Pokretni električni naboj stvara magnetno polje u okolnom prostoru. Protok elektrona koji prolazi kroz provodnik stvara magnetsko polje oko vodiča. Ako se metalna žica namota u prstenove na šipku, tada će se dobiti zavojnica. Ispostavilo se da magnetsko polje koje stvara takva zavojnica ima zanimljiva i, što je najvažnije, korisna svojstva.

Zašto nastaje magnetno polje

Magnetna svojstva određenih supstanci, koja omogućavaju privlačenje metalnih predmeta, poznata su od davnina. Ali bilo je moguće približiti se razumijevanju suštine ovog fenomena samo u početkom XIX veka. Po analogiji s električnim nabojima, bilo je pokušaja da se magnetski efekti objasne uz pomoć određenih magnetnih naboja (dipola). 1820. danski fizičar Hans Oersted otkrio je da se magnetna igla skreće kada se električna struja prođe kroz provodnik blizu nje.

Istovremeno, francuski istraživač André Ampere otkrio je da dva provodnika koja se nalaze paralelno jedan s drugim uzrokuju međusobno privlačenje kada se električna struja propušta kroz njih u jednom smjeru i odbijanje ako su struje usmjerene u različitim smjerovima.

Rice. 1. Amperovo iskustvo sa strujnim žicama. Igla kompasa u blizini žice sa strujom

Na osnovu ovih zapažanja, Amper je zaključio da se interakcija struje sa strelicom, privlačenje (i odbijanje) žica i trajnih magneta međusobno mogu objasniti ako pretpostavimo da je magnetsko polje stvoreno pokretnim električnim nabojima. Osim toga, Ampere je iznio hrabru hipotezu, prema kojoj unutar tvari postoje neprigušene molekularne struje koje su uzrok pojave konstantnog magnetskog polja. Onda sve magnetne pojave može se objasniti interakcijom pokretnih električnih naboja, a posebnih magnetnih naboja nema.

Matematički model (teoriju), uz pomoć kojeg je postalo moguće izračunati veličinu magnetskog polja i jačinu interakcije, razvio je engleski fizičar James Maxwell. Iz Maksvelovih jednačina, koje su kombinovale električne i magnetne fenomene, sledi da:

• Magnetno polje nastaje samo kao rezultat kretanja električnih naboja;
• U prirodnim magnetnim tijelima postoji konstantno magnetsko polje, ali u ovom slučaju uzrok polja je neprekidno kretanje molekularnih struja (vrtloga) u masi materije;
• Magnetno polje se također može stvoriti pomoću naizmjeničnog električnog polja, ali o ovoj temi ćemo govoriti u našim sljedećim člancima.

Magnetno polje zavojnice sa strujom

Metalna žica namotana u prstenove na bilo koju cilindričnu šipku (drvenu, plastičnu, itd.) je elektromagnetna zavojnica. Žica mora biti izolirana, odnosno prekrivena nekom vrstom izolatora (lak ili plastična pletenica) kako bi se izbjeglo kratko spajanje susjednih zavoja. Kao rezultat protoka struje, magnetska polja svih zavoja se zbrajaju i ispada da je ukupno magnetsko polje zavojnice sa strujom identično (potpuno slično) magnetskom polju stalnog magneta.

Rice. 2. Magnetno polje zavojnice i permanentnog magneta.

Unutar zavojnice, magnetsko polje će biti jednolično, kao kod stalnog magneta. S vanjske strane, linije magnetskog polja strujnog namotaja mogu se detektirati pomoću finih metalnih strugotina. Linije magnetnog polja su zatvorene. Po analogiji s magnetskom iglom kompasa, zavojnica sa strujom ima dva pola - južni i sjeverni. Linije sile izlaze sa sjevernog pola i završavaju se na južnom.

Za zavojnice sa strujom postoje dodatni, zasebni nazivi koji se koriste ovisno o primjeni:

• Induktor, ili jednostavno - induktivnost. Termin se koristi u radiotehnici;
• Gas(throssel - regulator, limiter). Koristi se u elektrotehnici;
• Solenoid. Ova složenica dolazi od dvije grčke riječi: solen - kanal, cijev i eidos - slično). Ovo je naziv specijalnih zavojnica sa jezgrima od posebnih magnetnih legura (feromagneti), koji se koriste kao elektromehanički mehanizmi. Na primjer, u starterima automobila, relej za uvlačenje je solenoid.

Rice. 3. Induktori, prigušnica, solenoid

Energija magnetnog polja

U zavojnici sa strujom energija se pohranjuje iz izvora napajanja (baterije, akumulatora), koji je veći, što je veća struja I i vrijednost L, koja se naziva induktivnost. Energija magnetskog polja zavojnice sa strujom W izračunava se pomoću formule:

$$ W = (( L*I^2)\preko 2 ) $$

Ova formula liči na formulu za kinetičku energiju tijela. Induktivnost je slična masi tijela, a struja slična brzini tijela. Magnetska energija je proporcionalna kvadratu struje, as kinetička energija proporcionalno kvadratu brzine.

Za izračunavanje vrijednosti induktivnosti zavojnice postoji sledeća formula:

$$ L = μ *((N^2*S)\preko l_k) $$

N je broj zavoja zavojnice;

S je površina poprečnog presjeka zavojnice;

l do - dužina zavojnice;

μ - magnetna permeabilnost materijala jezgre - referentna vrijednost. Jezgro je metalna šipka smještena unutar zavojnice. Omogućava vam značajno povećanje veličine magnetnog polja.

Šta smo naučili?

Dakle, saznali smo da magnetsko polje nastaje samo kao rezultat kretanja električnih naboja. Magnetno polje zavojnice sa strujom slično je magnetskom polju trajnog magneta. Energija magnetskog polja zavojnice može se izračunati poznavajući jačinu struje I i induktivnost L.

Tematski kviz

Report Evaluation

Prosječna ocjena: četiri . Ukupno primljenih ocjena: 52.

Logično bi bilo govoriti o još jednom predstavniku pasivnih radio elemenata - induktorima. Ali priča o njima moraće da počne izdaleka, prisjetite se postojanja magnetnog polja, jer to je magnetsko polje koje okružuje i prožima zavojnice, upravo u magnetskom polju, najčešće promjenjivom, rade zavojnice. Ukratko, ovo je njihovo stanište.

Magnetizam kao svojstvo materije

Magnetizam je jedno od najvažnijih svojstava materije, baš kao, na primjer, masa ili električno polje. Fenomeni magnetizma, međutim, kao i elektriciteta, poznati su od davnina, ali tadašnja nauka nije mogla objasniti suštinu ovih pojava. Neshvatljiv fenomen nazvan je "magnetizam" po imenu grada Magnezije, koji je nekada bio u Maloj Aziji. Iz rude iskopane u blizini dobijeni su trajni magneti.

Ali trajni magneti nisu posebno zanimljivi u okviru ovog članka. Pošto je obećano da će se govoriti o induktorima, onda ćemo najvjerovatnije govoriti o elektromagnetizmu, jer daleko je od tajne da postoji magnetsko polje čak i oko žice sa strujom.

AT savremenim uslovima istražiti fenomen magnetizma na početnom, barem nivou, prilično je lako. Da biste to učinili, morate sastaviti najjednostavniji električni krug iz baterije i sijalice za baterijsku lampu. Običan kompas se može koristiti kao indikator magnetskog polja, njegovog smjera i jačine.

DC magnetno polje

Kao što znate, kompas pokazuje smjer prema sjeveru. Ako u blizini postavite žice najjednostavnijeg kruga spomenutog gore i upalite sijalicu, tada će igla kompasa donekle odstupiti od svog normalnog položaja.

Spajanjem druge sijalice paralelno, možete udvostručiti struju u krugu, što će malo povećati kut rotacije strelice. Ovo sugerira da je magnetsko polje žice koja nosi struju postalo veće. Na ovom principu rade pokazivački mjerni instrumenti.

Ako je polaritet baterije obrnut, tada će igla kompasa okrenuti i drugi kraj - smjer magnetskog polja u žicama se također promijenio u smjeru. Kada se strujni krug isključi, igla kompasa će se vratiti u svoj pravi položaj. U zavojnici nema struje, a nema ni magnetnog polja.

U svim ovim eksperimentima kompas igra ulogu ispitne magnetne igle, kao što se proučavanje konstantnog električnog polja provodi ispitnim električnim nabojem.

Na osnovu tako jednostavnih eksperimenata, može se zaključiti da magnetizam nastaje zbog električne struje: što je ova struja jača, to su jača magnetska svojstva vodiča. A odakle onda magnetno polje trajnih magneta, jer na njih niko nije povezao bateriju žicama?

Fundamentalno naučno istraživanje dokazano je da se permanentni magnetizam zasniva i na električnim fenomenima: svaki elektron je u svom električnom polju i ima elementarna magnetna svojstva. Samo u većini supstanci ova svojstva su međusobno neutralizirana, a kod nekih se iz nekog razloga zbrajaju u jedan veliki magnet.

Naravno, u stvarnosti sve nije tako primitivno i jednostavno, ali, općenito, čak i trajni magneti imaju svoja divna svojstva zbog kretanja električnih naboja.

Šta su magnetne linije?

Magnetne linije se mogu vidjeti vizualno. AT školsko iskustvo na časovima fizike, za to se metalne strugotine izlivaju na list kartona, a ispod se postavlja trajni magnet. Laganim kuckanjem po listu kartona možete postići sliku prikazanu na slici 1.

Slika 1.

Lako je vidjeti da magnetne linije sile izlaze iz sjevernog pola i ulaze u južni bez prekida. Naravno, može se reći da je, naprotiv, od juga ka sjeveru, ali je tako prihvaćeno, dakle, od sjevera prema jugu. Na isti način kao što su nekada uzeli smjer struje od plusa do minusa.

Ako se, umjesto trajnog magneta, kroz karton provuče žica sa strujom, tada će metalne strugotine pokazati to, provodnik, magnetsko polje. Ovo magnetsko polje ima oblik koncentričnih kružnih linija.

Da biste proučavali magnetsko polje, možete bez piljevine. Dovoljno je pomeriti ispitnu magnetnu iglu oko provodnika sa strujom da bi se videlo da su magnetne linije sile zaista zatvoreni koncentrični krugovi. Ako pomjerimo probnu strelicu u smjeru gdje je magnetsko polje odbija, onda ćemo se sigurno vratiti na istu tačku odakle smo krenuli. Slično, kao i hodanje po Zemlji: ako idete bilo gdje bez skretanja, tada ćete prije ili kasnije doći na isto mjesto.

Slika 2.

Smjer magnetskog polja vodiča sa strujom određen je pravilom gimleta, alata za bušenje rupa u drvetu. Ovdje je sve vrlo jednostavno: gimlet se mora rotirati tako da se njegovo translacijsko kretanje podudara sa smjerom struje u žici, tada će smjer rotacije ručke pokazati kamo je usmjereno magnetsko polje.

Slika 3

“Struja dolazi od nas” - križ u sredini kruga je perje strijele koja leti izvan ravni slike, a tamo gdje “Struja dolazi do nas” prikazan je vrh strelice kako leti iza ravnine lista. . Barem je takvo objašnjenje ovih oznaka dato na časovima fizike u školi.

Slika 4

Ako primijenimo pravilo gimleta na svaki vodič, onda određivanjem smjera magnetskog polja u svakom vodiču možemo sa sigurnošću reći da se vodiči s istim smjerom struje privlače, a njihova magnetska polja se zbrajaju. Provodniki sa strujama različitih smjerova međusobno se odbijaju, njihovo magnetsko polje se kompenzira.

Induktor

Ako je provodnik sa strujom napravljen u obliku prstena (zavojnice), tada ima svoje magnetne polove, sjeverni i južni. Ali magnetsko polje jednog okreta, u pravilu, je malo. Mnogo najbolji rezultati može se postići namotavanjem žice u obliku zavojnice. Takav dio naziva se induktor ili jednostavno induktivitet. U ovom slučaju, magnetna polja pojedinačnih zavoja se zbrajaju, međusobno se pojačavajući.

Slika 5

Slika 5 pokazuje kako se može dobiti zbir magnetnih polja zavojnice. Čini se da se svaki zavoj može napajati iz vlastitog izvora, kao što je prikazano na sl. 5.2, ali je lakše spojiti zavoje u seriju (samo namotajte jednom žicom).

Sasvim je očigledno da što više zavoja ima zavojnica, to je jače njegovo magnetno polje. Magnetno polje zavisi i od struje kroz zavojnicu. Stoga je sasvim legitimno procijeniti sposobnost zavojnice da stvori magnetsko polje jednostavnim množenjem struje kroz zavojnicu (A) s brojem zavoja (W). Ova vrijednost se naziva amper - okreti.

core coil

Magnetno polje koje stvara zavojnica može se značajno povećati ako se jezgro od feromagnetnog materijala ubaci u zavojnicu. Slika 6 prikazuje tabelu sa relativnom magnetskom permeabilnosti različitih supstanci.

Na primjer, transformatorski čelik će učiniti magnetsko polje oko 7..7,5 hiljada puta jačim nego u odsustvu jezgra. Drugim riječima, unutar jezgra, magnetsko polje će rotirati magnetnu iglu 7000 puta jače (ovo se može zamisliti samo mentalno).

Slika 6

Paramagnetne i dijamagnetne supstance nalaze se na vrhu tabele. Relativna magnetna permeabilnost µ je relativna u odnosu na vakuum. Dakle, paramagnetne tvari neznatno povećavaju magnetsko polje, dok ga dijamagnetne tvari blago slabe. Općenito, ove tvari nemaju poseban učinak na magnetsko polje. Iako se na visokim frekvencijama, mesingane ili aluminijske jezgre ponekad koriste za podešavanje kola.

Na dnu tabele nalaze se feromagnetne supstance, koje jako pojačavaju magnetsko polje zavojnice strujom. Tako, na primjer, jezgro od transformatorskog čelika učinit će magnetsko polje jačim tačno 7500 puta.

Šta i kako mjeriti magnetsko polje

Kada su bile potrebne jedinice za mjerenje električnih veličina, naboj elektrona je uzet kao standard. Od naboja elektrona formirana je vrlo stvarna, pa čak i opipljiva jedinica - privjesak, a na njegovoj osnovi sve se pokazalo jednostavnim: amper, volt, ohm, džul, vat, farad.

A šta se može uzeti kao polazna tačka za merenje magnetnih polja? Vrlo je problematično na neki način vezati elektron za magnetno polje. Stoga je kao jedinica mjere u magnetizmu usvojen provodnik kroz koji teče jednosmjerna struja od 1 A.

Glavna takva karakteristika je napetost (H). Pokazuje kojom silom magnetno polje djeluje na gore spomenuti ispitni provodnik, ako se to dešava u vakuumu. Vakuum je namijenjen da isključi utjecaj okoline, stoga se ova karakteristika - napetost smatra apsolutno čistom. Jedinica za napon je amper po metru (a/m). Takva napetost se pojavljuje na udaljenosti od 16 cm od vodiča, kroz koji teče struja od 1A.

Jačina polja govori samo o teorijskoj sposobnosti magnetnog polja. Prava sposobnost djelovanja se ogleda u drugoj vrijednosti magnetne indukcije (B). Ona je ta koja pokazuje stvarnu silu kojom magnetsko polje djeluje na vodič sa strujom od 1A.

Slika 7

Ako struja od 1A teče u vodiču dužine 1m, a isti se istisne (privlači) silom od 1N (102G), onda kažu da je veličina magnetne indukcije u ovoj tački tačno 1 Tesla.

Magnetna indukcija je vektorska veličina, osim numeričke vrijednosti, ima i smjer, koji se uvijek poklapa sa smjerom ispitne magnetne igle u ispitivanom magnetskom polju.

Slika 8

Jedinica magnetne indukcije je tesla (TL), iako se u praksi često koristi manja Gausova jedinica: 1TL = 10.000 Gausa. Da li je to puno ili malo? Magnetno polje u blizini snažnog magneta može doseći nekoliko T, u blizini magnetske igle kompasa ne više od 100 gausa, magnetsko polje Zemlje blizu površine je oko 0,01 gausa i čak niže.

Vektor magnetske indukcije B karakterizira magnetsko polje samo u jednoj tački u prostoru. Za procjenu djelovanja magnetskog polja u određenom prostoru uvodi se još jedan koncept, kao npr magnetni fluks (Φ).

U stvari, on predstavlja broj linija magnetne indukcije koje prolaze kroz dati prostor, kroz neku oblast: Φ=B*S*cosα. Ova slika se može predstaviti kao kapi kiše: jedna linija je jedna kap (B), a sve zajedno je magnetni fluks Φ. Tako se magnetske linije sile pojedinačnih zavoja zavojnice povezuju u zajednički tok.

Slika 9

U SI sistemu, Weber (Wb) se uzima kao jedinica magnetskog fluksa, takav tok nastaje kada indukcija od 1 T djeluje na površinu od 1 m2.

Magnetni tok u različitim uređajima (motori, transformatori itd.), u pravilu, prolazi kroz određeni put, koji se naziva magnetsko kolo ili jednostavno magnetsko kolo. Ako je magnetni krug zatvoren (jezgra prstenastog transformatora), tada je njegov otpor mali, magnetski tok prolazi nesmetano, koncentriran unutar jezgre. Na slici ispod prikazani su primjeri zavojnica sa zatvorenim i otvorenim magnetnim krugovima.

Slika 10.

Ali jezgro se može izrezati i iz njega se može izvući komad, kako bi se napravio magnetni razmak. To će povećati ukupni magnetski otpor kruga, dakle, smanjiti magnetni tok i općenito će se smanjiti indukcija u cijeloj jezgri. To je isto kao i serijski lemljenje velikog otpora u električnom kolu.

Slika 11.

Ako se nastali razmak začepi komadom čelika, ispada da je dodatni dio s nižim magnetskim otporom spojen paralelno s prazninom, koji će vratiti poremećeni magnetni tok. Ovo je vrlo slično šantu u električnim krugovima. Inače, postoji i zakon za magnetno kolo, koji se zove Ohmov zakon za magnetno kolo.

Slika 12.

Glavni dio magnetskog fluksa će proći kroz magnetni šant. Upravo se ovaj fenomen koristi u magnetskom snimanju audio ili video signala: feromagnetski sloj trake prekriva prazninu u jezgri magnetnih glava, a cijeli magnetni tok se zatvara kroz traku.

Smjer magnetskog fluksa koji stvara zavojnica može se odrediti pomoću pravila desne ruke: ako četiri ispružena prsta pokazuju smjer struje u zavojnici, tada thumbće pokazati smjer magnetskih linija, kao što je prikazano na slici 13.

Slika 13.

Općenito je prihvaćeno da magnetne linije napuštaju sjeverni pol i ulaze u južni. Stoga palac u ovom slučaju označava lokaciju južnog pola. Da biste provjerili je li to tako, možete ponovo koristiti iglu kompasa.

Kako radi električni motor

Poznato je da električna energija može stvarati svjetlost i toplinu, sudjelovati u elektrohemijskim procesima. Nakon što se upoznate s osnovama magnetizma, možete razgovarati o tome kako rade električni motori.

Elektromotori mogu biti vrlo različitog dizajna, snage i principa rada: na primjer jednosmjerne i naizmjenične struje, koračni ili kolektorski. Ali uz svu raznolikost dizajna, princip rada temelji se na interakciji magnetskih polja rotora i statora.

Da bi se dobila ova magnetna polja, struja se propušta kroz namotaje. Što je struja veća i što je veća magnetna indukcija vanjskog magnetskog polja, to je motor snažniji. Za pojačavanje ovog polja koriste se magnetna kola, zbog čega u elektromotorima ima toliko čeličnih dijelova. Neki modeli DC motora koriste trajne magnete.

Slika 14.

Ovdje je, može se reći, sve jasno i jednostavno: propustili smo struju kroz žicu, dobili smo magnetno polje. Interakcija sa drugim magnetnim poljem čini da se ovaj provodnik kreće, pa čak i da obavlja mehanički rad.

Smjer rotacije može se odrediti pravilom lijeve ruke. Ako četiri ispružena prsta pokazuju smjer struje u vodiču, a magnetske linije ulaze u dlan, tada će savijeni palac ukazati na smjer izbacivanja provodnika u magnetskom polju.

Od najvećeg praktičnog interesa je magnetno polje zavojnice sa strujom. Slika 97 prikazuje zavojnicu koja se sastoji od veliki broj zavoji žice namotane na drveni okvir. Kada postoji struja u zavojnici, željezne strugotine se privlače na njegove krajeve; kada se struja isključi, one padaju.

Rice. 97. Privlačenje gvozdenih strugotina zavojnicom sa strujom

Ako je zavojnica sa strujom okačena na tanke i fleksibilne vodiče, tada će se instalirati na isti način kao igla magnetskog kompasa. Jedan kraj zavojnice će biti okrenut prema sjeveru, a drugi prema jugu. To znači da zavojnica sa strujom, poput magnetne igle, ima dva pola – sjeverni i južni (sl. 98).

Rice. 98. Polovi zavojnice sa strujom

Postoji magnetsko polje oko namotaja sa strujom. Ono se, kao i polje jednosmerne struje, može detektovati pomoću piljevine (Sl. 99). Magnetne linije magnetnog polja zavojnice sa strujom su takođe zatvorene krive. Općenito je prihvaćeno da su izvan zavojnice usmjereni od sjevernog pola zavojnice prema jugu (vidi sliku 99).

Rice. 99. Magnetne linije zavojnice sa strujom

Zavojnice sa strujom se široko koriste u tehnici kao magneti. Pogodni su po tome što se njihovo magnetsko djelovanje može mijenjati (pojačati ili oslabiti) u širokom rasponu. Pogledajmo na koje načine to možemo učiniti.

Na slici 97 prikazan je eksperiment u kojem se opaža djelovanje magnetskog polja zavojnice sa strujom. Ako zavojnicu zamijenite drugom s većim brojem zavoja žice, tada će s istom jačinom struje privući više željeznih predmeta. znači, magnetni efekat zavojnice sa strujom je jači od više broja zavojnice u njemu.

Reostat ćemo uključiti u kolo koje sadrži zavojnicu (slika 100) i uz pomoć njega ćemo promijeniti jačinu struje u zavojnici. Sa povećanjem jačine struje, efekat magnetskog polja zavojnice sa strujom se povećava, sa smanjenjem slabi.

Rice. 100. Djelovanje magnetskog polja zavojnice

Također se ispostavlja da se magnetski učinak zavojnice sa strujom može značajno povećati bez promjene broja njegovih zavoja i jačine struje u njemu. Da biste to učinili, morate umetnuti željeznu šipku (jezgro) unutar zavojnice. Gvožđe umetnuto unutar zavojnice pojačava magnetni efekat zavojnice.(Sl. 101).

Rice. 101. Djelovanje magnetskog polja zavojnice sa gvozdenim jezgrom

Zavojnica sa gvozdenom jezgrom unutar naziva se elektromagnet.

Elektromagnet je jedan od glavnih dijelova mnogih tehničkih uređaja. Slika 102 prikazuje elektromagnet u obliku luka koji drži sidro (gvozdenu ploču) sa okačenim teretom.

Rice. 102. Lučni elektromagnet

Elektromagneti se široko koriste u inženjerstvu zbog svojih izvanrednih svojstava. Brzo se demagnetiziraju kada se struja isključi, ovisno o namjeni mogu se izraditi u raznim veličinama, dok elektromagnet radi, njegov magnetni učinak se može podesiti promjenom jačine struje u zavojnici.

Elektromagneti sa velikom silom dizanja koriste se u fabrikama za nošenje proizvoda od čelika ili livenog gvožđa, kao i opiljci čelika i livenog gvožđa, ingota (Sl. 103).

Rice. 103. Primena elektromagneta

Slika 104 prikazuje presjek magnetskog separatora zrna. Vrlo fina gvozdena strugotina umešana je u zrno. Ova piljevina se ne lijepi za glatka zrna korisnih žitarica, već se lijepe za zrna korova. Zrna 1 se izsipaju iz rezervoara na rotirajući bubanj 2. Unutar bubnja se nalazi jak elektromagnet 5. Privlačeći čestice gvožđa 4 uklanja zrna korova iz toka zrna 3 i na taj način čisti zrno od korova i slučajno. pali gvozdeni predmeti.

Rice. 104. Magnetski separator

Elektromagneti se koriste u telegrafu, telefonskim aparatima i mnogim drugim uređajima.

Pitanja

1. U kom smjeru je montiran strujni kalem okačen na duge tanke provodnike? Kakvu sličnost ima sa magnetnom iglom?
2. Koji su neki načini za povećanje magnetskog efekta zavojnice sa strujom?
3. Šta je elektromagnet?
4. Koja je svrha elektromagneta u fabrikama?
5. Kako radi magnetni separator zrna?

Vježba 41

1. Potrebno je izgraditi elektromagnet čija se sila podizanja može podesiti bez promjene dizajna. Kako uraditi?
2. Šta je potrebno učiniti da se magnetni polovi zavojnice sa strujom promijene na suprotan?
3. Kako izgraditi jak elektromagnet ako je projektantu zadan uvjet da je struja u elektromagnetu relativno mala?
4. Elektromagneti koji se koriste u dizalici imaju ogromnu snagu. Elektromagneti, uz pomoć kojih gvozdene strugotine slučajno izlaze iz očiju, veoma su slabi. Kako se postiže ta razlika?

Vježbajte

Da bi se magnetsko polje koncentriralo u određenom dijelu prostora, od žice se pravi zavojnica kroz koju prolazi struja.

Povećanje magnetske indukcije polja postiže se povećanjem broja zavoja zavojnice i postavljanjem na čelično jezgro, čije molekularne struje, stvarajući vlastito polje, povećavaju rezultirajuće polje zavojnice.

Rice. 3-11. Ring coil.

Prstenasti kalem (slika 3-11) ima w zavoja ravnomjerno raspoređenih duž nemagnetnog jezgra. Površina, ograničena krugom radijusa koji se poklapa sa prosječnom magnetskom linijom, probijena je ukupnom strujom.

Zbog simetrije, jačina polja H u svim tačkama koje leže na srednjoj magnetnoj liniji je ista, dakle, m.f.

Po zakonu ukupne struje

odakle je jačina magnetnog polja na srednjoj magnetskoj liniji koja se poklapa sa aksijalnom linijom prstenastog zavojnice,

i magnetnu indukciju

Kada se magnetna indukcija na aksijalnoj liniji s dovoljnom preciznošću može smatrati jednakom njenoj prosječnoj vrijednosti, i, posljedično, magnetni tok kroz poprečni presjek zavojnice

Jednačina (3-20) može se dati u obliku Ohmovog zakona za magnetsko kolo

gdje je F - magnetni fluks; - m.d.s.; - otpor magnetskog kola (jezgra).

Jednačina (3-21) je slična jednadžbi Ohmovog zakona za električni krug, tj. magnetni tok jednak je omjeru ppm na magnetni otpor kola.

Rice. 3-12. Cilindrični namotaj.

Cilindrični namotaj (sl. 3-12) se može smatrati dijelom prstenastog namotaja dovoljno velikog radijusa i s namotom koji se nalazi samo na dijelu jezgre čija je dužina jednaka dužini zavojnice. Jačina polja i magnetna indukcija na aksijalnoj liniji u centru cilindričnog zavojnice određene su formulama (3-18) i (3-19), koje su u ovom slučaju približne i primjenjive samo za zavojnice sa (Sl. 3- 12).

Ako se ravan vodič presavije u krug, tada se može istražiti magnetsko polje kružne struje.
Izvodimo eksperiment (1). Provucite žicu u obliku kruga kroz karton. Postavimo nekoliko slobodnih magnetnih strelica na površinu kartona na različitim mjestima. Uključite struju i vidite da magnetne strelice u centru zavojnice pokazuju isti smjer, a izvan zavojnice s obje strane u drugom smjeru.
Sada ponovimo eksperiment (2), mijenjajući polove, a time i smjer struje. Vidimo da su magnetne strelice promijenile smjer na cijeloj površini kartona za 180 stepeni.
Zaključujemo: magnetne linije kružne struje zavise i od smjera struje u vodiču.
Provodimo eksperiment 3. Uklonite magnetne strelice, uključite struja i pažljivo pospite sitne željezne strugotine po cijeloj površini kartona.Imamo sliku magnetnih linija sile koja se naziva "spektar magnetnog polja kružne struje". Kako, u ovom slučaju, odrediti smjer linija magnetskog polja? Opet, primjenjujemo pravilo gimleta, ali kao primijenjeno na kružnu struju. Ako je smjer rotacije ručke gigleta usklađen sa smjerom struje u kružnom provodniku, tada je smjer kretanje napred gimlet će se poklopiti sa smjerom linija magnetskog polja.
Razmotrimo nekoliko slučajeva.
1. Ravan zavojnice leži u ravni lima, struja kroz zavojnicu ide u smeru kazaljke na satu. Rotacijom zavojnice u smjeru kazaljke na satu utvrđujemo da su magnetske linije sile u centru zavojnice usmjerene unutar zavojnice „daleko od nas“. To je konvencionalno označeno znakom "+" (plus). One. u centar zavojnice stavljamo "+"
2. Ravan zavojnice leži u ravni lima, struja kroz zavojnicu ide suprotno od kazaljke na satu. Rotacijom zavojnice u smjeru suprotnom od kazaljke na satu utvrđujemo da magnetske linije sile izlaze iz centra zavojnice "prema nama". Ovo se konvencionalno označava sa "∙" (tačka). One. u centru zavojnice, moramo staviti tačku ("∙").
Ako se pravi provodnik namota oko cilindra, onda će se dobiti zavojnica sa strujom ili solenoid.
Napravimo eksperiment (4.) Za eksperiment koristimo isto kolo, samo što je žica sada provučena kroz karton u obliku zavojnice. Postavimo nekoliko slobodnih magnetnih strelica na ravninu kartona na različitim tačkama: na oba kraja zavojnice, unutar zavojnice i sa obe strane izvana. Neka zavojnica bude postavljena vodoravno (s lijeva na desno). Uključite strujni krug i otkrijte da magnetne igle smještene duž osi zavojnice pokazuju jedan smjer. Napominjemo da na desnom kraju zavojnice strelica pokazuje da linije sile ulaze u zavojnicu, što znači da je ovo „južni pol“ (S), a na lijevom kraju magnetska igla pokazuje da one izlaze , ovo je “sjeverni pol” (N). Izvan zavojnice, magnetske igle imaju suprotan smjer u odnosu na smjer unutar zavojnice.
Izvodimo eksperiment (5). U istom krugu promijenite smjer struje. Nalazimo da se smjer svih magnetnih strelica promijenio, okrenule su se za 180 stepeni. Zaključujemo: smjer linija magnetskog polja ovisi o smjeru struje kroz zavoje zavojnice.
Izvodimo eksperiment (6). Uklonite magnetne strelice i uključite strujni krug. Pažljivo "posolite gvožđem opiljkom" karton unutar i izvan kotura. Dobijamo sliku linija magnetnog polja, koja se naziva "spektar magnetskog polja zavojnice sa strujom"
Ali kako odrediti smjer linija magnetskog polja? Smjer linija magnetskog polja određuje se prema pravilu gimleta na isti način kao i za zavojnicu sa strujom: ako je smjer rotacije ručke gimleta usklađen sa smjerom struje u zavojnicama, tada smjer translacijsko kretanje će se poklopiti sa smjerom linija magnetskog polja unutar solenoida. Magnetno polje solenoida slično je polju trajnog šipkastog magneta. Kraj zavojnice iz kojeg izlaze linije sile bit će " sjeverni pol" (N), i onaj koji uključuje linije sile - " Južni pol» (S).
Nakon otkrića Hansa Oersteda, mnogi naučnici počeli su ponavljati njegove eksperimente, izmišljajući nove kako bi pronašli dokaze o povezanosti elektriciteta i magnetizma. Francuski naučnik Dominique Arago stavio je željeznu šipku u staklenu cijev i preko nje namotao bakarnu žicu kroz koju je propuštao električnu struju. Čim je Arago zatvorio električni krug, gvozdena šipka je postala toliko jako magnetizovana da je privukla gvozdene ključeve na sebe. Bilo je potrebno mnogo truda da se izvuku ključevi. Kada je Arago isključio izvor napajanja, ključevi su otpali sami! Tako je Arago izumio prvi elektromagnet. Moderni elektromagneti se sastoje od tri dijela: namotaja, jezgre i armature. Žice su postavljene u poseban omotač, koji igra ulogu izolatora. Višeslojna zavojnica je namotana žicom - namotajem elektromagneta. Kao jezgro se koristi čelična šipka. Ploča koja je privučena jezgrom naziva se sidro. Elektromagneti se široko koriste u industriji zbog svojih svojstava: brzo se demagnetiziraju kada se struja isključi; mogu se izraditi u različitim veličinama ovisno o namjeni; Promjenom struje, magnetsko djelovanje elektromagneta može se kontrolisati. Elektromagneti se koriste u tvornicama za nošenje proizvoda od čelika i lijevanog željeza. Ovi magneti imaju veliku moć dizanja. Elektromagneti se takođe koriste u električnim zvonima, elektromagnetnim separatorima, mikrofonima, telefonima. Danas smo ispitivali magnetno polje kružne struje, zavojnice sa strujom. Upoznali smo se sa elektromagnetima, njihovom primenom u industriji i nacionalnoj ekonomiji.