Magnetisch veld van de spoel met stroom. Elektromagneten en hun toepassing

Elektromagnetisme is een combinatie van verschijnselen,Vanwege de koppeling van elektrische stromen en magnetische velden. Soms leidt dit verband tot ongewenste effecten. De stroom die door de elektrische kabels van het schip loopt, veroorzaakt bijvoorbeeld een onnodige afwijking van het scheepskompas. Vaak wordt echter opzettelijk elektriciteit gebruikt om magnetische velden met hoge intensiteit te creëren. Als voorbeeld kunnen we elektromagneten noemen. We zullen er vandaag over praten.

Elektrische stroom en magnetische flux

De intensiteit van het magnetisch veld kan worden bepaaldaantal magnetische fluxlijnen, dat per oppervlakte-eenheid is. Een magnetisch veld ontstaat overal waar een elektrische stroom vloeit, en de magnetische flux in de lucht is evenredig met de laatste. Een rechte draad met een stroom kan in een spoel worden gebogen. Bij een voldoende kleine straal van de bocht leidt dit tot een toename van de magnetische flux. De stroom neemt niet toe.

Het effect van magnetische fluxconcentratie kan zijnverhogen, verhogen van het aantal windingen, d.w.z. het draaien van de draad in de spoel. Het omgekeerde is ook waar. Het magnetische veld van de spoel met stroom kan worden verzwakt als het aantal windingen wordt verminderd.

We leiden een belangrijke relatie af. Op het punt van maximale magnetische fluxdichtheid (het oppervlaktegewicht meeste vloeilijnen) het verband tussen de elektrische stroom I, wordt het aantal draadwikkelingen n, en de magnetische flux B als volgt uitgedrukt: In een stroom evenredig met V 12 A, de stroom door de wikkeling van 3 windingen het creëert precies hetzelfde magneetveld de stroom van 3a, de stroom door de wikkeling van 12 windingen. Het is belangrijk om te weten, het oplossen van praktische problemen.

solenoide

Spoel van wonddraad, makeneen magnetisch veld, wordt een solenoïde genoemd. De draden kunnen op ijzer (ijzeren kern) worden gewikkeld. Een niet-magnetische basis (bijvoorbeeld een luchtkern) is ook geschikt. Zoals je ziet, kun je niet alleen ijzer gebruiken om een ​​magnetische veldspoel met een stroom te creëren. Vanuit het oogpunt van de grootte van de stroom is elke niet-magnetische kern equivalent aan lucht. Dat wil zeggen dat de bovenstaande relatie met betrekking tot de stroom, het aantal windingen en de flux in dit geval vrij nauwkeurig wordt uitgevoerd. Aldus kan het magnetische veld van een spoel met een stroom worden verzwakt door deze regelmatigheid toe te passen.

Gebruik van ijzer in een solenoïde

Waarvoor wordt ijzer gebruikt in een solenoïde? Zijn aanwezigheid beïnvloedt het magnetische veld van de huidige spoel in twee opzichten. Het verhoogt de magnetische werking van de stroom, vaak duizenden keren en meer. Er kan echter een belangrijke proportionele relatie worden geschonden. Dit is degene die bestaat tussen de magnetische flux en de stroom in de spoelen met een luchtkern.

Microscopische domeinen in de klier, domeinen(meer precies, hun magnetische momenten), onder de actie van het magnetische veld gegenereerd door de stroom, zijn gebouwd in een richting. Dientengevolge, in de aanwezigheid van een ijzeren kern, creëert deze stroom een ​​grotere magnetische flux per eenheid doorsnede van de draad. Aldus neemt de fluxdichtheid aanzienlijk toe. Wanneer alle domeinen in één richting zijn uitgelijnd, verhoogt een verdere toename van de stroom (of het aantal omwentelingen in de spoel) de dichtheid van de magnetische flux slechts licht.

Laten we het even hebben over inductie. Dit is een belangrijk onderdeel van het onderwerp dat ons interesseert.

Inductie van het magnetische veld van een spoel met een stroom

Hoewel het magnetisch veld van een solenoïde met een strijkijzerDe kern is veel sterker dan het magnetische veld van een solenoïde met een luchtkern, de grootte ervan wordt beperkt door de eigenschappen van ijzer. De grootte van degene die wordt gemaakt door de spoel met de luchtkern, heeft theoretisch geen limiet. In de regel is het echter zeer moeilijk en duur om de enorme stromen te verkrijgen die nodig zijn om een ​​veld te creëren dat vergelijkbaar is in grootte met het veld van een solenoïde met een ijzeren kern. Ga niet altijd zo.

Wat gebeurt er als je het magnetische veld van de spoel verwisselt methuidige? Deze actie kan een elektrische stroom op dezelfde wijze te genereren als wekt een magnetisch veld. Bij het naderen van de magneet aan de geleider magnetische krachtlijnen die de geleider induceert een spanning daarin. De polariteit van de geïnduceerde spanning is afhankelijk van de polariteit en richting van de verandering van de magnetische flux. Dit effect is meer uitgesproken in de spoel dan in een afzonderlijke spoel: is evenredig met het aantal windingen van de wikkeling. In aanwezigheid van de ijzerkern van de geïnduceerde spanning in de spoel toeneemt. Bij deze werkwijze moet de geleider relatieve magnetische flux bewegen. Als de geleider niet de magnetische fluxlijnen niet snijdt, wordt een spanning ontstaat.

Hoe energie te krijgen

Elektrische generatoren produceren stroom naargebaseerd op dezelfde principes. Gewoonlijk roteert de magneet tussen de spoelen. De grootte van de geïnduceerde spanning hangt af van de grootte van het veld van de magneet en de snelheid van de rotatie (ze bepalen de snelheid van verandering van de magnetische flux). De spanning in de geleider is rechtevenredig met de snelheid van de magnetische flux erin.

In veel generatoren wordt de magneet vervangen door een magneet. Om een ​​magnetische veldspoel met een stroom te creëren, is de spoel verbonden met een stroombron. Wat is in dit geval de elektrische stroom die door de generator wordt geproduceerd? Het is gelijk aan het product van de spanning op de stroom. Aan de andere kant maakt de onderlinge verbinding van de stroom in de geleider en de magnetische flux het mogelijk een stroom te gebruiken die wordt opgewekt door een elektrische stroom in een magnetisch veld om mechanische beweging te verkrijgen. Dit principe wordt gevolgd door elektromotoren en sommige elektrische apparaten. Om er beweging in te creëren, moet u extra elektrisch vermogen spenderen.

Sterke magnetische velden

Momenteel gebruikt het fenomeensupergeleiding, is het mogelijk om een ​​ongekende intensiteit van het magnetische veld van de spoel met stroom te verkrijgen. Elektromagneten kunnen zeer krachtig zijn. In dit geval stroomt de stroom zonder verliezen, d.w.z. veroorzaakt geen verwarming van het materiaal. Dit maakt het mogelijk om een ​​grote spanning toe te passen in de solenoïdes met een luchtkern en de beperkingen te vermijden die worden veroorzaakt door het verzadigingseffect. Zeer goede perspectieven openen zo'n krachtige magnetische veldspoel met stroom. Elektromagneten en hun gebruik zijn niet vergeefs geïnteresseerd in veel wetenschappers. Sterke velden kunnen immers worden gebruikt om op een magnetisch "kussen" te bewegen en nieuwe typen elektromotoren en generatoren te creëren. Ze zijn in staat tot hoog vermogen tegen lage kosten.

De energie van het magnetische veld van de spoel met stroom is actiefgebruikt door de mensheid. Het wordt al vele jaren veel gebruikt, met name op het spoor. We zullen nu bespreken hoe magnetische veldlijnen van de spoel met stroom worden gebruikt om de beweging van treinen te regelen.

Magneten op de spoorwegen

Spoorwegen gebruiken meestaldie omwille van meer veiligheid elkaar, elektromagneten en permanente magneten aanvullen. Hoe werken deze systemen? Een sterke permanente magneet is dicht bij de rail bevestigd op een bepaalde afstand van de verkeerslichten. Tijdens het passeren van de trein over de magneet, roteert de as van de permanente platte magneet in de bestuurderscabine een kleine hoek, waarna de magneet in de nieuwe positie blijft.

Regulering van het verkeer op de spoorlijn

De beweging van een platte magneet bevat een alarmbel of sirene. Dan gebeurt het volgende. Na een paar seconden gaat de bestuurderscabine over de elektromagneet, die is verbonden met een verkeerslicht. Als hij de trein een groene straat geeft, gaat de elektromagneet aan en de as van de permanente magneet in de auto keert terug naar zijn oorspronkelijke positie, waardoor het signaal in de cabine wordt uitgeschakeld. Wanneer het rode of gele lampje brandt bij het stoplicht, wordt de elektromagneet uitgeschakeld en na enige vertraging gaat de rem automatisch aan, tenzij de bestuurder het natuurlijk vergeet. Het remcircuit (evenals het geluidssignaal) is verbonden met het netwerk vanaf het moment dat de magneetas wordt gedraaid. Als de magneet tijdens de vertraging terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie, wordt de rem niet ingeschakeld.