Tietoja magneettikentästä, solenoideista ja sähkömagneeteista

Sähkövirran magneettikenttä

Magneettikenttä ei ole vain luonnollinen tai keinotekoinen kestomagneetit, mutta myös johdin, jos sen läpi kulkee sähkövirta. Siksi magneettisten ja sähköisten ilmiöiden välillä on yhteys.

Ei ole vaikeaa varmistaa, että johdon ympärille muodostuu magneettikenttä, jonka läpi virta kulkee. Aseta suora lanka liikkuvan magneettineulan päälle sen suuntaisesti ja johda sähkövirta sen läpi. Nuoli asettuu kohtisuoraan johtoon nähden.

Mitkä voimat voivat saada magneettineulan pyörimään? Ilmeisesti langan ympärille luodun magneettikentän voimakkuus. Katkaise virta ja magneettinen neula palaa normaaliasentoonsa. Tämä viittaa siihen, että kun virta katkaistaan, myös johtimen magneettikenttä katoaa.

Siten johdon läpi kulkeva sähkövirta luo magneettikentän. Käytä oikean käden sääntöä saadaksesi selville, mihin suuntaan magneettinen neula taipuu.Jos asetat oikean kätesi langalle kämmen alaspäin niin, että virran suunta on sama kuin sormien suunta, niin taivutettu peukalo näyttää langan alle asetetun magneettineulan pohjoisnavan taipumissuunnan . Tämän säännön avulla ja tietäen nuolen napaisuuden voit myös määrittää virran suunnan johdossa.

Suoraviivaisella langalla olevalla magmakentällä on samankeskisten ympyröiden muoto. Jos asetat oikean kätesi langalle kämmen alaspäin niin, että virta tulee sormista, niin taivutettu peukalo osoittaa magneettineulan pohjoisnapaan.Tällaista kenttää kutsutaan pyöreäksi magneettikentällä.

Pyöreän kentän voimalinjojen suunta riippuu sähkövirran suunnat johtimessa ja määräytyy ns. gimbalsäännön mukaan. Jos gimbaali on henkisesti kierretty virran suuntaan, sen kahvan pyörimissuunta on sama kuin kentän magneettikenttälinjojen suunta. Tätä sääntöä soveltamalla saat selville johdossa olevan virran suunnan, jos tiedät kyseisen virran luoman kentän kenttälinjojen suunnan.

Palaten magneettineulakokeeseen, voit varmistaa, että se on aina sijoitettu pohjoispäänsä magneettikenttälinjojen suuntaan.

Siten magneettikenttä syntyy suoran johdon ympärille, jonka läpi kulkee sähkövirta. Sillä on samankeskisten ympyröiden muoto ja sitä kutsutaan pyöreäksi magneettikentäksi.

Pohjat yms. Solenoidin magneettikenttä

Magneettikenttä syntyy minkä tahansa johtimen ympärille sen muodosta riippumatta, edellyttäen, että johdon läpi kulkee sähkövirta.

V sähkötekniikka käsittelemme erityyppisiä kelojakoostuu useista kierroksista.Tutkiaksemme kiinnostavan käämin magneettikenttää pohditaan ensin, minkä muotoinen yhden kierroksen magneettikenttä on.

Kuvittele paksun langan kela, joka kulkee pahvipalan läpi ja liitetään virtalähteeseen. Kun sähkövirta kulkee kelan läpi, muodostuu pyöreä magneettikenttä kelan jokaisen yksittäisen osan ympärille. «Gimbal»-säännön mukaan on helppo todeta, että silmukan sisällä olevat magneettikenttäviivat ovat samansuuntaisia ​​(meitä kohti tai meistä poispäin, riippuen silmukan virran suunnasta) ja ne lähtevät yhdeltä puolelta Sarja tällaisia ​​keloja, spiraalin muodossa, on ns. solenoidi (kela).

Magneettikenttä muodostuu solenoidin ympärille, kun virta kulkee sen läpi. Se saadaan lisäämällä kunkin kierroksen magneettikentät, ja se muistuttaa muodoltaan suoraviivaisen magneetin magneettikenttää. Solenoidin magneettikenttäviivat, kuten suoraviivaisen magneetin kanssa, jättävät solenoidin toisesta päästä ja palaavat toiseen. Solenoidin sisällä niillä on sama suunta. Siten solenoidin päät ovat polarisoituneet. Pää, josta voimalinjat lähtevät, on solenoidin pohjoisnapa, ja pää, josta voimalinjat tulevat, on sen etelänapa.

Solenoidin navat voidaan määrittää oikean käden säännöllä, mutta tätä varten sinun on tiedettävä virran suunta sen käännöksissä. Jos asetat oikean kätesi solenoidille, kämmen alaspäin, niin että virta tulee sormista, niin taivutettu peukalo osoittaa solenoidin pohjoisnapaan... Tästä säännöstä seuraa, että solenoidin napaisuus riippuu siinä olevan virran suunnasta.Käytännössä tämä on helppo tarkistaa viemällä magneettineula johonkin solenoidin napoihin ja muuttamalla sitten solenoidin virran suuntaa. Nuoli kääntyy välittömästi 180 °, eli se osoittaa, että solenoidin navat ovat muuttuneet.

Solenoidilla on kyky vetää keuhkoja. Jos solenoidin sisään asetetaan terästanko, tanko magnetoituu jonkin ajan kuluttua solenoidin magneettikentän vaikutuksesta. Tätä menetelmää käytetään tuotannossa kestomagneetit.

Sähkömagneetit

Sähkömagneetti on kela (solenoidi), jonka sisällä on rautasydän. Sähkömagneettien muodot ja koot ovat erilaisia, mutta niiden kaikkien yleinen rakenne on sama.

Sähkömagneetin kela on runko, joka on useimmiten valmistettu painelevystä tai kuidusta ja jolla on eri muotoja sähkömagneetin käyttötarkoituksen mukaan. Kuparieristetty lanka on kierretty runkoon useissa kerroksissa - sähkömagneetin kela. Siinä on eri määrä kierroksia ja se on valmistettu erihalkaisijaisista langoista riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta.

Kelan eristyksen suojaamiseksi mekaanisilta vaurioilta kela peitetään yhdellä tai useammalla kerroksella paperia tai muuta eristävää materiaalia. Käämityksen alku ja loppu tuodaan ulos ja liitetään runkoon kiinnitettyihin lähtöliittimiin tai taipuisiin johtimiin, joiden päissä on korvat.

Sähkömagneetin kela on asennettu ytimeen, joka on valmistettu pehmeästä, hehkutetusta raudasta tai raudan seoksista, joissa on piitä, nikkeliä jne. Tässä raudassa on vähiten jäämiä magnetismi... Sydämet on useimmiten valmistettu ohuista levyistä, jotka on eristetty toisistaan.Ytimen muodot voivat olla erilaisia ​​riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta.

Jos sähkövirta kulkee sähkömagneetin kelan läpi, käämin ympärille muodostuu magneettikenttä, joka magnetoi ytimen. Koska ydin on valmistettu pehmeästä raudasta, se magnetoituu välittömästi. Jos katkaiset virran sitten, myös ytimen magneettiset ominaisuudet katoavat nopeasti ja se lakkaa olemasta magneetti. Sähkömagneetin, kuten solenoidin, navat määräytyvät oikean käden säännön mukaan. Jos sähkömagneetin kelassa jagmEat nykyinen suunta, silloin sähkömagneetin napaisuus muuttuu vastaavasti.

Sähkömagneetin toiminta on samanlainen kuin kestomagneetin. Näiden kahden välillä on kuitenkin suuri ero. Kestomagneetti on aina magneettinen ja sähkömagneetti - vain kun sähkövirta kulkee sen kelan läpi.

Lisäksi kestomagneetin vetovoima on muuttumaton, koska kestomagneetin magneettivuo on muuttumaton. Sähkömagneetin vetovoima ei ole vakio, sillä samalla sähkömagneetilla voi olla erilainen painovoima. Minkä tahansa magneetin vetovoima riippuu sen magneettivuon suuruudesta.

Silttisähkömagneetin vetovoima ja siten sen magneettivuo riippuu tämän sähkömagneetin kelan läpi kulkevan virran suuruudesta. Mitä suurempi virta on, sitä suurempi on sähkömagneetin vetovoima ja päinvastoin, mitä pienempi virta on sähkömagneetin kelassa, sitä vähemmän voimaa se vetää magneettisia kappaleita puoleensa.

Mutta erityyppisten ja erikokoisten sähkömagneettien vetovoima ei riipu vain kelan virran suuruudesta.Jos otamme esimerkiksi kaksi sähkömagneettia, joilla on sama laite ja koko, mutta toisessa on vähän käämiä ja toisessa paljon suurempi määrä, niin on helppo nähdä, että samalla virralla vetovoima jälkimmäinen on paljon suurempi. Todellakin, mitä suurempi on kelojen lukumäärä, sitä suurempi on tietyllä virralla kelan ympärille muodostuva magneettikenttä, koska se koostuu kunkin kierroksen magneettikentistä. Tämä tarkoittaa, että sähkömagneetin magneettivuo ja vastaavasti sen vetovoima on sitä suurempi, mitä suurempi on kelan kierrosten määrä.

On toinen syy, joka vaikuttaa sähkömagneetin magneettivuon suuruuteen. Tämä on sen magneettipiirin laatu. Magneettipiiri on reitti, jota pitkin magneettivuo sulkeutuu. Magneettipiirillä on tietty magneettivastus... Magneettinen resistanssi riippuu väliaineen magneettisesta läpäisevyydestä, jonka läpi magneettivuo kulkee. Mitä suurempi tämän väliaineen magneettinen permeabiliteetti, sitä pienempi on sen magneettinen resistanssi.

Koska ferromagneettisten kappaleiden (rauta, teräs) mmagneettinen permeabiliteetti on monta kertaa suurempi kuin ilman magneettinen läpäisevyys, on kannattavampaa tehdä sähkömagneetteja siten, että niiden magneettipiiri ei sisällä ilmaosia. Virran voimakkuuden ja sähkömagneetin käämin kierrosluvun tuloa kutsutaan magnetomotoriseksi voimaksi... Magnetomotorinen voima mitataan ampeerikierrosten lukumäärällä.

Esimerkiksi 50 mA virta kulkee sähkömagneetin kelan läpi 1200 kierrosta. Tällaisen sähkömagneetin magneettinen voima on 0,05 NS 1200 = 60 ampeeria.

Magnetomotorisen voiman vaikutus on samanlainen kuin sähkömoottorin vaikutus sähköpiirissä. Aivan kuten EMF on sähkövirran syy, magnetomotorinen voima luo magneettivuon sähkömagneetissa. Aivan kuten sähköpiirissä, kun EMF kasvaa, virran arvo kasvaa, niin magneettipiirissä magnetomotorisen voiman kasvaessa magneettivuo kasvaa.

Magneettinen vastus, joka on samanlainen kuin sähköpiirin vastuksen vaikutus. Aivan kuten sähköpiirin resistanssin kasvaessa virta pienenee, niin magneettipiirissä magneettisen vastuksen kasvu aiheuttaa magneettivuon vähenemisen.

Sähkömagneetin magneettivuon riippuvuus magnetomotorisesta voimasta ja sen magneettiresistanssista voidaan ilmaista kaavalla, joka on samanlainen kuin Ohmin lain kaava: magnetomotorinen voima = (magneettivuo / reluktanssi)

Magneettivuo on yhtä suuri kuin magnetomotorinen voima jaettuna reluktanssilla.

Kelan kierrosten lukumäärä ja kunkin sähkömagneetin magneettivastus on vakioarvo. Siksi tietyn sähkömagneetin magneettivuo muuttuu vain kelan läpi kulkevan virran muutoksella. Koska sähkömagneetin vetovoima määräytyy sen magneettivuon perusteella, sähkömagneetin vetovoiman lisäämiseksi (tai vähentämiseksi) on tarpeen lisätä (tai vähentää) sen kelassa olevaa virtaa vastaavasti.

Polarisoitu sähkömagneetti

Polarisoitu sähkömagneetti on kestomagneetin kytkentä sähkömagneettiin. Se on järjestetty näin: Pehmeärautanapojen ns. jatkeet on kiinnitetty kestomagneetin napoihin.Jokainen napa toimii sähkömagneettisena sydämenä, jonka päälle asetetaan kela. Molemmat kelat on kytketty sarjaan.

Koska napojen jatkeet on kytketty suoraan kestomagneetin napoihin, niillä on magneettisia ominaisuuksia jopa ilman virtaa keloissa; samaan aikaan niiden vetovoima on muuttumaton ja sen määrää kestomagneetin magneettivuo.

Polarisoidun sähkömagneetin toiminta on, että kun virta kulkee sen kelojen läpi, sen napojen vetovoima kasvaa tai pienenee riippuen käämien virran suuruudesta ja suunnasta. Tämä polarisoidun sähkömagneetin ominaisuus perustuu toimintaan sähkömagneettinen polarisoitu rele ja muut sähkölaitteet.

Magneettikentän vaikutus virtaa kuljettavaan johtimeen

Jos lanka asetetaan magneettikenttään siten, että se on kohtisuorassa kenttälinjoihin nähden ja sen läpi kulkee sähkövirta, lanka alkaa liikkua ja magneettikenttä työntää sitä.

Magneettikentän vuorovaikutuksen seurauksena sähkövirran kanssa johdin alkaa liikkua, eli sähköenergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi.

Voima, jolla magneettikenttä hylkii lankaa, riippuu magneetin magneettivuon suuruudesta, johdossa olevasta virrasta ja sen langan osan pituudesta, jonka voimalinjat ylittävät. Tämän voiman vaikutussuunta, eli johtimen liikesuunta, riippuu johtimessa olevan virran suunnasta ja määräytyy vasemman käden säännön mukaan.

Jos pidät vasemman kätesi kämmenestä niin, että magneettikentän linjat tulevat siihen, ja pidennetyt neljä sormea ​​käännetään johtimessa olevan virran suuntaan, taivutettu peukalo osoittaa johtimen liikesuunnan ... Tätä sääntöä sovellettaessa on muistettava, että kenttäviivat ulottuvat magneetin pohjoisnavasta.