O sarcină electrică în mișcare creează un câmp magnetic în spațiul înconjurător. Fluxul de electroni care trece printr-un conductor creează un câmp magnetic în jurul conductorului. Dacă un fir metalic este înfășurat în inele pe o tijă, atunci se va obține o bobină. Se pare că câmpul magnetic creat de o astfel de bobină are proprietăți interesante și, cel mai important, utile.

De ce apare un câmp magnetic

Proprietățile magnetice ale anumitor substanțe, care fac posibilă atragerea obiectelor metalice, sunt cunoscute încă din cele mai vechi timpuri. Dar a fost posibil să ne apropiem de înțelegerea esenței acestui fenomen doar în începutul XIX secol. Prin analogie cu sarcinile electrice, au existat încercări de a explica efectele magnetice cu ajutorul anumitor sarcini magnetice (dipoli). În 1820, fizicianul danez Hans Oersted a descoperit că un ac magnetic deviază atunci când un curent electric trece printr-un conductor din apropierea lui.

În același timp, cercetătorul francez André Ampere a descoperit că doi conductori amplasați paralel unul cu celălalt provoacă atracție reciprocă atunci când un curent electric trece printr-o direcție și repulsie dacă curenții sunt direcționați în direcții diferite.

Orez. 1. Experiența lui Ampere cu firele care transportă curent. Acul de busolă lângă un fir cu curent

Pe baza acestor observații, Ampère a concluzionat că interacțiunea curentului cu o săgeată, atracția (și repulsia) firelor și magneților permanenți între ele pot fi explicate dacă presupunem că câmpul magnetic este creat de sarcini electrice în mișcare. În plus, Ampere a prezentat o ipoteză îndrăzneață, conform căreia există curenți moleculari neamortizați în interiorul substanței, care sunt cauza apariției unui câmp magnetic constant. Apoi toate fenomene magnetice poate fi explicată prin interacțiunea sarcinilor electrice în mișcare și nu există sarcini magnetice speciale.

Modelul matematic (teoria), cu ajutorul căruia a devenit posibilă calcularea mărimii câmpului magnetic și a intensității interacțiunii, a fost dezvoltat de fizicianul englez James Maxwell. Din ecuațiile lui Maxwell, care combinau fenomene electrice și magnetice, a rezultat că:

• Câmpul magnetic apare doar ca urmare a mișcării sarcinilor electrice;
• Un câmp magnetic constant există în corpurile magnetice naturale, dar în acest caz, cauza câmpului este mișcarea continuă a curenților moleculari (vârtejuri) în masa materiei;
• Un câmp magnetic poate fi creat și folosind un câmp electric alternativ, dar acest subiect va fi discutat în următoarele articole.

Câmpul magnetic al unei bobine cu curent

Un fir metalic înfășurat în inele pe orice tijă cilindrică (de lemn, plastic etc.) este o bobină electromagnetică. Firul trebuie izolat, adică acoperit cu un fel de izolator (lac sau împletitură de plastic) pentru a evita scurtcircuitarea spirelor adiacente. Ca urmare a fluxului de curent, câmpurile magnetice ale tuturor spirelor se adună și se dovedește că câmpul magnetic total al bobinei cu curent este identic (complet similar) cu câmpul magnetic al unui magnet permanent.

Orez. 2. Câmp magnetic al bobinei și al magnetului permanent.

În interiorul bobinei, câmpul magnetic va fi uniform, ca într-un magnet permanent. Din exterior, liniile de câmp magnetic ale unei bobine de curent pot fi detectate folosind pilitura metalică fine. Liniile de câmp magnetic sunt închise. Prin analogie cu un ac de busolă magnetică, o bobină cu curent are doi poli - sud și nord. Liniile de forță ies de la polul nord și se termină în sud.

Pentru bobinele cu curent, există nume suplimentare, separate, care sunt utilizate în funcție de aplicație:

• Inductor, sau pur și simplu - inductanţă. Termenul este folosit în inginerie radio;
• regulator(throssel - regulator, limitator). Folosit în inginerie electrică;
• Solenoid. Acest cuvânt compus provine din două cuvinte grecești: solen - canal, țeavă și eidos - asemănător). Acesta este numele bobinelor speciale cu miezuri din aliaje magnetice speciale (feromagneți), care sunt folosite ca mecanisme electromecanice. De exemplu, la pornitoarele auto, releul retractor este un solenoid.

Orez. 3. Inductori, bobine, solenoid

Energia câmpului magnetic

Într-o bobină cu curent, energia este stocată dintr-o sursă de energie (baterie, acumulator), care este cu atât mai mare, cu atât este mai mare curentul I și valoarea L, care se numește inductanță. Energia câmpului magnetic al unei bobine cu curent W se calculează folosind formula:

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

Această formulă seamănă cu formula pentru energia cinetică a unui corp. Inductanța este similară cu masa corpului, iar curentul este similar cu viteza corpului. Energia magnetică este proporțională cu pătratul curentului, ca energie kinetică proporțional cu pătratul vitezei.

Pentru a calcula valoarea inductanței bobinei, există următoarea formulă:

$$ L = μ *((N^2*S)\peste l_k) $$

N este numărul de spire ale bobinei;

S este aria secțiunii transversale a bobinei;

l la - lungimea bobinei;

μ - permeabilitatea magnetică a materialului miezului - o valoare de referință. Miezul este o tijă de metal plasată în interiorul bobinei. Vă permite să creșteți semnificativ magnitudinea câmpului magnetic.

Ce am învățat?

Așadar, am aflat că câmpul magnetic apare doar ca urmare a mișcării sarcinilor electrice. Câmpul magnetic al unei bobine cu curent este similar cu câmpul magnetic al unui magnet permanent. Energia câmpului magnetic al bobinei poate fi calculată cunoscând puterea curentului I și inductanța L.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: patru . Evaluări totale primite: 52.

Ar fi logic să vorbim despre un alt reprezentant al elementelor radio pasive - inductori. Dar povestea despre ei va trebui să înceapă de departe, să ne amintim de existența unui câmp magnetic, pentru că este câmpul magnetic care înconjoară și pătrunde bobinele, tocmai în câmpul magnetic, cel mai adesea variabil, funcționează bobinele. Pe scurt, acesta este habitatul lor.

Magnetismul ca proprietate a materiei

Magnetismul este una dintre cele mai importante proprietăți ale materiei, la fel ca, de exemplu, masa sau câmpul electric. Fenomenele magnetismului, la fel ca și electricitatea, sunt însă cunoscute de mult timp, dar știința de atunci nu putea explica esența acestor fenomene. Un fenomen de neînțeles a fost numit „magnetism” după numele orașului Magnesia, care se afla cândva în Asia Mică. Din minereul extras în apropiere s-au obținut magneți permanenți.

Dar magneții permanenți nu sunt deosebit de interesanți în cadrul acestui articol. Deoarece s-a promis că se vorbește despre inductori, atunci cel mai probabil vom vorbi despre electromagnetism, deoarece este departe de a fi un secret faptul că există un câmp magnetic chiar și în jurul unui fir cu curent.

LA conditii moderne a investiga fenomenul magnetismului la nivel inițial, cel puțin, este destul de ușor. Pentru a face acest lucru, trebuie să asamblați cel mai simplu circuit electric dintr-o baterie și un bec pentru o lanternă. O busolă obișnuită poate fi folosită ca indicator al câmpului magnetic, al direcției și al puterii acestuia.

câmp magnetic DC

După cum știți, busola arată direcția spre nord. Dacă plasați în apropiere firele celui mai simplu circuit menționat mai sus și aprindeți becul, atunci acul busolei se va abate oarecum de la poziția sa normală.

Prin conectarea unui alt bec în paralel, puteți dubla curentul din circuit, ceea ce va crește ușor unghiul de rotație al săgeții. Acest lucru sugerează că câmpul magnetic al firului care transportă curent a devenit mai mare. Pe acest principiu funcționează instrumentele de măsurare cu indicatori.

Dacă polaritatea bateriei este inversată, atunci acul busolei va întoarce și celălalt capăt - direcția câmpului magnetic din fire s-a schimbat și ea. Când circuitul este oprit, acul busolei va reveni la poziția potrivită. Nu există curent în bobină și nu există câmp magnetic.

În toate aceste experimente, busola joacă rolul unui ac magnetic de testare, la fel cum studiul unui câmp electric constant este realizat printr-o sarcină electrică de testare.

Pe baza unor astfel de experimente simple, se poate concluziona că magnetismul ia naștere datorită unui curent electric: cu cât acest curent este mai puternic, cu atât proprietățile magnetice ale conductorului sunt mai puternice. Și de unde, atunci, câmpul magnetic al magneților permanenți, pentru că nimeni nu a conectat la ei o baterie cu fire?

Fundamental cercetare științifică s-a dovedit că magnetismul permanent se bazează și pe fenomene electrice: fiecare electron se află în propriul câmp electric și are proprietăți magnetice elementare. Numai în majoritatea substanțelor aceste proprietăți sunt neutralizate reciproc, iar în unele din anumite motive se adună până la un magnet mare.

Desigur, în realitate totul nu este atât de primitiv și simplu, dar, în general, chiar și magneții permanenți au proprietățile lor minunate datorită mișcării sarcinilor electrice.

Ce sunt liniile magnetice?

Liniile magnetice pot fi văzute vizual. LA experiență școlară la lecțiile de fizică, pentru aceasta, se toarnă pilitură de metal pe o foaie de carton, iar dedesubt este plasat un magnet permanent. Atingând ușor o coală de carton, puteți obține imaginea prezentată în Figura 1.

Poza 1.

Este ușor de observat că liniile magnetice de forță ies din polul nord și intră în sud fără a se rupe. Desigur, se poate spune că, dimpotrivă, de la sud la nord, dar este atât de acceptat, așadar, de la nord la sud. În același mod în care au luat cândva direcția curentului de la plus la minus.

Dacă, în loc de magnet permanent, un fir cu curent este trecut prin carton, atunci pilitura de metal îi va arăta, conductorului, un câmp magnetic. Acest câmp magnetic are forma unor linii circulare concentrice.

Pentru a studia câmpul magnetic, puteți face fără rumeguș. Este suficient să mutați un ac magnetic de testare în jurul unui conductor care poartă curent pentru a vedea că liniile magnetice de forță sunt într-adevăr cercuri concentrice închise. Dacă deplasăm săgeata de test în direcția în care câmpul magnetic o deviază, atunci cu siguranță ne vom întoarce în același punct din care am început să ne mișcăm. În mod similar, ca și mersul în jurul Pământului: dacă mergi oriunde fără să te întorci, atunci mai devreme sau mai târziu vei ajunge în același loc.

Figura 2.

Direcția câmpului magnetic al unui conductor cu curent este determinată de regula unui braț, un instrument pentru găurirea unui copac. Totul este foarte simplu aici: brațul trebuie rotit astfel încât mișcarea sa de translație să coincidă cu direcția curentului din fir, apoi sensul de rotație al mânerului va arăta unde este îndreptat câmpul magnetic.

Figura 3

„Curentul vine de la noi” - crucea din mijlocul cercului este penajul unei săgeți care zboară dincolo de planul imaginii, iar acolo unde „Curentul vine la noi”, vârful săgeții este afișat zburând din spatele planului foii . Cel puțin, o astfel de explicație a acestor desemnări a fost dată în lecțiile de fizică de la școală.

Figura 4

Dacă aplicăm regula brațului fiecărui conductor, atunci determinând direcția câmpului magnetic în fiecare conductor, putem spune cu încredere că conductorii cu aceeași direcție a curentului se atrag, iar câmpurile lor magnetice se adună. Conductorii cu curenți de direcții diferite se resping reciproc, câmpul lor magnetic este compensat.

Inductor

Dacă un conductor cu curent este realizat sub formă de inel (bobină), atunci are proprii poli magnetici, nord și sud. Dar câmpul magnetic al unei ture, de regulă, este mic. Mult cele mai bune rezultate se poate realiza prin înfăşurarea firului sub formă de bobină. O astfel de piesă se numește inductor sau pur și simplu inductanță. În acest caz, câmpurile magnetice ale spirelor individuale se adună, întărindu-se reciproc.

Figura 5

Figura 5 arată cum se poate obține suma câmpurilor magnetice ale bobinei. Se pare că fiecare tură poate fi alimentată de la propria sa sursă, așa cum se arată în Fig. 5.2, dar este mai ușor să conectați spirele în serie (doar înfășurați cu un singur fir).

Este destul de evident că cu cât bobina are mai multe spire, cu atât câmpul magnetic al acesteia este mai puternic. Câmpul magnetic depinde și de curentul prin bobină. Prin urmare, este destul de legitim să se evalueze capacitatea unei bobine de a crea un câmp magnetic pur și simplu prin înmulțirea curentului prin bobină (A) cu numărul de spire (W). Această valoare se numește amperi - ture.

bobina de miez

Câmpul magnetic creat de bobină poate fi crescut semnificativ dacă un miez de material feromagnetic este introdus în bobină. Figura 6 prezintă un tabel cu permeabilitatea magnetică relativă a diferitelor substanțe.

De exemplu, oțelul transformatorului va face câmpul magnetic de aproximativ 7..7.5 mii de ori mai puternic decât în ​​absența unui miez. Cu alte cuvinte, în interiorul miezului, câmpul magnetic va roti acul magnetic de 7000 de ori mai puternic (acest lucru poate fi imaginat doar mental).

Figura 6

Substanțele paramagnetice și diamagnetice sunt situate în partea de sus a mesei. Permeabilitatea magnetică relativă µ este relativă la vid. Prin urmare, substanțele paramagnetice cresc ușor câmpul magnetic, în timp ce substanțele diamagnetice îl slăbesc ușor. În general, aceste substanțe nu au un efect special asupra câmpului magnetic. Deși, la frecvențe înalte, miezuri de alamă sau aluminiu sunt uneori folosite pentru a regla circuitele.

În partea de jos a tabelului sunt substanțe feromagnetice, care sporesc foarte mult câmpul magnetic al bobinei cu curent. Deci, de exemplu, un miez din oțel transformator va face câmpul magnetic mai puternic de exact 7500 de ori.

Ce și cum se măsoară câmpul magnetic

Când au fost necesare unități pentru măsurarea cantităților electrice, sarcina unui electron a fost luată ca standard. Din sarcina electronului s-a format o unitate foarte reală și chiar tangibilă - pandantivul, iar pe baza lui totul s-a dovedit a fi simplu: amper, volt, ohm, joule, watt, farad.

Și ce poate fi luat ca punct de plecare pentru măsurarea câmpurilor magnetice? Este foarte problematic să legați un electron de câmpul magnetic într-un fel. Prin urmare, ca unitate de măsură în magnetism, se adoptă un conductor prin care circulă un curent continuu de 1 A.

Principala astfel de caracteristică este tensiunea (H). Arată cu ce forță acționează câmpul magnetic asupra conductorului de testare menționat mai sus, dacă se întâmplă în vid. Vidul este destinat să excludă influența mediului, prin urmare această caracteristică - tensiune este considerată absolut pură. Unitatea de măsură a tensiunii este amperul pe metru (a/m). O astfel de tensiune apare la o distanta de 16 cm de conductor, prin care trece un curent de 1A.

Intensitatea câmpului vorbește doar despre capacitatea teoretică a câmpului magnetic. Abilitatea reală de a acționa este reflectată de o altă valoare a inducției magnetice (B). Ea este cea care arată forța reală cu care acționează câmpul magnetic asupra unui conductor cu un curent de 1A.

Figura 7

Dacă un curent de 1 A curge într-un conductor de 1 m lungime și acesta este împins afară (atras) cu o forță de 1N (102G), atunci se spune că mărimea inducției magnetice în acest punct este exact de 1 Tesla.

Inducția magnetică este o mărime vectorială, pe lângă valoarea numerică, are și o direcție, care coincide întotdeauna cu direcția acului magnetic de testare în câmpul magnetic studiat.

Figura 8

Unitatea de inducție magnetică este tesla (TL), deși în practică este adesea folosită o unitate Gauss mai mică: 1TL = 10.000 Gauss. Este mult sau puțin? Câmpul magnetic din apropierea unui magnet puternic poate atinge câțiva T, lângă acul magnetic al unei busole nu mai mult de 100 gauss, câmpul magnetic al Pământului lângă suprafață este de aproximativ 0,01 gauss și chiar mai mic.

Vectorul de inducție magnetică B caracterizează câmpul magnetic doar într-un punct din spațiu. Pentru a evalua acțiunea unui câmp magnetic într-un anumit spațiu, se introduce un alt concept, cum ar fi flux magnetic (Φ).

De fapt, reprezintă numărul de linii de inducție magnetică care trec printr-un spațiu dat, printr-o zonă: Φ=B*S*cosα. Această imagine poate fi reprezentată ca picături de ploaie: o linie este o picătură (B), și toate împreună este un flux magnetic Φ. Acesta este modul în care liniile magnetice de forță ale spirelor individuale ale bobinei sunt conectate într-un flux comun.

Figura 9

În sistemul SI, Weber (Wb) este luat ca unitate de flux magnetic, un astfel de flux are loc atunci când o inducție de 1 T acționează pe o suprafață de 1 mp.

Fluxul magnetic din diverse dispozitive (motoare, transformatoare etc.), de regulă, trece printr-o anumită cale, numită circuit magnetic sau pur și simplu circuit magnetic. Dacă circuitul magnetic este închis (miezul unui transformator inel), atunci rezistența sa este mică, fluxul magnetic trece nestingherit, concentrat în interiorul miezului. Figura de mai jos prezintă exemple de bobine cu circuite magnetice închise și deschise.

Figura 10.

Dar miezul poate fi tăiat și o bucată poate fi scoasă din el, pentru a face un gol magnetic. Acest lucru va crește rezistența magnetică generală a circuitului, prin urmare, va reduce fluxul magnetic și, în general, va scădea inducția în întregul miez. Este același lucru cu lipirea unei rezistențe mari în serie într-un circuit electric.

Figura 11.

Dacă golul rezultat este blocat cu o bucată de oțel, se dovedește că o secțiune suplimentară cu o rezistență magnetică mai mică este conectată paralel cu spațiul, ceea ce va restabili fluxul magnetic perturbat. Acest lucru este foarte asemănător cu un șunt în circuitele electrice. Apropo, există și o lege pentru un circuit magnetic, care se numește legea lui Ohm pentru un circuit magnetic.

Figura 12.

Partea principală a fluxului magnetic va trece prin șuntul magnetic. Acest fenomen este utilizat în înregistrarea magnetică a semnalelor audio sau video: stratul feromagnetic al benzii acoperă golul din miezul capetelor magnetice, iar întregul flux magnetic se închide prin bandă.

Direcția fluxului magnetic generat de bobină poate fi determinată folosind regula mâinii drepte: dacă patru degete întinse indică direcția curentului în bobină, atunci deget mare va arăta direcția liniilor magnetice, așa cum se arată în Figura 13.

Figura 13.

Este în general acceptat că liniile magnetice părăsesc polul nord și intră în sud. Prin urmare, degetul mare în acest caz indică locația polului sud. Pentru a verifica dacă este așa, puteți utiliza din nou acul busolei.

Cum funcționează un motor electric

Se știe că electricitatea poate crea lumină și căldură, poate participa la procesele electrochimice. După ce te-ai familiarizat cu elementele de bază ale magnetismului, poți vorbi despre cum funcționează motoarele electrice.

Motoarele electrice pot fi de design, putere și principiu de funcționare foarte diferite: de exemplu, curent continuu și alternativ, pas sau colector. Dar cu toată varietatea de modele, principiul de funcționare se bazează pe interacțiunea câmpurilor magnetice ale rotorului și statorului.

Pentru a obține aceste câmpuri magnetice, un curent este trecut prin înfășurări. Cu cât este mai mare curentul și cu cât este mai mare inducția magnetică a câmpului magnetic extern, cu atât motorul este mai puternic. Circuitele magnetice sunt folosite pentru a amplifica acest câmp, motiv pentru care există atât de multe piese de oțel în motoarele electrice. Unele modele de motoare DC folosesc magneți permanenți.

Figura 14.

Aici, se poate spune, totul este clar și simplu: am trecut un curent prin fir, am primit un câmp magnetic. Interacțiunea cu un alt câmp magnetic face ca acest conductor să se miște și chiar să efectueze lucrări mecanice.

Direcția de rotație poate fi determinată de regula mâinii stângi. Dacă cele patru degete întinse arată direcția curentului în conductor, iar liniile magnetice intră în palmă, atunci degetul mare îndoit va indica direcția expulzării conductorului în câmpul magnetic.

De cel mai mare interes practic este câmpul magnetic al unei bobine purtătoare de curent. Figura 97 prezintă o bobină constând din un numar mare spire de sârmă înfăşurată pe un cadru de lemn. Când există curent în bobină, pilitura de fier este atrasă de capetele acesteia; când curentul este oprit, acestea cad.

Orez. 97. Atragerea piliturii de fier de către o bobină cu curent

Dacă o bobină cu curent este suspendată pe conductori subțiri și flexibili, atunci va fi instalată în același mod ca un ac de busolă magnetică. Un capăt al bobinei va fi orientat spre nord, celălalt va fi orientat spre sud. Aceasta înseamnă că o bobină cu curent, ca un ac magnetic, are doi poli - nord și sud (Fig. 98).

Orez. 98. Polii bobinei cu curent

Există un câmp magnetic în jurul unei bobine purtătoare de curent. Acesta, ca și câmpul de curent continuu, poate fi detectat folosind rumeguș (Fig. 99). Liniile magnetice ale câmpului magnetic al unei bobine cu curent sunt, de asemenea, curbe închise. Este în general acceptat că în afara bobinei ele sunt direcționate de la polul nord al bobinei spre sud (vezi Fig. 99).

Orez. 99. Liniile magnetice ale bobinei cu curent

Bobinele cu curent sunt utilizate pe scară largă în tehnologie ca magneți. Sunt convenabile prin faptul că acțiunea lor magnetică poate fi modificată (întărită sau slăbită) într-o gamă largă. Să aruncăm o privire asupra modalităților în care putem face acest lucru.

Figura 97 prezintă un experiment în care se observă acţiunea câmpului magnetic al unei bobine cu curent. Dacă înlocuiți bobina cu alta cu un număr mai mare de spire de sârmă, atunci cu aceeași putere de curent, va atrage mai multe obiecte de fier. Mijloace, efectul magnetic al unei bobine cu curent este mai puternic decât mai mult număr bobine în ea.

Vom include un reostat în circuitul care conține bobina (Fig. 100) și cu ajutorul acestuia vom modifica puterea curentului din bobină. Odată cu creșterea puterii curentului, efectul câmpului magnetic al bobinei cu curent crește, cu o scădere, acesta slăbește.

Orez. 100. Acţiunea câmpului magnetic al bobinei

De asemenea, se dovedește că efectul magnetic al unei bobine cu curent poate fi crescut semnificativ fără a modifica numărul de spire și puterea curentului din ea. Pentru a face acest lucru, trebuie să introduceți o tijă de fier (miez) în interiorul bobinei. Fierul introdus în interiorul bobinei sporește efectul magnetic al bobinei.(Fig. 101).

Orez. 101. Acţiunea câmpului magnetic al unei bobine cu miez de fier

O bobină cu un miez de fier în interior se numește electromagnet.

Un electromagnet este una dintre părțile principale ale multor dispozitive tehnice. Figura 102 prezintă un electromagnet în formă de arc care susține o ancoră (o placă de fier) ​​cu o sarcină suspendată.

Orez. 102. Electromagnet arcuat

Electromagneții sunt folosiți pe scară largă în inginerie datorită proprietăților lor remarcabile. Ele se demagnetizează rapid atunci când curentul este oprit, în funcție de scopul, pot fi realizate într-o varietate de dimensiuni, în timp ce electromagnetul funcționează, efectul său magnetic poate fi ajustat prin schimbarea puterii curentului în bobină.

Electromagneții cu o forță mare de ridicare sunt utilizați în fabrici pentru a transporta produse din oțel sau fontă, precum și așchii de oțel și fontă, lingouri (Fig. 103).

Orez. 103. Aplicarea electromagneţilor

Figura 104 prezintă o vedere în secţiune a unui separator de cereale magnetic. Pilitura de fier foarte fină este amestecată în boabe. Acest rumeguș nu se lipește de boabele netede ale cerealelor utile, ci se lipește de boabele de buruieni. Boabele 1 sunt turnate din buncăr pe un tambur rotativ 2. În interiorul tamburului se află un electromagnet puternic 5. Prin atragerea particulelor de fier 4, acesta îndepărtează boabele de buruieni din fluxul de cereale 3 și în acest fel curăță boabele de buruieni și accidental. obiecte de fier căzute.

Orez. 104. Separator magnetic

Electromagneții sunt folosiți în telegraf, telefoane și în multe alte dispozitive.

Întrebări

1. În ce direcție este montată o bobină purtătoare de curent suspendată pe conductori lungi și subțiri? Ce asemănare are cu un ac magnetic?
2. Care sunt câteva modalități de a crește efectul magnetic al unei bobine purtătoare de curent?
3. Ce este un electromagnet?
4. Care este scopul electromagneților din fabrici?
5. Cum funcționează un separator magnetic de cereale?

Exercițiul 41

1. Este necesar să construiți un electromagnet, a cărui forță de ridicare poate fi ajustată fără a schimba designul. Cum să o facă?
2. Ce trebuie făcut pentru a schimba polii magnetici ai unei bobine cu curent în sens opus?
3. Cum se construiește un electromagnet puternic dacă proiectantului i se oferă condiția ca curentul din electromagnet să fie relativ mic?
4. Electromagneții folosiți la macara au o putere enormă. Electromagneții, cu ajutorul cărora pilitura de fier ies accidental din ochi, sunt foarte slabe. Cum se realizează această diferență?

Exercițiu

Pentru a concentra câmpul magnetic într-o anumită parte a spațiului, se face o bobină dintr-un fir, prin care trece un curent.

O creștere a inducției magnetice a câmpului se realizează prin creșterea numărului de spire ale bobinei și plasarea acesteia pe miez de otel, ai căror curenți moleculari, creând propriul câmp, măresc câmpul rezultat al bobinei.

Orez. 3-11. Bobina de inel.

Bobina inelară (Figura 3-11) are w spire distribuite uniform de-a lungul miezului nemagnetic. Suprafața, delimitată de un cerc de rază care coincide cu linia magnetică medie, este străpunsă de un curent total.

Datorită simetriei, intensitatea câmpului H în toate punctele situate pe linia magnetică de mijloc este aceeași, prin urmare, m.f.

Conform legii curentului total

de unde intensitatea câmpului magnetic pe linia magnetică de mijloc care coincide cu linia axială a bobinei inelare,

și inducția magnetică

Când inducția magnetică pe linia axială cu suficientă precizie poate fi considerată egală cu valoarea medie a acesteia și, în consecință, fluxul magnetic prin secțiunea transversală a bobinei

Ecuației (3-20) i se poate da forma legii lui Ohm pentru un circuit magnetic

unde Ф - flux magnetic; - m.d.s.; - rezistenta circuitului magnetic (miez).

Ecuația (3-21) este similară cu ecuația legii lui Ohm pentru un circuit electric, adică fluxul magnetic este egal cu raportul ppm faţă de rezistenţa magnetică a circuitului.

Orez. 3-12. Bobina cilindrica.

Bobina cilindrică (Fig. 3-12) poate fi considerată ca parte a unei bobine inelare cu o rază suficient de mare și cu o înfășurare situată doar pe o parte a miezului, a cărei lungime este egală cu lungimea bobinei. Intensitatea câmpului și inducția magnetică pe linia axială din centrul unei bobine cilindrice sunt determinate de formulele (3-18) și (3-19), care în acest caz sunt aproximative și aplicabile numai pentru bobinele cu (Fig. 3-). 12).

Dacă un conductor drept este pliat într-un cerc, atunci câmpul magnetic al curentului circular poate fi investigat.
Să realizăm experimentul (1). Treceți firul sub formă de cerc prin carton. Să punem câteva săgeți magnetice libere pe suprafața cartonului în diferite puncte. Porniți curentul și vedeți că săgețile magnetice din centrul bobinei arată aceeași direcție, iar în exteriorul bobinei pe ambele părți în cealaltă direcție.
Acum să repetăm ​​experimentul (2), schimbând polii și, prin urmare, direcția curentului. Vedem că săgețile magnetice și-au schimbat direcția pe întreaga suprafață a cartonului cu 180 de grade.
Concluzionam: liniile magnetice ale curentului circular depind si de directia curentului in conductor.
Să efectuăm un experiment 3. Scoateți săgețile magnetice, porniți electricitateși presărați cu grijă mici pilitură de fier pe întreaga suprafață a cartonului.Avem o imagine a liniilor magnetice de forță, care se numește „spectrul câmpului magnetic al curentului circular”. Cum, în acest caz, să determinăm direcția liniilor câmpului magnetic? Din nou, aplicăm regula gimlet, dar așa cum este aplicată curentului circular. Dacă direcția de rotație a mânerului girlet este aliniată cu direcția curentului în conductorul circular, atunci direcția mișcare înainte brațul va coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic.
Să luăm în considerare mai multe cazuri.
1. Planul bobinei se află în planul foii, curentul prin bobină merge în sensul acelor de ceasornic. Prin rotirea bobinei în sensul acelor de ceasornic, determinăm că liniile magnetice de forță din centrul bobinei sunt direcționate în interiorul bobinei „departe de noi”. Acest lucru este indicat în mod convențional printr-un semn „+” (plus). Acestea. în centrul bobinei punem „+”
2. Planul bobinei se află în planul foii, curentul prin bobină merge în sens invers acelor de ceasornic. Prin rotirea bobinei în sens invers acelor de ceasornic, determinăm că liniile magnetice de forță ies din centrul bobinei „spre noi”. Acest lucru este notat în mod convențional cu „∙” (punct). Acestea. în centrul bobinei, trebuie să punem un punct ("∙").
Dacă un conductor drept este înfășurat în jurul unui cilindru, atunci se va obține o bobină cu curent sau un solenoid.
Să realizăm un experiment (4.) Folosim același circuit pentru experiment, doar firul este trecut acum prin carton sub formă de bobină. Să plasăm mai multe săgeți magnetice libere pe planul cartonului în puncte diferite: la ambele capete ale bobinei, în interiorul bobinei și pe ambele părți în exterior. Lăsați bobina să fie plasată orizontal (direcție de la stânga la dreapta). Porniți circuitul și găsiți că acele magnetice situate de-a lungul axei bobinei arată o direcție. Observăm că la capătul din dreapta al bobinei, săgeata arată că liniile de forță intră în bobină, ceea ce înseamnă că acesta este „polul sud” (S), iar la capătul din stânga acul magnetic arată că ele pleacă. , acesta este „polul nord” (N). În afara bobinei, acele magnetice au direcția opusă față de direcția din interiorul bobinei.
Să efectuăm experimentul (5). În același circuit, schimbați direcția curentului. Constatăm că direcția tuturor săgeților magnetice s-a schimbat, s-au întors la 180 de grade. Concluzionăm: direcția liniilor câmpului magnetic depinde de direcția curentului prin spirele bobinei.
Să efectuăm experimentul (6). Scoateți săgețile magnetice și porniți circuitul. „Sareați cu grijă cu pilitură de fier” cartonul în interiorul și în exteriorul bobinei. Obținem o imagine a liniilor de câmp magnetic, care se numește „spectrul câmpului magnetic al unei bobine cu curent”
Dar cum se determină direcția liniilor câmpului magnetic? Direcția liniilor câmpului magnetic este determinată conform regulii gimletului în același mod ca și pentru o bobină cu curent: Dacă sensul de rotație al mânerului gimlet este aliniat cu direcția curentului din bobine, atunci direcția de mișcarea de translație va coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic din interiorul solenoidului. Câmpul magnetic al unui solenoid este similar cu cel al unui magnet cu bară permanentă. Capătul bobinei din care ies liniile de forță va fi " polul Nord" (N), iar cea care include liniile de forță - " polul Sud» (S).
După descoperirea lui Hans Oersted, mulți oameni de știință au început să-i repete experimentele, inventând altele noi pentru a găsi dovezi ale conexiunii dintre electricitate și magnetism. Omul de știință francez Dominique Arago a pus o tijă de fier într-un tub de sticlă și a înfășurat peste el un fir de cupru, prin care a trecut un curent electric. De îndată ce Arago a închis circuitul electric, tija de fier a devenit atât de puternic magnetizată încât a atras cheile de fier spre sine. A fost nevoie de mult efort pentru a scoate cheile. Când Arago a oprit sursa de alimentare, cheile au căzut de la sine! Deci Arago a inventat primul electromagnet. Electromagneții moderni sunt formați din trei părți: înfășurare, miez și armătură. Firele sunt plasate într-o manta speciala, care joaca rolul de izolator. O bobină multistrat este înfășurată cu un fir - înfășurarea unui electromagnet. Ca miez este folosită o tijă de oțel. Placa care este atrasă de miez se numește ancora. Electromagneții sunt folosiți pe scară largă în industrie datorită proprietăților lor: se demagnetizează rapid atunci când curentul este oprit; pot fi realizate într-o varietate de dimensiuni în funcție de scop; Variind curentul, acțiunea magnetică a electromagnetului poate fi controlată. Electromagneții sunt folosiți în fabrici pentru a transporta produse din oțel și fontă. Acești magneți au o putere mare de ridicare. Electromagneții sunt folosiți și în clopoței electrice, separatoare electromagnetice, microfoane, telefoane. Astăzi am examinat câmpul magnetic al curentului circular, bobine cu curent. Ne-am familiarizat cu electromagneții, aplicarea lor în industrie și în economia națională.