השדה המגנטי של הסליל עם הזרם. אלקטרומגנטים ויישומם

אלקטרומגנטיות היא שילוב של תופעות,בשל צימוד של זרמים חשמליים שדות מגנטיים. לפעמים הקשר הזה מוביל להשפעות בלתי רצויות. לדוגמה, הזרם העובר דרך כבלים חשמליים על הספינה גורם לחריגה מיותרת של מצפן הספינה. עם זאת, לעתים קרובות החשמל משמש בכוונה ליצור שדות מגנטיים בעוצמה גבוהה. לדוגמה, אנו יכולים להזכיר אלקטרומגנטים. נדבר עליהם היום.

זרם חשמלי ושטף מגנטי

ניתן לקבוע את עוצמת השדה המגנטימספר שורות השטף המגנטי, אשר ליחידת יחידה. שדה מגנטי מתעורר בכל מקום שבו זרם חשמלי זורם, ושטף מגנטי באוויר הוא יחסית לזה האחרון. חוט ישר נושא זרם יכול להיות כפוף לתוך סליל. עם רדיוס קטן מספיק של התור, זה מוביל לעלייה השטף המגנטי. הזרם אינו גדל.

ההשפעה של ריכוז השטף המגנטי יכול להיותלהגדיל, להגדיל את מספר הפניות, כלומר לסובב את חוט בסליל. גם ההפך הוא הנכון. השדה המגנטי של סליל עם הנוכחי ניתן להחליש אם מספר פניות מופחת.

אנו שואבים יחס חשוב. בנקודה של צפיפות שטף מגנטית מרבית (אותו ליחידת שטח הכי קווי זרימה) את היחס בין הזרם החשמלי ואני, מספר הסיבובים של החוט n, ואת B השטף המגנטי מתבטא כדלקמן: In a יחסי נוכחי V. 12 A, הזרם דרך הסליל של 3 סיבובים זה יוצר בדיוק את אותו שדה מגנטי כמו הנוכחי של 3 א, הזרם דרך הסליל של 12 סיבובים. חשוב לדעת, לפתרון בעיות מעשיות.

סולנואיד

סליל של חוט הפצע, יצירתשדה מגנטי, נקרא סולנואיד. חוטי ניתן פצע על ברזל (ברזל הליבה). בסיס לא מגנטי (למשל, ליבת אוויר) מתאים גם. כפי שאתה יכול לראות, אתה יכול להשתמש לא רק ברזל כדי ליצור סליל שדה מגנטי עם זרם. מנקודת המבט של גודל הזרימה, כל הליבה הלא-מגנטית שווה לאוויר. כלומר, היחס הנ"ל לגבי הזרם, מספר הפניות, והשטף, במקרה זה, מתבצע בצורה מדויקת למדי. לכן, השדה המגנטי של סליל עם זרם ניתן להחליש על ידי יישום זה סדירות.

שימוש בברזל בסולנואיד

מהו ברזל המשמש ב סולנואיד? נוכחותה משפיעה על השדה המגנטי של סליל הנוכחי בשני היבטים. זה מגביר את הפעולה המגנטית של הנוכחי, לעתים קרובות אלפי פעמים ועוד. עם זאת, אחד יחסי יחסי חשוב עשוי להיות מופרה. זהו אחד שקיים בין השטף המגנטי הנוכחי של סלילי עם ליבת אוויר.

תחומים מיקרוסקופיים בבלוטות, תחומים(ליתר דיוק, הרגעים המגנטיים שלהם), במסגרת הפעולה של השדה המגנטי שנוצר על ידי הזרם, בנויים בכיוון אחד. כתוצאה מכך, בנוכחות ליבת ברזל, זרם זה יוצר השטף המגנטי גדול ליחידה חתך רוחב של החוט. לפיכך, צפיפות השטף עולה באופן משמעותי. כאשר כל הדומיינים מיושרים בכיוון אחד, עלייה נוספת הנוכחית (או מספר הפניות בסליל) רק מגדילה מעט את צפיפות השטף המגנטי.

בואו נדבר קצת על אינדוקציה. זהו חלק חשוב של הנושא שמעניין אותנו.

אינדוקציה של השדה המגנטי של סליל עם זרם

למרות השדה המגנטי של סולנואיד עם ברזלהליבה היא הרבה יותר חזקה מאשר השדה המגנטי של סולנואיד עם ליבת אוויר, גודל שלה מוגבל על ידי תכונות של ברזל. לגודל של זה שנוצר על ידי סליל עם הליבה האוויר, תיאורטית אין גבול. עם זאת, ככלל, זה מאוד קשה ויקר להשיג את זרמי ענק צורך ליצור שדה להשוות בהיקף לשדה של סולנואיד עם ליבת ברזל. לא תמיד הולכים ככה.

מה יקרה אם תשנה את השדה המגנטי של הסלילהנוכחי? פעולה זו יכולה ליצור זרם חשמלי באותו אופן שבו זרם יוצר שדה מגנטי. כשהמגנט מתקרב למוליך, קווי הכוח המגנטיים החוצים את המנצח מעוררים בו מתח. הקוטביות של המתח המושרה תלויה בקוטביות ובכיוון השינוי בשטף המגנטי. אפקט זה בולט הרבה יותר בסליל מאשר בסליל נפרד: הוא פרופורציונלי למספר הסיבובים בהתפתלות. בנוכחות ליבת ברזל, המתח המושרה ב סולנואיד עולה. עם שיטה זו, יש צורך להזיז את המנצח יחסית השטף המגנטי. אם המנצח אינו חוצה את קווי השטף המגנטי, לא יהיה מתח.

איך להשיג אנרגיה

גנרטורים חשמליים מייצרים זרם חשמליהמבוססת על אותם עקרונות. בדרך כלל, המגנט מסתובב בין הסלילים. גודל המתח המושרה תלוי בגודל השדה של המגנט ובמהירות סיבובו (הם קובעים את קצב השינוי של השטף המגנטי). המתח במוליך הוא ישר ביחס ישר למהירות השטף המגנטי שבתוכו.

בגנרטורים רבים, המגנט מוחלף על ידי סולנואיד. על מנת ליצור סליל שדה מגנטי עם זרם, הסולנואיד מחובר למקור זרם. מה, במקרה זה, יהיה הכוח החשמלי שיוצר הגנרטור? זה שווה לתוצר של המתח הנוכחי. מאידך, החיבור בין הזרם במוליך לבין השטף המגנטי מאפשר להשתמש בזרם שנוצר על ידי זרם חשמלי בשדה מגנטי כדי להשיג תנועה מכנית. עיקרון זה ואחריו מנועים חשמליים וכמה מכשירי חשמל. עם זאת, כדי ליצור תנועה בהם, יש צורך להוציא חשמל נוסף.

שדות מגנטיים חזקים

כיום, באמצעות התופעה שלמוליכות, ניתן להשיג אינטנסיביות חסרת תקדים של השדה המגנטי של סליל עם הנוכחי. אלקטרומגנטים יכולים להיות חזקים מאוד. במקרה זה, זרם זורם ללא הפסדים, כלומר, לא גורם חימום של החומר. זה מאפשר להחיל מתח גדול את הסולנואידים עם הליבה האוויר ולמנוע את האילוצים שנגרמו על ידי אפקט הרוויה. סיכויים גדולים מאוד לפתוח כזה סליל שדה מגנטי חזק עם הנוכחי. האלקטרומגנטים והשימוש בהם אינם מעוניינים לשווא במדענים רבים. אחרי הכל, שדות חזקים ניתן להשתמש כדי לנוע על "כרית" מגנטי וליצור סוגים חדשים של מנועים חשמליים גנרטורים. הם מסוגלים כוח גבוה בעלות נמוכה.

האנרגיה של השדה המגנטי של הסליל עם הזרם פעילבשימוש על ידי האנושות. זה כבר בשימוש נרחב במשך שנים רבות, במיוחד על הרכבת. עכשיו נדבר על איך קווי השדה המגנטי של סליל עם הנוכחי משמשים לווסת את תנועת הרכבות.

מגנטים על הרכבת

הרכבת בדרך כלל להשתמשאשר למען בטיחות גבוהה יותר, אלקטרומגנטים ומגנטים קבועים משלימים זה את זה. כיצד פועלות מערכות אלו? מגנט קבוע חזק מחובר קרוב למעקה במרחק מסוים מן הרמזורים. במהלך מעבר הרכבת על המגנט, ציר המגנט השטוח הקבוע במונית הנהג מסובב זווית קטנה, ולאחר מכן המגנט נשאר במצב החדש.

הסדרת התנועה ברכבת

תנועת מגנט שטוח כוללת אזעקהפעמון או צופר. ואז קורה. לאחר מספר שניות, מונית הנהג חולפת על פני האלקטרומגנט, המחובר לרמזור. אם הוא נותן לרכבת רחוב ירוק, אז האלקטרומגנט נדלק וציר המגנט הקבוע במכונית פונה למקומו המקורי ומכבה את האות במונית. כאשר האור האדום או הצהוב דולק ברמזור, האלקטרומגנט כבוי, ולאחר זמן מה הבלם מופעל אוטומטית, אלא אם כן, כמובן, המפעיל שכח לעשות זאת. מעגל הבלמים (כמו גם אות הצליל) מחובר לרשת מרגע הפיכת ציר המגנט. אם המגנט חוזר למקומו המקורי במהלך העיכוב, הבלם לא יופעל.