Det magnetiska fältet hos spolen med en ström. Elektromagneter och deras tillämpning

Elektromagnetism - en uppsättning av fenomen som orsakas av anslutningen av elektriska strömmar och magnetiska fält. Ibland leder detta förhållande till oönskade effekter. Till exempel strömmen som flyter genom de elektriska kablar i ett fartyg orsakar onödig avvikelse fartygets kompass. Men el ofta medvetet för att skapa magnetiska fält med hög intensitet. Som ett exempel elektromagneter. Om dem idag och vi kommer att prata.

Den elektriska strömmen och det magnetiska flödet

Intensiteten av det magnetiska fältet kan bestämma antalet magnetiska flödeslinjer, som faller på enhetsarea. Magnetfältet förekommer överallt där elektrisk ström flyter, och den magnetiska flödes i luften är proportionell mot den senare. Rak tråd som uppbär en ström, kan böjas i spolen. Vid en tillräckligt liten kröknings sin tur leder detta till en ökning av det magnetiska flödet. I detta fall är den nuvarande inte ökat.

Effekt av koncentration av magnetflödet kan förbättras ytterligare genom att öka antalet varv, dvs.. E. Twisting tråden i spolen. Det omvända är sant. Magnetfältet spolströmmen kan minskas genom minskning av antalet varv.

Vi härleda viktig relation. 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

Spolen hos lindad tråd, är ett magnetiskt fält som kallas en solenoid. Trådarna kan lindas på järn (järnkärnan). Lämplig och omagnetisk bas (t ex luftkärna). Som ni kan se, kan du använda inte bara järn för att skapa ett magnetfält spole med ström. Från ståndpunkten av storleken av icke-magnetisk kärna flux ekvivalent avstånd. Det vill säga, det ovanstående förhållandet mellan strömflödet och antalet varv i detta fall är noggrant utförd. Således kan magnetfält spolströmmen minskas, om vi tillämpar detta mönster.

Användningen av järn i magnet

Varför i magnet använda järn? Dess närvaro påverkar det magnetiska fältet hos spolen med ström i två avseenden. Det ökar den magnetiska effekten av den nuvarande, ofta tusentals gånger eller mer. Det kan dock brytas en viktig proportionalitet. Det handlar om det som finns mellan det magnetiska flödet och strömmen i spolarna med luftkärna.

Mikroskopiska fält i de järn domäner (mer exakt, deras magnetiska moment) under inverkan av ett magnetfält som alstras strömmarna är konstruerade i en riktning. Som ett resultat av närvaron av järnkärnan enligt den ström alstrar en större magnetisk flödes per enhetstvärsektionstrådar. Således ökar flödestätheten avsevärt. När alla domäner i linje i en riktning, vilket ytterligare ökar strömmen (eller antalet varv i spolen) endast något ökar den magnetiska flödestätheten.

Nu berätta lite om induktion. Detta är en viktig del av de ämnen som är av intresse för oss.

Den magnetiska induktionen spole med ström

Även om det magnetiska fältet av en solenoid med en järnkärna är mycket starkare än magnetfältet hos solenoiden luftkärnan, är dess värde begränsat genom egenskaperna hos järnet. Storleken på den spole, som skapar en luftkärna teoretiskt har ingen gräns. Men som regel får stora strömmar som behövs för att skapa ett område som är jämförbar i storlek till fältspolen med en järnkärna, är det mycket svårt och dyrt. Inte alltid gå denna väg.

Vad händer om du ändrar det magnetiska fältet hos spolen med en ström? Denna åtgärd kan generera en elektrisk ström på samma sätt som strömmen genererar ett magnetfält. När man närmar sig magneten till ledar magnetiska kraftlinjerna som passerar ledaren, inducerar en spänning däri. Polariteten hos den inducerade spänningen beror på polariteten och riktningen av förändringen av magnetiskt flöde. Denna effekt är mycket mer uttalad i spolen än i en separat spole: det är proportionell mot antalet varv i lindningen. I närvaro av järnkärnan hos den inducerade spänningen i magnet ökar. Med denna metod, måste ledaren röra sig relativt magnetiskt flöde. Om ledaren inte skär magnetiska flödeslinjerna kommer en spänning uppstår.

Hur man får energi

Elektriska generatorer alstrar ström bygger på samma principer. Typiskt roterar magneten mellan spolarna. Storleken på den inducerade spänningen beror på fältstyrkan hos magneten och dess hastighet (de bestämmer graden av förändring av magnetiskt flöde). Spänningen i ledaren är direkt proportionell mot hastigheten hos det magnetiska flödet däri.

I många magnetgeneratorer är ersatt av en solenoid. För att skapa ett magnetfält av spolen med en ström, är solenoiden ansluten till strömkällan. Som i detta fall den elkraft som produceras av generatorn? Det är lika med produkten av spänningen över 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. Enligt denna princip är motorn igång och vissa elektriska apparater. Men för att skapa en rörelse där du behöver spendera en extra elkraft.

Starka magnetfält

Närvarande, med användning av fenomenet supraledning, är det möjligt att erhålla en oöverträffad intensitet hos magnetfältet spole med ström. Elektromagneterna kan vara mycket kraftfullt. När denna ström flyter förlustfri m. E. inte orsakar uppvärmning av materialet. Detta gör det möjligt att tillämpa en hel del stress i luften-core solenoider och undvika de begränsningar som mättnadseffekt. Mycket goda utsikter avslöjar en kraftigt magnetfält spole med ström. Elektromagneter och deras användning är inte förgäves intresserade många forskare. När allt kommer omkring kan ett starkt fält användas för förflyttning av magnetiska "kudde" och skapandet av nya typer av elektriska motorer och generatorer. De kan hög effekt till låg kostnad.

Energin av det magnetiska fältet spolströmmen aktivt används av mänskligheten. Det hade länge använts i stor omfattning, i synnerhet på järnvägarna. Om hur man använder de magnetiska fältlinjer spolen med ström för att styra tågtrafiken vi nu diskuterar.

Magneter på järnvägen

System som ofta används på järnvägarna, som för större säkerhet elektro och permanentmagneter är kompletterar varandra. Hur kan använda systemet? Stark permanentmagnet är fäst nära skenan på ett visst avstånd från trafikljusen. Under passagen av tåg över magnetaxel permanentmagneten plan i förarhytten roteras av en liten vinkel, varefter magneten förblir i läge.

Reglering av trafiken på järnvägen

plan magnet rörelse innefattar larmklocka eller siren. Därefter sker följande. Efter ett par sekunder taxichaufför passerar över elektromagneten, som är associerad med trafikljusen. Om tåget ger grönt ljus, är magnetströmförande och axeln för permanentmagneten i bilen vrids till sitt ursprungliga läge, att stänga av larmet i sittbrunnen. När trafikljuset är rött eller gult ljus är elektro avstängd och sedan efter en fördröjning, tillämpar automatiskt bromsar, naturligtvis, om det glömde att göra föraren. Bromskrets (och ljud) är ansluten till nätverket, eftersom rotationsaxel magneten. Om magneten under fördröjnings återgår till sitt ursprungliga läge, är bromsen inte aktiveras.