Magnetno polje tuljave s tokom. Elektromagneti in njihova uporaba

Elektromagnetizem je niz pojavov, ki jih povzroča povezava električnih tokov in magnetnih polj. Včasih ta povezava vodi do neželenih učinkov. Na primer, tok, ki teče skozi električne kable na ladji, povzroča nepotrebno odstopanje ladijskega kompasa. Vendar pa se pogosto električna energija namerno uporablja za ustvarjanje magnetnih polj z visoko intenzivnostjo. Kot primer lahko omenimo elektromagneti. Danes se bomo pogovarjali o njih.

Električni tok in magnetni tok

Intenzivnost magnetnega polja se lahko določi s številom linij magnetnega pretoka, ki je na enoto površine. Magnetno polje nastane povsod, kjer teče električni tok, magnetni tok v zraku pa sorazmeren s slednjim. Ravna žica, ki nosi tok, se lahko upogne v tuljavo. Z dovolj majhnim polmerom vrtenja to vodi do povečanja magnetnega pretoka. Tok se ne poveča.

Učinek koncentracije magnetnega pretoka se lahko dodatno okrepi s povečanjem števila vrtljajev, to je, zvijanje žice v tuljavo. Prav tako je tudi obratno. Magnetno polje tuljave s tokom se lahko oslabi, če se število vrtljajev zmanjša.

Izhajamo iz pomembnega odnosa. Na točki maksimalne gostote magnetnega pretoka (to na enoto površine večina tokovnice) razmerje med električnim tokom I, je število ovojev žice n in magnetnega pretoka B izražene kot sledi: V tok sorazmeren s V. 12 A je tok skozi tuljavo 3 ovojev , ustvarja popolnoma isto magnetno polje kot tok 3 A, ki teče skozi tuljavo 12 vrtljajev. To je pomembno vedeti z reševanjem praktičnih problemov.

Solenoid

Tulja iz navite žice, ki ustvarja magnetno polje, se imenuje solenoid. Žice se lahko navijejo na železo (železno jedro). Primerna je tudi nemagnetna baza (npr. Zračno jedro). Kot lahko vidite, lahko uporabite ne samo železo za ustvarjanje magnetnega polja tuljave s tokom. Z vidika velikosti pretoka je vsako nemagnetno jedro enakovredno zraku. To pomeni, da je zgornja zveza, ki se nanaša na tok, število obratov in tok, v tem primeru izvedena precej natančno. Tako lahko z uporabo te regularnosti oslabimo magnetno polje tuljave s tokom.

Uporaba železa v solenoidu

Kaj je železo v solenoidu? Njena prisotnost vpliva na magnetno polje trenutne tuljave v dveh pogledih. Poveča magnetno delovanje toka, pogosto tisočkrat in več. Vendar pa se lahko krši eno pomembno sorazmerno razmerje. To je tista, ki obstaja med magnetnim tokom in tokovom v tuljavah z zračnim jedrom.

Mikroskopska območja v žlezi, domene (natančneje njihova magnetni momenti), pod delovanjem magnetnega polja, ki ga ustvarja tok, je zgrajena v eni smeri. Posledica tega je, da v prisotnosti železnega jedra ta tok ustvari večji magnetni tok na enosmerni presek žice. Tako se gostota toka močno poveča. Ko so vse domene poravnane v eni smeri, dodatno povečanje toka (ali število zavojev v tuljavi) le nekoliko poveča gostoto magnetnega pretoka.

Povej malo o indukciji. To je pomemben del teme, ki nas zanima.

Indukcija magnetnega polja tuljave s tokom

Čeprav je magnetno polje solenoidu z železnim jedrom je veliko močnejši od magnetnega polja magnetnega zračnega jedra, njegova vrednost je omejena z lastnostmi železa. Velikost tiste, ki jo tvorijo tuljava z zračnim jedrom, teoretično nima nobene omejitve. Vendar pa, kot pravilo, prejemajo ogromne tokove, ki so potrebni za ustvarjanje pogojev, ki so primerljive velikosti v polju tuljave z železnim jedrom, je zelo težko in drago. Ne grem vedno na ta način.

Kaj se zgodi, če spremenite magnetno polje trenutne tuljave? To dejanje lahko ustvari električni tok na enak način, da struja ustvarja magnetno polje. Ko se magnet približuje prevodniku, magnetne sile, ki prečkajo prevodnik, povzročijo napetost v njem. Polarnost inducirane napetosti je odvisna od polarnosti in smeri spremembe magnetnega pretoka. Ta učinek je veliko bolj izrazit v tuljavi kot v ločeni tuljavi: sorazmeren je številu vrtljajev v navitju. V prisotnosti železnega jedra se inducira napetost v solenoidu. S to metodo je potrebno premik prevodnika glede na magnetni tok. Če vodnik ne prečka črte magnetnega pretoka, ne bo napetosti.

Kako priti do energije

Električni generatorji proizvajajo tok na podlagi istih načel. Ponavadi se magnet vrti med tuljavami. Velikost induktivne napetosti je odvisna od velikosti polja magneta in hitrosti vrtenja (določajo stopnjo spremembe magnetnega pretoka). Napetost v prevodniku je neposredno sorazmerna hitrosti magnetnega toka v njem.

V mnogih generatorjih se magnet nadomesti s solenoidom. Da bi ustvarili magnetno polje tuljave s tokom, je priključen elektromagnet vir toka. Kaj bo v tem primeru električna energija, ki jo proizvaja generator? To je enako produktu napetosti na tokovnem. Po drugi strani pa povezava toka v prevodniku in magnetni tok omogoča uporabo toka, ki ga ustvari električni tok v magnetnem polju, da se pridobi mehansko gibanje. To načelo sledijo električni motorji in nekateri električni aparati. Vendar pa za ustvarjanje gibanja v njih potrebujete dodatno električno energijo.

Močna magnetna polja

Trenutno je z uporabo pojava superprevodnosti mogoče doseči brez primere intenzitete magnetnega polja tuljave s tokom. Elektromagneti so lahko zelo močni. V tem primeru tok teče brez izgub, to pomeni, da ne povzroči segrevanja materiala. To omogoča uporabo velike napetosti v solenoidih z zračnim jedrom in izogibanje omejitvam, ki jih povzroča učinek nasičenja. Zelo velike možnosti odprejo tako močno magnetno polje s tekočino. Elektromagneti in njihova uporaba mnogih znanstvenikov ne zanima zaman. Konec koncev, močna polja se lahko uporabljajo za premikanje na magnetni "blazini" in ustvarjanje novih vrst elektromotorjev in generatorjev. So sposobni visoke moči po nizki ceni.

Energija magnetnega polja poljsko tuljavo s tokom se aktivno uporablja človeštvo. Uporablja se že več let, zlasti na železnicah. Zdaj bomo govorili o tem, kako se magnetno polje linije tuljave s tokom uporablja za uravnavanje gibanja vlakov.

Magneti na železnici

Železnice običajno uporabljajo sisteme, v katerih se za večjo varnost dopolnjujejo elektromagneti in trajni magneti. Kako delujejo ti sistemi? Močno trajni magnet pritrdite blizu železnice na določeni razdalji od semaforjev. Med prehodom vlaka nad magnetom se os stalnega ravnega magneta v vozniški kabini vrti v majhnem kotu, po katerem magnet ostane v novem položaju.

Ureditev prometa na železnici

Premikanje ravnega magneta vključuje signalni zvonec ali sireno. Potem se zgodi naslednje. Po nekaj sekundah voznikova kabina prečka elektromagnet, ki je povezan s semaforjem. Če vlak daje zeleno luč, magnetni je pod napetostjo in os trajnega magneta v avtu je obrnil v svoj prvotni položaj, izklopite alarm v pilotski kabini. Ko je semafor rdeča ali rumena lučka, je elektromagnet izključen, nato pa po zamudo, samodejno zavira, seveda, če je pozabil, da bi voznika. Zavorno vezje (kot tudi zvočni signal) je priključeno na omrežje od trenutka vrtenja magnetne osi. Če se magnet vrne v prvotni položaj med zakasnitvijo, se zavora ne vključi.