Магнітнае поле шпулькі з токам. Электрамагніты і іх прымяненне

Электрамагнетызм - гэта сукупнасць з'яў, абумоўленых сувяззю электрычных токаў і магнітных палёў. Часам гэтая сувязь прыводзіць да непажаданых эфектаў. Да прыкладу, ток, працякаючая па электрычных кабелях на караблі, выклікае непатрэбнае адхіленне суднавага компаса. Аднак нярэдка электрычнасць наўмысна выкарыстоўваецца для стварэння магнітных палёў вялікі інтэнсіўнасці. У якасці прыкладу можна прывесці электрамагніты. Пра іх мы сёння і пагаворым.

Электрычны ток і магнітны паток

Інтэнсіўнасць магнітнага поля можна вызначыць лікам ліній магнітнага патоку, якое прыходзіцца на адзінку плошчы. Магнітнае поле ўзнікае ўсюды, дзе працякае электрычны ток, прычым магнітны струмень у паветры прапарцыйны апошняму. Прамы провад, які нясе ток, можна сагнуць у віток. Пры досыць малым радыусе вітка гэта прыводзіць да ўзрастання магнітнага патоку. Пры гэтым сіла тока не павялічваецца.

Эфект канцэнтрацыі магнітнага патоку можна яшчэ ўзмацніць, павялічваючы колькасць віткоў, т. Е. Скручваючыся провад у катушку. Справядліва і адваротнае. Магнітнае поле шпулькі з токам можна аслабіць, калі паменшыць колькасць віткоў.

Выведзем важнае суадносіны. У кропцы максімальнай шчыльнасці магнітнага патоку (у ёй на адзінку плошчы прыходзіцца больш за ўсё ліній патоку) суадносіны паміж электрычным токам I, лікам віткоў провада n і магнітным патокам У выяўляецца так: In прапарцыйна В. Ток у 12 А, бягучы па шпульцы з 3 віткоў , стварае дакладна такое ж магнітнае поле, як і ток у 3 А, бягучы па шпульцы з 12 віткоў. Гэта важна ведаць, вырашаючы практычныя задачы.

саленоід

Шпулька з наматанага драты, якая стварае магнітнае поле, называецца саленоідам. Драты можна намотваць на жалеза (жалезны стрыжань). Падыдзе і немагнітных аснова (напрыклад, паветраны стрыжань). Як вы бачыце, можна выкарыстаць не толькі жалеза, каб стварыць магнітнае поле шпулькі з токам. З пункту гледжання велічыні патоку любы немагнітных стрыжань эквівалентны паветры. Гэта значыць прыведзенае вышэй суадносіны, якое злучае ток, лік віткоў і струмень, у гэтым выпадку выконваецца дастаткова дакладна. Такім чынам, магнітнае поле шпулькі з токам можна аслабіць, калі ўжыць гэтую заканамернасць.

Выкарыстанне жалеза ў саленоід

Для чаго ў саленоід выкарыстоўваецца жалеза? Яго наяўнасць ўплывае на магнітнае поле шпулькі з токам ў двух адносінах. Яно павялічвае магнітнае дзеянне току, часта ў тысячы разоў і больш. Аднак пры гэтым можа парушацца адна важная прапарцыйная залежнасць. Гаворка ідзе пра тую, якая існуе паміж магнітным патокам і токам у шпульках з паветраным стрыжнем.

Мікраскапічныя вобласці ў жалезе, дамены (дакладней, іх магнітныя моманты), пры дзеянні магнітнага поля, якое ствараецца токам, будуюцца ў адным кірунку. У выніку пры наяўнасці жалезнага стрыжня дадзены ток стварае большы магнітны струмень на адзінку перасеку провада. Такім чынам, шчыльнасць патоку істотна ўзрастае. Калі ўсе дамены выстройваюцца ў адным напрамку, далейшае павелічэнне току (ці лікі віткоў у шпульцы) толькі нязначна павышае шчыльнасць магнітнага патоку.

Раскажам цяпер крыху пра індукцыі. Гэта важная частка цікавіць нас тэмы.

Індукцыя магнітнага поля шпулькі з токам

Хоць магнітнае поле саленоіда з жалезным стрыжнем значна мацней магнітнага поля саленоіда з паветраным стрыжнем, велічыня яго абмежаваная ўласцівасцямі жалеза. Памер таго, якое ствараецца шпулькай з паветраным стрыжнем, тэарэтычна не мае мяжы. Аднак, як правіла, атрымліваць велізарныя токі, неабходныя для стварэння поля, параўнальнага па велічыні з полем саленоіда з жалезным стрыжнем, вельмі цяжка і дорага. Не заўсёды варта ісці гэтым шляхам.

Што будзе, калі змяніць магнітнае поле шпулькі з токам? Гэта дзеянне можа спарадзіць электрычны ток сапраўды гэтак жа, як ток стварае магнітнае поле. Пры набліжэнні магніта да правадніка магнітныя сілавыя лініі, якія перасякаюць правадыр, індукуюць ў ім напружанне. Палярнасць індукаванага напружання залежыць ад палярнасці і напрамкі змены магнітнага патоку. Гэты эфект значна мацней выяўляецца ў катушку, чым у асобным вітку: ён прапарцыйны ліку віткоў у абмотцы. Пры наяўнасці жалезнага стрыжня індуцыраванае напружанне ў саленоід павялічваецца. Пры такім спосабе неабходна рух правадыра адносна магнітнага патоку. Калі правадыр не будзе перасякаць лініі магнітнага патоку, напружанне не ўзнікне.

Як атрымліваюць энергію

Электрычныя генератары выпрацоўваюць ток на аснове тых жа прынцыпаў. Звычайна магніт круціцца паміж шпулькамі. Велічыня індукаванага напружання залежыць ад велічыні поля магніта і хуткасці яго кручэння (яны вызначаюць хуткасць змены магнітнага патоку). Напружанне ў правадыру прама прапарцыйна хуткасці магнітнага патоку ў ім.

У многіх генератарах магніт заменены саленоідам. Для таго каб стварыць магнітнае поле шпулькі з токам, саленоід падключаюць да крыніцы току. Які ў гэтым выпадку будзе электрычная магутнасць, якая выпрацоўваецца генератарам? Яна роўная твору напружання на сілу току. З іншага боку, ўзаемасувязь току ў правадніку і магнітнага патоку дазваляе выкарыстоўваць паток, які ствараецца электрычным токам у магнітным полі, для атрымання механічнага руху. Па гэтым прынцыпе працуюць электрарухавікі і некаторыя электравымяральныя прыборы. Аднак для стварэння руху ў іх неабходна затрачваць дадатковую электрычную магутнасць.

Моцныя магнітныя палі

У цяперашні час, выкарыстоўваючы з'ява звышправоднасці, атрымоўваецца атрымліваць нябачанай інтэнсіўнасці магнітнае поле шпулькі з токам. Электрамагніты могуць быць вельмі магутнымі. Пры гэтым ток працякае без страт, т. Е. Не выклікае нагрэву матэрыялу. Гэта дазваляе ўжываць вялікае напружанне ў саленоіда з паветраным стрыжнем і пазбегнуць абмежаванняў, абумоўленых эфектам насычэння. Вельмі вялікія перспектывы адкрывае такое магутнае магнітнае поле шпулькі з токам. Электрамагніты і іх прымяненне нездарма цікавяць мноства навукоўцаў. Бо моцныя палі могуць выкарыстоўвацца для руху на магнітнай «падушцы» і стварэння новых відаў электрарухавікоў і генератараў. Яны здольныя высокую магутнасць пры малой кошту.

Энергія магнітнага поля шпулькі з токам актыўна выкарыстоўваецца чалавецтвам. Яна ўжо доўгія гады шырока ўжываецца, у прыватнасці на жалезных дарогах. Пра тое, як выкарыстоўваюцца магнітныя лініі поля шпулькі з токам для рэгулявання руху цягнікоў, мы цяпер і пагаворым.

Магніты на чыгунках

На чыгунках звычайна ўжываюцца сістэмы, у якіх у мэтах большай бяспекі электрамагніты і пастаянныя магніты дапаўняюць адзін аднаго. Як жа дзейнічаюць гэтыя сістэмы? Моцны пастаянны магніт прымацоўваюць ўшчыльную да самае рэйкі на вызначанай адлегласці ад святлафораў. Падчас праходжання цягніка над магнітам вось пастаяннага плоскага магніта ў кабіне машыніста паварочваецца на малы кут, пасля чаго магніт застаецца ў новым становішчы.

Рэгуляванне руху на чыгунцы

Рух плоскага магніта ўключае сігнальны званок ці сірэну. Далей адбываецца наступнае. Праз пару секунд кабіна машыніста праходзіць над электрамагнітам, які звязаны са святлафорам. Калі той дае цягніку зялёную вуліцу, то электрамагніт аказваецца пад напругай і вось пастаяннага магніта ў вагоне паварочваецца ў сваё першапачатковае становішча, выключаючы сігнал у кабіне. Калі ж на святлафоры гарыць чырвоны або жоўты святло, электрамагніт бывае выключаны, і тады пасля некаторай затрымкі аўтаматычна ўключаецца тормаз, калі, вядома, гэта забыўся зрабіць машыніст. Тармазная ланцуг (як і гукавы сігнал) падключаецца да сеткі з моманту павароту восі магніта. Калі магніт падчас затрымкі вяртаецца ў першапачатковае становішча, то тормаз не ўключаецца.