest principiu este urmat de motoarele electrice și de unele aparate electrice. Cu toate acestea, pentru a crea mișcare în ele, trebuie să cheltuiți energie electrică suplimentară.

Câmpuri magnetice puternice

În prezent, folosind fenomenul de supraconductibilitate, este posibil să se obțină o intensitate fără precedent a bobinei de câmp magnetic cu curent. Electromagneții pot fi foarte puternici. În acest caz, curentul curge fără pierderi, adică nu provoacă încălzirea materialului. Acest lucru permite să aplice o mulțime de stres în solenoizilor aer-core și pentru a evita limitările impuse de efectul de saturație. Persoanele foarte mari deschid o astfel de bobină de câmp magnetic puternic cu curent. Electromagneții și utilizarea lor nu sunt în zadar interesați de mulți oameni de știință. La urma urmei, câmpurile puternice pot fi folosite pentru a se deplasa pe o "pernă" magnetică și pentru a crea noi tipuri de motoare electrice și generatoare. Acestea sunt capabile de putere mare la un cost redus.

Energia magnetică bobina de câmp cu curent este utilizată activ de omenire. Acesta a fost folosit pe scară largă de mai mulți ani, în special pe căile ferate. Vom vorbi acum despre modul în care liniile câmpului magnetic al bobinei cu curent sunt folosite pentru a regla circulația trenurilor.

Magneți pe căile ferate

Căile ferate utilizează de obicei sisteme în care, pentru o mai mare siguranță, electromagneții și magneții permanenți se completează reciproc. Cum acționează aceste sisteme? puternic magnet permanent atașați aproape de șină la o anumită distanță de semafor. În timpul trecerii trenurilor de-a lungul axei magnet a planului de magnet permanent în cabina conducătorului auto este rotit cu un unghi mic, după care magnetul rămâne în poziție.

Reglementarea traficului pe calea ferată

Mișcarea unui magnet plat include un clopot sau o sirenă de semnal. Apoi se întâmplă următoarele: După câteva secunde, cabina șoferului trece peste electromagnetul care este conectat la un semafor. Dacă dă trenului o stradă verde, atunci electromagnetul se aprinde și axa magnetului permanent din mașină se transformă în poziția inițială, oprind semnalul din cabină. Când lumina roșie sau galbenă este aprinsă la semafor, electromagnetul este oprit și după o anumită întârziere frâna se aprinde automat, cu excepția cazului în care, desigur, operatorul a uitat să o facă. Circuitul de frânare (precum și semnalul sonor) este conectat la rețea din momentul rotirii axei magnetului. Dacă magnetul revine la poziția inițială în timpul întârzierii, frâna nu se va aprinde.