Magnetické pole cívky s proudem. Elektromagnety a jejich aplikace

Elektromagnetismus je sada jevů způsobených připojením elektrických proudů a magnetických polí. Někdy toto spojení vede k nežádoucím účinkům. Například proud, který protéká elektrickými kabely na lodi, způsobuje zbytečnou odchylku kompasu lodi. Často se však elektrická energie úmyslně používá k vytváření magnetických polí s vysokou intenzitou. Jako příklad můžeme zmínit elektromagnety. Dnes o nich budeme mluvit.

Elektrický proud a magnetického toku

Intenzita magnetického pole může být určena počtem linek magnetického toku, který je na jednotku plochy. Magnetické pole vzniká všude tam, kde proudí elektrický proud a magnetický tok ve vzduchu je úměrný druhému. Rovný vodič nesoucí proud může být ohnutý do cívky. S dostatečně malým poloměrem otáček to vede ke zvýšení magnetického toku. Proud se nezvyšuje.

Účinek koncentrace magnetického toku může být dále zesílen zvýšením počtu otáček, tj. Kroucením drátu do cívky. Opačný je také pravdivý. Magnetické pole cívky s proudem může být oslabeno, jestliže se sníží počet otáček.

Odvozujeme důležitý vztah. V okamžiku maximální magnetické indukce (to na jednotku plochy většina proudnic) vztah mezi elektrickým proudem I, počet závitů drátu n a tok B magnetické, je vyjádřena následovně: V proud úměrný V. 12 A, proud procházející cívkou 3 závitů vytváří přesně stejné magnetické pole jako proud 3 A, proud procházející cívkou 12 zatáček. Je důležité vědět, že řešíme praktické problémy.

Solenoid

Cívka z navinutého drátu, který vytváří magnetické pole, se nazývá solenoid. Vodiče mohou být navinuty na železo (železné jádro). Rovněž je vhodná nemagnetická základna (například vzduchové jádro). Jak vidíte, můžete použít nejen žehlička k vytvoření cívky magnetického pole s proudem. Z hlediska velikosti průtoku je jakékoliv nerovnoměrné jádro ekvivalentní vzduchu. To znamená, že výše uvedený vztah týkající se proudu, počtu otáček a toku, v tomto případě, se provádí velmi přesně. Takto může být magnetické pole cívky s proudem oslabeno použitím této pravidelnosti.

Použití železa v solenoidu

Co se železo používá v solenoidu? Jeho přítomnost ovlivňuje magnetické pole proudové cívky ve dvou ohledech. Zvyšuje magnetické působení proudu, často tisíckrát a více. Je však možné porušit jeden důležitý poměrný vztah. To je ten, který existuje mezi magnetickým tokem a proudem ve svitcích s jádrem vzduchu.

Mikroskopické oblasti žlázy, domény (přesněji jejich magnetické momenty), pod působením magnetického pole, který je vytvořen proudem, jsou postaveny v jednom směru. Výsledkem je, že v přítomnosti železného jádra tento proud vytváří větší magnetický tok na jednotku průřezu drátu. Hustota toku se tedy podstatně zvyšuje. Když jsou všechny domény zarovnány v jednom směru, další zvýšení proudu (nebo počtu otáček v cívce) jen nepatrně zvyšuje hustotu magnetického toku.

Pojďme si trochu promluvit o indukci. To je důležitá část tématu, která nás zajímá.

Indukce magnetického pole cívky proudem

I když je magnetické pole elektromagnetu s železným jádrem je mnohem silnější, než je magnetické pole z magnetického jádra vzduchu, jeho hodnota je omezena vlastnostmi železa. Velikost té, která je vytvořena cívkou se vzduchovým jádrem, teoreticky nemá žádný limit. Nicméně, jako pravidlo, přijímat obrovské proudy potřebné pro vytvoření pole, které je srovnatelné velikosti na budicí cívku se železným jádrem, je velmi obtížné a nákladné. Ne vždy jděte takhle.

Co se stane, když změníte magnetické pole aktuální cívky? Tato akce může generovat elektrický proud stejným způsobem, jako proud vytváří magnetické pole. Když se magnet blíží vodiči, magnetické silice, které procházejí vodičem, vyvolávají v něm napětí. Polarita indukovaného napětí závisí na polaritě a směru změny magnetického toku. Tento účinek je mnohem výraznější ve svitku než v samostatné cívce: je úměrný počtu otáček ve vinutí. V přítomnosti železného jádra se zvyšuje indukované napětí ve solenoidu. Při této metodě je nutné přesunout vodič vzhledem k magnetickému toku. Pokud vodič nepřekročí vedení magnetického toku, nedojde k žádnému napětí.

Jak získat energii

Elektrické generátory vyrábějí proud na základě stejných principů. Obvykle se magnet otáčí mezi cívkami. Velikost indukovaného napětí závisí na velikosti pole magnetu a rychlosti jeho otáčení (určují rychlost změny magnetického toku). Napětí ve vodiči je přímo úměrné rychlosti magnetického toku v něm.

V mnoha generátorech je magnet nahrazen solenoidem. Aby se vytvořilo magnetické pole cívky s proudem, je solenoid připojen zdroj proudu. Co v tomto případě bude elektrická energie vyrobená generátorem? Je rovno výsledku napětí na proudu. Na druhé straně propojení proudu ve vodiči a magnetický tok umožňuje použití proudu generovaného elektrickým proudem v magnetickém poli za účelem získání mechanického pohybu. Po tomto principu následují elektromotory a některé elektrické spotřebiče. Chcete-li vytvořit pohyb v nich, musíte vynaložit další elektrickou energii.

Silné magnetické pole

V současné době, za použití jev supravodivosti, že je možné získat bezprecedentní intenzitu magnetického pole cívky s proudem. Elektromagnety mohou být velmi silné. V tomto případě proud proudí bez ztrát, tzn. Nezpůsobuje zahřátí materiálu. To umožňuje použít velké napětí v solenoidů s jádrem vzduchu a vyhnout se omezením způsobeným účinkem saturace. Velmi dobré vyhlídky otevírají takové silné magnetické pole s proudem. Elektromagnety a jejich použití nejsou marné zajímat se o mnoho vědců. Koneckonců silné pole lze použít k pohybu na magnetické "polštáři" a vytvářet nové typy elektromotorů a generátorů. Mají vysoký výkon za nízkou cenu.

Energie magnetického polní cívka s proudem je aktivně používána lidstvem. To bylo široce používáno po mnoho let, zejména na železnicích. Nyní budeme hovořit o tom, jak se pro regulaci pohybu vlaků používají magnetické pole vedení cívky s proudem.

Magnety na železnici

Železnice obvykle používají systémy, u nichž se pro větší bezpečnost doplňují elektromagnety a permanentní magnety. Jak fungují tyto systémy? Silný permanentní magnet připevněte v blízkosti koleje v určité vzdálenosti od semaforu. Při průjezdu vlaků nad osou magnetu roviny permanentního magnetu v kabině řidiče je otočen o malý úhel, načež se magnet zůstává ve své poloze.

Regulace provozu na železnici

Pohyb plochého magnetu obsahuje signální zvonění nebo sirénu. Pak se stane následující. Po několika vteřinách kabina řidiče projde elektromagnetem, který je připojen k semaforu. Pokud dává vlaku zelenou ulici, zapne se elektromagnet a osa permanentního magnetu v autě se otočí do původní polohy a vypne signál v kabině. Když svítí červené nebo žluté světlo na semaforech, elektromagnet se vypne a po určité době se brzda automaticky zapne, pokud samozřejmě operátor nezapomněl. Brzdový obvod (stejně jako zvukový signál) je připojen k síti od okamžiku otáčení osy magnetu. Pokud se magnet vrátí do původní polohy během zpoždění, brzda se nezapne.