Spolens magnetiska fält med ström. Elektromagneter och deras tillämpning

Elektromagnetism är en kombination av fenomen,På grund av kopplingen av elektriska strömmar och magnetfält. Ibland leder denna anslutning till biverkningar. Till exempel orsakar strömmen som strömmar genom elektriska kablar på skeppet en onödig avvikelse från fartygets kompass. Men ofta används elektricitet medvetet för att skapa högintensiva magnetfält. Som ett exempel kan vi nämna elektromagneter. Vi pratar om dem idag.

Elström och magnetflöde

Intensiteten hos magnetfältet kan bestämmasAntal magnetiska flödesledningar, som är per enhetsarea. Ett magnetfält uppstår överallt där en elektrisk ström flyter, och det magnetiska flödet i luften är proportionellt mot det senare. En rak tråd som bär en ström kan böjas in i en spole. Med en tillräckligt liten radieavstånd leder det till en ökning av magnetflödet. Strömmen ökar inte.

Effekten av magnetisk flödeskoncentration kan varaökar, ökar antalet varv, dvs vridning av tråden i spolen. Det omvända är också sant. Spolens magnetfält med ström kan försvagas om antalet varv reduceras.

Vi härleder ett viktigt förhållande. Vid punkten för maximal magnetisk flödestäthet (det per ytenhet flesta flödeslinjer) förhållandet mellan den elektriska strömmen I, är antalet varv av tråd av n, och den magnetiska flödes B uttryckas enligt följande: I en ström proportionell mot V. 12 A, strömmen genom spolen i 3 varv den skapar exakt samma magnetfält som strömmen av tre a, strömmen genom spolen 12 varv. Det är viktigt att veta, att lösa praktiska problem.

solenoid

Spole av sårtråd, skapandeett magnetfält kallas en solenoid. Trådarna kan lindas på järn (järnkärna). En icke-magnetisk bas (till exempel en luftkärna) är också lämplig. Som du kan se kan du inte bara använda järn för att skapa en magnetfältspole med en ström. Ur flödets storlek är någon icke-magnetisk kärna ekvivalent med luft. Det vill säga, det ovanstående förhållandet rörande strömmen, antalet varv, och flödet, i detta fall, utförs ganska noggrant. Sålunda kan magnetfältet hos en spole med en ström försvagas genom att tillämpa denna regelbundenhet.

Användning av järn i en magnetventil

Vad används järn i en magnet? Dess närvaro påverkar det aktuella spolens magnetfält i två avseenden. Det ökar dagens magnetiska aktivitet, ofta tusentals gånger och mer. Ett viktigt proportionerligt förhållande kan dock brytas. Detta är det som finns mellan magnetflödet och strömmen i spolarna med en luftkärna.

Mikroskopiska domäner i körteln, domäner(mer exakt, deras magnetiska moment), under inverkan av det magnetiska fältet som alstras av strömmen, är byggda i en riktning. Som ett resultat skapar denna ström i närvaro av en järnkärna ett större magnetflöde per tvärsnittsenhet av tråden. Således ökar flödestätheten väsentligen. När alla domäner är inriktade i en riktning, ökar en ytterligare ökning av strömmen (eller antalet varv i spolen) endast något magnetfluidets densitet.

Låt oss prata lite om induktion. Det här är en viktig del av det ämne som intresserar oss.

Induktion av magnetfältet hos en spole med en ström

Även om magnetfältet hos en solenoid med ett järnKärnan är mycket starkare än magnetfältet hos en solenoid med en luftkärna, dess storlek begränsas av järnens egenskaper. Storleken på den som skapas av spolen med luftkärnan har teoretiskt ingen gräns. Men som regel är det väldigt svårt och dyrt att erhålla de enorma strömmar som behövs för att skapa ett fält som är jämförbart i storleksordningen till en solenoid med en järnkärna. Gå inte alltid så här.

Vad händer om du byter spolens magnetfält medström? Denna åtgärd kan generera en elektrisk ström på samma sätt som en ström skapar ett magnetfält. När magneten närmar sig ledaren inducerar de magnetiska linjerna av kraft som passerar ledaren en spänning i den. Polariteten hos inducerad spänning beror på polariteten och riktningen för förändringen i magnetflödet. Denna effekt är mycket mer uttalad i spolen än i en separat spole: den är proportionell mot antalet varv i lindningen. I närvaro av en järnkärna ökar den inducerade spänningen i solenoiden. Med denna metod är det nödvändigt att flytta ledaren relativt magnetflödet. Om ledaren inte passerar magnetflödesledningarna kommer det ingen spänning.

Hur man får energi

Elektriska generatorer producerar nuvarande tillbaserad på samma principer. Vanligtvis roterar magneten mellan spolarna. Storleken på den inducerade spänningen beror på magneten av magnetfältet och rotationshastigheten (de bestämmer förändringshastigheten för magnetflödet). Spänningen i ledaren är direkt proportionell mot det magnetiska flödeshastigheten i den.

I många generatorer ersätts magneten med en magnetventil. För att skapa en magnetfältspole med en ström är solenoiden ansluten till en strömkälla. Vad i detta fall kommer att vara den el som genereras av generatorn? Det är lika med produkten av spänningen vid strömmen. Å andra sidan, strömmen i ledaren och förhållandet av magnetiskt flöde tillåter användning av flöde som genereras av elektrisk ström i det magnetiska fältet för att producera mekanisk rörelse. Denna princip följs av elmotorer och vissa elektriska apparater. Men för att skapa rörelse i dem är det nödvändigt att använda extra elkraft.

Starka magnetfält

För närvarande använder man fenomenetsuperledande, är det möjligt att erhålla en aldrig tidigare skådad intensitet av magnetens fält med strömmen. Elektromagneterna kan vara mycket kraftfulla. I detta fall strömmar strömmen utan förluster, det vill säga inte orsakar upphettning av materialet. Detta gör det möjligt att applicera en stor spänning i solenoiderna med en luftkärna och undvika de begränsningar som orsakas av mättnadseffekten. Mycket bra utsikter öppnar en så kraftfull magnetfältspole med ström. Elektromagneter och deras användning är inte förgäves intresserade av många forskare. När allt kommer omkring kan starka fält användas för att flytta på en magnetisk "kudde" och skapa nya typer av elmotorer och generatorer. De har hög kapacitet till låg kostnad.

Energin i magnetens fält med strömmen är aktivanvänds av mänskligheten. Det har använts i många år, särskilt på järnvägarna. Vi kommer nu att tala om hur magnetiska fältlinjer av spolen med ström används för att reglera rörelsen av tåg.

Magneter på järnvägarna

Järnvägar brukar användasom för ökad säkerhet, elektromagneter och permanenta magneter kompletterar varandra. Hur fungerar dessa system? En stark permanentmagnet är fastsatt nära skenan vid ett visst avstånd från trafikljusen. Under tågets passage över magneten roterar axeln hos den permanenta platta magneten i förarhytten en liten vinkel, varefter magneten förblir i den nya positionen.

Reglering av trafiken på järnvägen

En flatmagnets rörelse innefattar ett larmklocka eller siren. Då händer följande. Efter några sekunder passerar förarhytten över elektromagneten, vilken är ansluten till ett trafikljus. Om han ger tåget en grön gata, så slår elektromagneten på och den permanenta magnetens axel i bilen vänder sig till sin ursprungliga position, och stänger av signalen i hytten. När det röda eller gula ljuset är på i trafikljuset stängs elektromagneten av och efter en viss fördröjning slås bromsen på automatiskt, om inte operatören glömde att göra det. Bromskretsen (såväl som ljudsignalen) är ansluten till nätverket från det ögonblick som du vrider magnetaxeln. Om magneten återgår till sin ursprungliga position under fördröjningen, bromsar inte bromsen.