על השדה המגנטי, סולנואידים ואלקטרומגנטים

שדה מגנטי של זרם חשמלי

השדה המגנטי לא נוצר רק על ידי טבעי או מלאכותי מגנטים קבועים, אבל גם מוליך אם עובר בו זרם חשמלי. לכן קיים קשר בין תופעות מגנטיות לחשמליות.

לא קשה לוודא שנוצר שדה מגנטי סביב החוט שדרכו זורם הזרם. מניחים חוט ישר מעל המחט המגנטית הנעה במקביל אליו ומעבירים דרכו זרם חשמלי. החץ ייקח עמדה בניצב לחוט.

אילו כוחות עלולים לגרום למחט המגנטית להסתובב? ברור שעוצמת השדה המגנטי שנוצר סביב החוט. כבה את החשמל והמחט המגנטית תחזור למצבה הרגיל. זה מרמז שכאשר הזרם כבוי, השדה המגנטי של החוט נעלם גם הוא.

לפיכך, הזרם החשמלי העובר דרך החוט יוצר שדה מגנטי. כדי לגלות לאיזה כיוון תסיט המחט המגנטית, הפעל את הכלל של יד ימין.אם תניח את יד ימין על החוט, כף היד כלפי מטה, כך שכיוון הזרם יתאים לכיוון האצבעות, האגודל הכפוף יראה את כיוון הסטייה של הקוטב הצפוני של המחט המגנטית המונחת מתחת לחוט . באמצעות כלל זה והכרת הקוטביות של החץ, אתה יכול גם לקבוע את כיוון הזרם בחוט.

לשדה מחצבי חוט יש צורה של עיגולים קונצנטריים. אם תניח את יד ימין על החוט, כף היד למטה, כך שהזרם יזרום מהאצבעות, אז האגודל הכפוף יצביע על הקוטב הצפוני של המחט המגנטית.שדה כזה נקרא שדה מגנטי מעגלי.

כיוון קווי הכוח של השדה המעגלי תלוי ב כיווני זרם חשמלי במוליך ונקבע על ידי כלל הגימבל כביכול. אם הגימבל מעוות נפשית בכיוון הזרם, אזי כיוון הסיבוב של הידית שלו יתאים לכיוון קווי השדה המגנטי של השדה. יישום כלל זה, אתה יכול לגלות את כיוון הזרם בחוט אם אתה יודע את כיוון קווי השדה של השדה שנוצר על ידי הזרם הזה.

אם נחזור לניסוי המחט המגנטית, אתה יכול לוודא שהיא תמיד ממוקמת עם הקצה הצפוני שלה בכיוון של קווי השדה המגנטי.

כך נוצר שדה מגנטי סביב חוט ישר שדרכו עובר זרם חשמלי. יש לו צורה של מעגלים קונצנטריים והוא נקרא שדה מגנטי מעגלי.

סוליות וכו'. שדה מגנטי סולנואיד

שדה מגנטי נוצר סביב כל חוט, ללא קשר לצורתו, בתנאי שזרם חשמלי זורם דרך החוט.

V הנדסת חשמל אנו עוסקים סוגים שונים של סליליםהמורכב ממספר סיבובים.כדי לחקור את השדה המגנטי של סליל העניין, הבה נבחן תחילה איזו צורה יש לשדה המגנטי של סיבוב אחד.

דמיינו סליל של חוט עבה שעובר דרך פיסת קרטון ומחובר למקור חשמל. כאשר זרם חשמלי עובר דרך הסליל, נוצר שדה מגנטי מעגלי סביב כל חלק בודד של הסליל. על פי כלל ה"גימבל", קל לקבוע שלקווי השדה המגנטי בתוך הלולאה יש את אותו כיוון (לפנינו או הרחק מאיתנו, תלוי בכיוון הזרם בלולאה) והם יוצאים מצד אחד. של הלולאה ונכנס מהצד השני סדרה של סלילים כאלה, בצורת ספירלה, היא מה שנקרא סולנואיד (סליל).

שדה מגנטי נוצר סביב הסולנואיד כאשר זרם עובר דרכו. הוא מתקבל כתוצאה מהוספת השדות המגנטיים של כל סיבוב ובצורתו דומה לשדה המגנטי של מגנט ישר. קווי השדה המגנטי של הסולנואיד, כמו במגנט ישר, עוזבים קצה אחד של הסולנואיד וחוזרים לקצה השני. בתוך הסולנואיד יש להם אותו כיוון. לפיכך, קצוות הסולנואיד מקוטבים. הקצה שממנו יוצאים קווי החשמל הוא הקוטב הצפוני של הסולנואיד, והקצה אליו נכנסים קווי החשמל הוא הקוטב הדרומי שלו.

ניתן לקבוע קטבים סולנואידים לפי כלל יד ימין, אבל בשביל זה אתה צריך לדעת את כיוון הזרם בסיבוביו. אם תניח את יד ימין על הסולנואיד, כף היד למטה, כך שהזרם יזרום מהאצבעות, אז האגודל הכפוף יצביע על הקוטב הצפוני של הסולנואיד... מכלל זה נובע שקוטביות הסולנואיד תלויה על כיוון הזרם בו.קל לבדוק זאת בפועל על ידי הבאת מחט מגנטית לאחד מקטבי הסולנואיד ולאחר מכן שינוי כיוון הזרם בסולנואיד. החץ יסתובב מיד 180 מעלות, כלומר יראה שהקטבים של הסולנואיד השתנו.

לסולנואיד יש את היכולת למשוך את הריאות. אם מוט פלדה ממוקם בתוך הסולנואיד, לאחר זמן מה, בהשפעת השדה המגנטי של הסולנואיד, המוט יתמגנט. שיטה זו משמשת בייצור מגנטים קבועים.

אלקטרומגנטים

אלקטרומגנט הוא סליל (סולנואיד) שבתוכו מונחת ליבת ברזל. הצורות והגדלים של האלקטרומגנטים שונים, אך המבנה הכללי של כולם זהה.

סליל של אלקטרומגנט הוא מסגרת העשויה לרוב מלוח דפוס או סיבים ובעל צורות שונות בהתאם למטרת האלקטרומגנט. חוט מבודד נחושת מלופף על המסגרת במספר שכבות - סליל האלקטרומגנט. יש לו מספר סיבובים שונה והוא עשוי מחוט בקטרים ​​שונים, בהתאם למטרת האלקטרומגנט.

כדי להגן על בידוד הסליל מפני נזק מכני, הסליל מכוסה בשכבה אחת או יותר של נייר או חומר בידוד אחר. ההתחלה והסוף של הפיתול מובאים החוצה ומחוברים למסופי הפלט הקבועים על המסגרת או לחוטים גמישים עם אוזניים בקצוות.

סליל האלקטרומגנט מותקן על ליבה העשויה מברזל רך, מחושל או סגסוגות של ברזל עם סיליקון, ניקל וכו'. לברזל הזה יש הכי פחות שאריות מַגנֶטִיוּת... הליבות עשויות לרוב מיריעות דקות, מבודדות זו מזו.צורות הליבה יכולות להיות שונות, בהתאם למטרת האלקטרומגנט.

אם זרם חשמלי עובר דרך סליל של אלקטרומגנט, אז נוצר שדה מגנטי סביב הסליל, אשר ממגנט את הליבה. מכיוון שהליבה עשויה מברזל רך, היא תתמגנט מיד. אם לאחר מכן תכבה את הזרם, גם התכונות המגנטיות של הליבה ייעלמו במהירות והיא תחדל להיות מגנט. הקטבים של אלקטרומגנט, כמו סולנואיד, נקבעים על ידי כלל יד ימין. אם בסליל של האלקטרומגנט andgmEat כיוון הנוכחי, אז הקוטביות של האלקטרומגנט תשתנה בהתאם.

פעולתו של אלקטרומגנט דומה לזו של מגנט קבוע. עם זאת, יש הבדל גדול בין השניים. מגנט קבוע הוא תמיד מגנטי, ואלקטרומגנט - רק כאשר זרם חשמלי עובר דרך הסליל שלו.

בנוסף, כוח המשיכה של המגנט הקבוע אינו משתנה, שכן השטף המגנטי של מגנט קבוע אינו משתנה. כוח המשיכה של אלקטרומגנט אינו קבוע, לאותו אלקטרומגנט יכול להיות כוח משיכה שונה. כוח המשיכה של כל מגנט תלוי בגודל השטף המגנטי שלו.

המשיכה של אלקטרומגנט סחף, ולכן השטף המגנטי שלו, תלויה בגודל הזרם העובר דרך סליל האלקטרומגנט הזה. ככל שהזרם גדול יותר, כוח המשיכה של האלקטרומגנט גדול יותר ולהפך, ככל שהזרם בסליל האלקטרומגנט קטן יותר, כך הוא מושך אליו גופים מגנטיים קטן יותר.

אבל עבור אלקטרומגנטים בעיצוב וגודל שונים, עוצמת המשיכה שלהם תלויה לא רק בגודל הזרם בסליל.אם, למשל, ניקח שני אלקטרומגנטים מאותו מכשיר וגודל, אבל אחד עם מספר קטן של סלילים, והשני עם מספר הרבה יותר גדול, אז קל לראות שבאותו זרם כוח המשיכה של האחרון יהיה הרבה יותר גדול. ואכן, ככל שמספר הסלילים גדול יותר, כך גדול יותר, בזרם נתון, השדה המגנטי שנוצר סביב הסליל הזה, מכיוון שהוא מורכב מהשדות המגנטיים של כל סיבוב. המשמעות היא שהשטף המגנטי של האלקטרומגנט ובהתאם לכך כוח המשיכה שלו יהיה גדול יותר, ככל שמספר הסיבובים של הסליל גדול יותר.

ישנה סיבה נוספת המשפיעה על גודל השטף המגנטי של אלקטרומגנט. זו האיכות של המעגל המגנטי שלו. מעגל מגנטי הוא הנתיב שלאורכו נסגר השטף המגנטי. למעגל המגנטי יש התנגדות מגנטית מסוימת... ההתנגדות המגנטית תלויה בחדירות המגנטית של התווך שדרכו עובר השטף המגנטי. ככל שהחדירות המגנטית של המדיום הזה גדולה יותר, ההתנגדות המגנטית שלו נמוכה יותר.

מכיוון שהחדירות המגנטית של גופים פרומגנטיים (ברזל, פלדה) גדולה פי כמה מהחדירות המגנטית של האוויר, לכן כדאי יותר לייצר אלקטרומגנטים כך שהמעגל המגנטי שלהם לא יכיל חלקי אוויר. המכפלה של עוצמת הזרם ומספר הסיבובים של סליל האלקטרומגנט נקראת הכוח המגנטו-מוטיבי... הכוח המגנטו-מוטיבי נמדד במספר סיבובי האמפר.

לדוגמה, זרם של 50 mA זורם דרך סליל של אלקטרומגנט עם 1200 סיבובים. כוח מגנטומטיבי של אלקטרומגנט כזה שווה ל-0.05 NS 1200 = 60 אמפר.

פעולת הכוח המגנטו-מוטיבי דומה לפעולת הכוח האלקטרו-מוטיבי במעגל חשמלי. בדיוק כמו EMF הוא הגורם לזרם חשמלי, כוח מגנטו-מוטיב יוצר שטף מגנטי באלקטרומגנט. כשם שבמעגל חשמלי, ככל שה-EMF גדל, ערך הזרם עולה, כך במעגל מגנטי, ככל שהכוח המגנטו-מוטיב גדל, השטף המגנטי גדל.

פעולת התנגדות מגנטית דומה לפעולת התנגדות מעגל חשמלי. כשם שכאשר ההתנגדות של מעגל חשמלי עולה, הזרם יורד, כך במעגל מגנטי, עלייה בהתנגדות המגנטית גורמת לירידה בשטף המגנטי.

תלות השטף המגנטי של אלקטרומגנט בכוח המגנטו-מוטיב והתנגדותו המגנטית יכולה להתבטא בנוסחה הדומה לנוסחת חוק אוהם: כוח מגנטו-מוטיבי = (שטף מגנטי / סרבנות)

השטף המגנטי שווה לכוח המגנטו-מוטיבי חלקי הרתיעה.

מספר הסיבובים של הסליל וההתנגדות המגנטית לכל אלקטרומגנט הוא ערך קבוע. לכן, השטף המגנטי של אלקטרומגנט נתון משתנה רק עם שינוי בזרם הזורם דרך הסליל. מכיוון שכוח המשיכה של אלקטרומגנט נקבע על ידי השטף המגנטי שלו, כדי להגביר (או להקטין) את כוח המשיכה של אלקטרומגנט, יש צורך להגדיל (או להקטין) את הזרם בסליל שלו בהתאם.

אלקטרומגנט מקוטב

אלקטרומגנט מקוטב הוא צימוד של מגנט קבוע לאלקטרומגנט. הוא מסודר בצורה זו, מה שנקרא הרחבות של עמודי הברזל הרכים מחוברות לקטבים של המגנט הקבוע.כל קוטב משמש כליבה אלקטרומגנטית, עליו מניחים סליל עם סליל. שני הסלילים מחוברים בסדרה.

מאחר שהרחבות הקטבות מחוברות ישירות לקטבים של מגנט קבוע, יש להן תכונות מגנטיות גם בהעדר זרם בסלילים; יחד עם זאת, כוח המשיכה שלהם אינו משתנה והוא נקבע על ידי השטף המגנטי של מגנט קבוע.

פעולתו של אלקטרומגנט מקוטב היא שכאשר הזרם זורם דרך הסלילים שלו, כוח המשיכה של הקטבים שלו גדל או יורד בהתאם לגודל וכיוון הזרם בסלילים. תכונה זו של אלקטרומגנט מקוטב מבוססת על הפעולה ממסר מקוטב אלקטרומגנטי ומכשירים חשמליים אחרים.

הפעולה של שדה מגנטי על מוליך נושא זרם

אם חוט ממוקם בשדה מגנטי כך שהוא מאונך לקווי השדה, וזרם חשמלי עובר דרך החוט הזה, החוט יתחיל לנוע ולהידחף על ידי השדה המגנטי.

כתוצאה מהאינטראקציה של השדה המגנטי עם הזרם החשמלי, המוליך מתחיל לנוע, כלומר, האנרגיה החשמלית מומרת לאנרגיה מכנית.

הכוח שבו החוט נדחק על ידי השדה המגנטי תלוי בגודל השטף המגנטי של המגנט, בזרם בחוט ובאורך של אותו חלק של החוט שחוצים קווי הכוח. כיוון הפעולה של כוח זה, כלומר כיוון התנועה של המוליך, תלוי בכיוון הזרם במוליך ונקבע לפי כלל יד שמאל.

אם תחזיק את כף יד שמאל כך שקווי השדה המגנטי ייכנסו אליה, וארבע האצבעות המורחבות מופנות לכיוון הזרם במוליך, אז האגודל הכפוף יציין את כיוון התנועה של המוליך. ... ביישום כלל זה, עליך לזכור שקווי השדה משתרעים מהקוטב הצפוני של המגנט.