O magnetickém poli, solenoidech a elektromagnetech

Magnetické pole elektrického proudu

Magnetické pole nevytváří pouze přirozené nebo umělé permanentní magnety, ale i vodič, pokud jím prochází elektrický proud. Proto existuje souvislost mezi magnetickými a elektrickými jevy.

Není těžké se ujistit, že se kolem drátu, kterým protéká proud, vytvořilo magnetické pole. Umístěte rovný drát přes pohyblivou magnetickou jehlu rovnoběžně s ní a protáhněte jím elektrický proud. Šipka zaujme polohu kolmo k drátu.

Jaké síly by mohly způsobit rotaci magnetické střelky? Je zřejmé, že síla magnetického pole vytvořeného kolem drátu. Vypněte napájení a magnetická střelka se vrátí do své normální polohy. To naznačuje, že když je proud vypnut, magnetické pole drátu také zmizí.

Elektrický proud procházející drátem tedy vytváří magnetické pole. Chcete-li zjistit, kterým směrem se bude magnetická střelka vychylovat, použijte pravidlo pravé ruky.Pokud položíte pravou ruku na drát dlaní dolů tak, aby se směr proudu shodoval se směrem prstů, pak ohnutý palec ukáže směr vychýlení severního pólu magnetické jehly umístěné pod drátem . Pomocí tohoto pravidla a znalosti polarity šipky můžete také určit směr proudu v drátu.

Přímočaré drátové magmatické pole má tvar soustředných kružnic. Položíte-li pravou ruku na drát dlaní dolů, aby proud tekl z prstů, pak ohnutý palec bude směřovat k severnímu pólu magnetické střelky.Takové pole se nazývá kruhové magnetické pole.

Směr siločar kruhového pole závisí na směry elektrického proudu ve vodiči a je určeno tzv. gimbalovým pravidlem. Pokud je gimbal mentálně zkroucený ve směru proudu, pak se směr otáčení jeho rukojeti bude shodovat se směrem magnetických siločar pole. Aplikováním tohoto pravidla můžete zjistit směr proudu ve vodiči, pokud znáte směr siločar pole vytvořeného tímto proudem.

Vrátíme-li se k experimentu s magnetickou jehlou, můžete se ujistit, že je vždy umístěna svým severním koncem ve směru siločar magnetického pole.

Kolem přímého drátu, kterým prochází elektrický proud, tedy vzniká magnetické pole. Má tvar soustředných kruhů a nazývá se kruhové magnetické pole.

Podrážky atd. Magnetické pole elektromagnetu

Magnetické pole vzniká kolem jakéhokoli drátu, bez ohledu na jeho tvar, za předpokladu, že drátem protéká elektrický proud.

V elektrotechnice se zabýváme různé typy cívekskládající se z řady zatáček.Abychom prozkoumali magnetické pole zájmové cívky, uvažme nejprve, jaký tvar má magnetické pole jednoho závitu.

Představte si cívku tlustého drátu procházející kusem lepenky a připojenou ke zdroji energie. Při průchodu elektrického proudu cívkou se kolem každé jednotlivé části cívky vytvoří kruhové magnetické pole. Podle pravidla «gimbal» lze snadno určit, že siločáry magnetického pole uvnitř smyčky mají stejný směr (směrem k nám nebo od nás, v závislosti na směru proudu ve smyčce) a vycházejí z jedné strany. smyčky a vstupují z druhé strany.Řada takových cívek ve tvaru spirály je tzv. solenoid (cívka).

Magnetické pole se vytváří kolem solenoidu, když jím prochází proud. Získává se jako výsledek sčítání magnetických polí každého závitu a svým tvarem připomíná magnetické pole přímočarého magnetu. Magnetické siločáry solenoidu, stejně jako u přímočarého magnetu, opouštějí jeden konec solenoidu a vracejí se na druhý. Uvnitř solenoidu mají stejný směr. Konce solenoidu jsou tedy polarizované. Konec, ze kterého elektrické vedení vystupuje, je severní pól solenoidu a konec, odkud elektrické vedení vstupuje, je jeho jižní pól.

Póly elektromagnetu lze určit pravidlem pravé ruky, ale k tomu musíte znát směr proudu v jeho otáčkách. Položíte-li pravou ruku na elektromagnet, dlaní dolů, aby proud tekl z prstů, pak ohnutý palec bude směřovat k severnímu pólu elektromagnetu... Z tohoto pravidla vyplývá, že polarita elektromagnetu závisí na na směru proudu v něm.To lze v praxi snadno ověřit přivedením magnetické jehly k jednomu z pólů elektromagnetu a následnou změnou směru proudu v elektromagnetu. Šipka se okamžitě otočí o 180 °, to znamená, že ukáže, že se změnily póly solenoidu.

Solenoid má schopnost přitahovat plíce. Pokud je uvnitř solenoidu umístěna ocelová tyč, po určité době pod vlivem magnetického pole solenoidu dojde k magnetizaci tyče. Tato metoda se používá ve výrobě permanentní magnety.

Elektromagnety

Elektromagnet je cívka (solenoid) s železným jádrem umístěným uvnitř. Tvary a velikosti elektromagnetů jsou různé, ale obecná struktura všech je stejná.

Cívka elektromagnetu je rám vyrobený nejčastěji z lepenky nebo vlákna a má různé tvary podle účelu elektromagnetu. Na rámu je v několika vrstvách navinut měděný izolovaný drát - cívka elektromagnetu. Má různý počet závitů a je vyroben z drátu různých průměrů, podle účelu elektromagnetu.

Pro ochranu izolace cívky před mechanickým poškozením je cívka pokryta jednou nebo více vrstvami papíru nebo jiného izolačního materiálu. Začátek a konec vinutí jsou vyvedeny a připojeny k výstupním svorkám upevněným na rámu nebo k pružným drátům s ušima na koncích.

Cívka elektromagnetu je upevněna na jádru z měkkého, žíhaného železa nebo slitin železa s křemíkem, niklem apod. Toto železo má nejmenší zbytky magnetismus... Jádra jsou nejčastěji vyrobena z tenkých plechů, vzájemně izolovaných.Tvary jádra mohou být různé, v závislosti na účelu elektromagnetu.

Pokud cívkou elektromagnetu prochází elektrický proud, pak se kolem cívky vytvoří magnetické pole, které zmagnetizuje jádro. Vzhledem k tomu, že jádro je vyrobeno z měkkého železa, bude okamžitě zmagnetizováno. Pokud pak proud vypnete, magnetické vlastnosti jádra také rychle zmizí a přestane být magnetem. Póly elektromagnetu, stejně jako solenoidu, jsou určeny pravidlem pravé ruky. Pokud je v cívce elektromagnetu andgmEat aktuální směr, pak se polarita elektromagnetu příslušně změní.

Působení elektromagnetu je podobné jako u permanentního magnetu. Mezi těmito dvěma je však velký rozdíl. Permanentní magnet je vždy magnetický a elektromagnet - pouze když jeho cívkou prochází elektrický proud.

Kromě toho je přitažlivá síla permanentního magnetu nezměněna, protože magnetický tok permanentního magnetu se nemění. Přitažlivá síla elektromagnetu není konstantní, stejný elektromagnet může mít různou gravitaci. Přitažlivá síla každého magnetu závisí na velikosti jeho magnetického toku.

Přitažlivost silového elektromagnetu, a tedy i jeho magnetický tok, závisí na velikosti proudu procházejícího cívkou tohoto elektromagnetu. Čím větší proud, tím větší je přitažlivá síla elektromagnetu a naopak čím menší je proud v cívce elektromagnetu, tím menší silou k sobě magnetická tělesa přitahuje.

Ale u elektromagnetů různé konstrukce a velikosti závisí síla jejich přitažlivosti nejen na velikosti proudu v cívce.Vezmeme-li například dva elektromagnety stejného zařízení a velikosti, ale jeden s malým počtem cívek a druhý s mnohem větším počtem, pak je snadné vidět, že při stejném proudu je síla přitažlivosti to druhé bude mnohem větší. Čím větší je počet cívek, tím větší je při daném proudu magnetické pole vytvořené kolem této cívky, protože se skládá z magnetických polí každého závitu. To znamená, že magnetický tok elektromagnetu a tím i síla jeho přitažlivosti bude tím větší, čím větší bude počet závitů cívky.

Existuje ještě jeden důvod, který ovlivňuje velikost magnetického toku elektromagnetu. To je kvalita jeho magnetického obvodu. Magnetický obvod je dráha, po které se magnetický tok uzavírá. Magnetický obvod má určitý magnetický odpor... Magnetický odpor závisí na magnetické permeabilitě prostředí, kterým prochází magnetický tok. Čím větší je magnetická permeabilita tohoto média, tím nižší je jeho magnetický odpor.

Protože mmagnetická permeabilita feromagnetických těles (železo, ocel) je mnohonásobně větší než magnetická permeabilita vzduchu, je výhodnější vyrobit elektromagnety tak, aby jejich magnetický obvod neobsahoval vzduchové sekce. Součin síly proudu a počtu závitů cívky elektromagnetu se nazývá magnetomotorická síla... Magnetomotorická síla se měří počtem ampérzávitů.

Například cívkou elektromagnetu protéká proud 50 mA s 1200 závity. Magnetomotorická síla takového elektromagnetu rovna 0,05 NS 1200 = 60 ampér.

Působení magnetomotorické síly je obdobné jako působení elektromotorické síly v elektrickém obvodu. Stejně jako EMF je příčinou elektrického proudu, magnetomotorická síla vytváří magnetický tok v elektromagnetu. Stejně jako v elektrickém obvodu, když se EMF zvyšuje, hodnota proudu roste, tak v magnetickém obvodu, když se zvyšuje magnetomotorická síla, roste magnetický tok.

Působení magnetického odporu podobné působení odporu elektrického obvodu. Stejně jako když se odpor elektrického obvodu zvyšuje, proud klesá, tak v magnetickém obvodu způsobuje zvýšení magnetického odporu pokles magnetického toku.

Závislost magnetického toku elektromagnetu na magnetomotorické síle a jeho magnetickém odporu lze vyjádřit vzorcem podobným vzorci Ohmova zákona: magnetomotorická síla = (magnetický tok / reluktance)

Magnetický tok se rovná magnetomotorické síle dělené reluktancí.

Počet závitů cívky a magnetický odpor pro každý elektromagnet je konstantní hodnota. Proto se magnetický tok daného elektromagnetu mění pouze se změnou proudu procházejícího cívkou. Protože přitažlivá síla elektromagnetu je určena jeho magnetickým tokem, ke zvýšení (nebo snížení) přitažlivé síly elektromagnetu je nutné odpovídajícím způsobem zvýšit (nebo snížit) proud v jeho cívce.

Polarizovaný elektromagnet

Polarizovaný elektromagnet je spojení permanentního magnetu s elektromagnetem. Je uspořádán tak.Na pólech permanentního magnetu jsou připevněny tzv. nástavce pólů z měkkého železa.Každý pól slouží jako elektromagnetické jádro, na kterém je umístěna cívka s cívkou. Obě cívky jsou zapojeny do série.

Protože jsou pólové nástavce přímo spojeny s póly permanentního magnetu, mají magnetické vlastnosti i při nepřítomnosti proudu v cívkách; jejich přitažlivá síla je přitom neměnná a je určena magnetickým tokem permanentního magnetu.

Působení polarizovaného elektromagnetu spočívá v tom, že jak proud protéká jeho cívkami, přitažlivá síla jeho pólů roste nebo klesá v závislosti na velikosti a směru proudu v cívkách. Tato vlastnost polarizovaného elektromagnetu je založena na akci elektromagnetické polarizované relé a další elektrická zařízení.

Působení magnetického pole na vodič s proudem

Pokud je drát umístěn v magnetickém poli tak, že je kolmý na siločáry a tímto drátem prochází elektrický proud, drát se začne pohybovat a být magnetickým polem tlačen.

V důsledku interakce magnetického pole s elektrickým proudem se vodič začne pohybovat, to znamená, že elektrická energie se přemění na energii mechanickou.

Síla, kterou je drát odpuzován magnetickým polem, závisí na velikosti magnetického toku magnetu, proudu v drátu a délce té části drátu, kterou siločáry protínají. Směr působení této síly, tedy směr pohybu vodiče, závisí na směru proudu ve vodiči a je určen pravidlem levé ruky.

Pokud držíte dlaň levé ruky tak, aby do ní vstupovaly čáry magnetického pole, a roztažené čtyři prsty jsou otočeny ve směru proudu ve vodiči, pak ohnutý palec bude ukazovat směr pohybu vodiče ... Při použití tohoto pravidla si musíte pamatovat, že siločáry sahají od severního pólu magnetu.