Про магнитное поле, соленоиды и электромагниты
Магнитное поле создается не только естественными или искусственными постоянными магнитами, но и проводником, если по нему проходит электрический ток. Следовательно, существует связь между магнитными и электрическими явлениями.
Убедиться в том, что вокруг проводника, по которому проходит ток, образуется магнитное поле, нетрудно. Над подвижной магнитной стрелке параллельно ей поместите прямолинейный проводник и пропустите через него электрический ток. Стрелка займет положение, перпендикулярное проводнику.
Какие же силы могли заставить повернуться магнитную стрелку? Очевидно, силы магнитного поля, возникшего вокруг проводника. Выключите ток, и магнитная стрелка займет свое обычное положение. Это говорит о том, что с выключением тока исчезло и магнитное поле проводника.
Таким образом, проходящий по проводнику электрический ток создает магнитное поле. Чтобы узнать, в какую сторону отклонится магнитная стрелка, применяют правило правой руки. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтобы направление тока совпадало с направлением пальцев, то отогнутый большой палец покажет направление отклонения северного полюса магнитной стрелки, помещенной под проводником. Пользуясь этим правилом и зная полярность стрелки, можно определить также направление тока в проводнике.
М агнитное поле прямолинейного проводника имеет форму концентрических кругов. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтобы ток как бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс магнитной стрелки . Такое поле называется круговым магнитным полем.
Направление силовых линий кругового поля зависит от направления электрического тока в проводнике и определяется так называемым правилом «буравчика» . Если буравчик мысленно ввинчивать по направлению тока, то направление вращения его ручки будет совпадать с направлением магнитных силовых линий поля. Применяя это правило, можно узнать направление тока в проводнике, если известно направление силовых линий поля, созданного этим током.
Возвращаясь к опыту с магнитной стрелкой, можно убедиться в том, что она всегда располагается своим северным концом по направлению силовых линий магнитного поля.
Итак, вокруг прямолинейного проводника, по которому проходит электрический ток, возникает магнитное поле. Оно имеет форму концентрических кругов и называется круговым магнитным полем.
Соленои д. Магнитное поле соленоида
Магнитное поле возникает вокруг любого проводника независимо от его формы при условии, что по проводнику проходит электрический ток.
В электротехнике мы имеем дело с различного рода катушками, состоящими из ряда витков. Для изучения интересующего нас магнитного поля катушки рассмотрим сначала, какую форму имеет магнитное поле одного витка.
Представим себе виток толстого провода, пронизывающий лист картона и присоединенный к источнику тока. Когда через виток проходит электрический ток, то вокруг каждой отдельной части витка образуется круговое магнитное поле. По правилу «буравчика» нетрудно определить, что магнитные силовые линии внутри витка имеют одинаковое направление (к нам или от нас, в зависимости от направления тока в витке), причем они выходят с одной стороны витка и входят в другую сторону. Ряд таких витков, имеющий форму спирали, представляет собой так называемый соленоид (катушку) .
Вокруг соленоида, при прохождении через него тока, образуется магнитное поле. Оно получается в результате сложения магнитных полей каждого витка и по форме напоминает магнитное поле прямолинейного магнита. Силовые линии магнитного поля соленоида, так же как и в прямолинейном магните, выходят из одного конца соленоида и возвращаются в другой. Внутри соленоида они имеют одинаковое направление. Таким образом, концы соленоида обладают полярностью. Тот конец, из которого выходят силовые линии, является северным полюсом соленоида, а конец, в который силовые линии входят, — его южным полюсом.
Полюса соленоида можно определить по правилу правой руки , но для этого надо знать направление тока в его витках. Если наложить на соленоид правую руку ладонью вниз, так чтобы ток как бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс соленоида . Из этого правила следует, что полярность соленоида зависит от направления тока в нем. В этом нетрудно убедиться практически, поднеся к одному из полюсов соленоида магнитную стрелку и затем изменив направление тока в соленоиде. Стрелка моментально повернется на 180°, т. е. укажет на то, что полюсы соленоида изменились.
Соленоид обладает свойством втягивать в себя легкие ж е лезные предметы. Если внутрь соленоида поместить стальной брусок, то через некоторое время под действием магнитного поля соленоида брусок намагнитится. Этот способ применяют при изготовлении постоянных магнитов.
Электромагнит представляет собой катушку (соленоид) с помещенным внутрь нее железным сердечником. Формы и размеры электромагнитов разнообразны, однако общее устройство всех их одинаково.
Катушка электромагнита представляет собой каркас, изготовленный чаще всего из прессшпана или фибры и имеющий различные формы в зависимости от назначения электромагнита. На каркас намотана в несколько слоев медная изолированная проволока — обмотка электромагнита. Она имеет различночисло витков и изготовляется из проволоки различного диаметра, в зависимости от назначения электромагнита.
Для предохранения изоляции обмотки от механических повреждений обмотку покрывают одним или несколькими слоями бумаги или каким-либо другим изолирующим материалом. Начало и конец обмотки выводят наружу и присоединяют к выводным клеммам, укрепленным на каркасе, или к гибким проводникам с наконечниками на концах.
Катушка электромагнита насажена на сердечник из мягкого, отожженного железа или сплавов железа с кремнием, никелем и т. д. Такое железо обладает наименьшим остаточным магнетизмом. Сердечники чаще всего делают составными из тонких листов, изолированных друг от друга. Формы сердечников могут быть различными, в зависимости от назначения электромагнита.
Если по обмотке электромагнита пропустить электрический ток, то вокруг обмотки образуется магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Так как сердечник сделан из мягкого железа, то он намагнитится мгновенно. Если затем выключить ток, то магнитные свойства сердечника также быстро исчезнут, и он перестанет быть магнитом. Полюсы электромагнита, как и соленоида, определяются по правилу правой руки. Если в обмотке электромагнита и зм енить направление тока, то в соответствии с этим изменится и полярность электромагнита.
Действие электромагнита подобно действию постоянного магнита. Однако между ними есть большая разница. Постоянный магнит всегда обладает магнитными свойствами, а электромагнит — только тогда, когда по его обмотке проходит электрический ток.
Кроме того, сила притяжения постоянного магнита неизменна , так как неизменен магнитный поток постоянного магнита. Сила же притяжения электромагнита не является величиной постоянной. Один и тот же электромагнит может обладать различной силой притяжения. Сила притяжения всякого магнита зависит от величины его магнитного потока.
С ила притяжения электромагнита , а следовательно, и его магнитный поток зависят от величины тока, проходящего через обмотку этого электромагнита. Чем больше ток, тем больше сила притяжения электромагнита, и, наоборот, чем меньше ток в обмотке электромагнита, тем с меньшей силой он притягивает к себе магнитные тела.
Но для различных по своему устройству и размерам электромагнитов сила их притяжения зависит не только от величины тока в обмотке. Если, например, взять два электромагнита одинакового устройства и размеров, но один с небольшим числом витков обмотки, а другой — с гораздо большим, то нетрудно убедиться, что при одном и том же токе сила притяжения последнего будет гораздо больше. Действительно, чем больше число витков обмотки, тем большее при данном токе создается вокруг этой обмотки магнитное поле, так как оно слагается из магнитных полей каждого витка. Значит, магнитный поток электромагнита, а следовательно, и сила его притяжения будут тем больше, чем большее количество витков имеет обмотка.
Есть еще одна причина, влияющая на величину магнитного потока электромагнита. Это — качество его магнитной цепи. Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь обладает определенным магнитным сопротивлением . Магнитное сопротивление зависит от магнитной проницаемости среды, через которую проходит магнитный поток. Чем больше магнитная проницаемость этой среды, тем меньше ее магнитное сопротивление.
Так как м агнитная проницаемость ферромагнитных тел (железа, стали) во много раз больше магнитной проницаемости воздуха, поэтому выгоднее делать электромагниты так, чтобы их магнитная цепь не содержала в себе воздушных участков. Произведение силы тока на число витков обмотки электромагнита называется магнитодвижущей силой . Магнитодвижущая сила измеряется числом ампер-витков.
Например, по обмотке электромагнита, имеющего 1200 витков, проходит ток силой 50 ма. М агнитодвижущая сила такого электромагнита равна 0,05 х 1200 = 60 ампер-витков.
Действие магнитодвижущей силы аналогично действию электродвижущей силы в электрической цепи. Подобно тому как ЭДС является причиной возникновения электрического тока, магнитодвижущая сила создает магнитный поток в электромагните. Точно так же, как в электрической цепи с увеличением ЭДС увеличивается ток в цени, так и в магнитной цепи с увеличением магнитодвижущей силы увеличивается магнитный поток.
Действие магнитного сопротивления аналогично действию электрического сопротивления цепи. Как с увеличением сопротивления электрической цепи уменьшается ток, так и в магнитной цепи увеличение магнитного сопротивления вызывает уменьшение магнитного потока.
Зависимость магнитного потока электромагнита от магнитодвижущей силы и его магнитного сопротивления можно выразить формулой, аналогичной формуле закона Ома: магнитодвижущая сила = (магнитный поток / магнитное сопротивление )
Магнитный поток равен магнитодвижущей силе, деленной на магнитное сопротивление.
Число витков обмотки и магнитное сопротивление для каждого электромагнита есть величина постоянная. Поэтому магнитный поток данного электромагнита изменяется только с изменением тока, проходящего по обмотке. Так как сила притяжения электромагнита обусловливается его магнитным потоком, то, чтобы увеличить (или уменьшить) силу притяжения электромагнита, надо соответственно увеличить (или уменьшить) ток в его обмотке.
Поляризованный электромагнит представляет собой соединение постоянного магнита с электромагнитом. Он устроен таким образом. К полюсам постоянного магнита прикреплены так называемые полюсные надставки из мягкого железа. Каждая полюсная надставка служит сердечником электромагнита , на нее насаживается катушка с обмоткой. Обе обмотки соединяются между собой последовательно.
Так как полюсные надставки непосредственно присоединены к полюсам постоянного магнита, то они обладают магнитными свойствами и при отсутствии тока в обмотках; при этом сила притяжения их неизменна и обусловливается магнитным потоком постоянного магнита.
Действие поляризованного электромагнита заключается в том, что при прохождении тока по его обмоткам сила притяжения его полюсов возрастает или уменьшается в зависимости от величины и направления тока в обмотках. На этом свойстве поляризованного электромагнита основано действие электромагнитных поляризованных реле и других электротехнических устройств .
Действие магнитного поля на проводник с током
Если в магнитное поле поместить проводник так, чтобы он был расположен перпендикулярно силовым линиям поля, и пропустить по этому проводнику электрический ток, то проводник придет в движение и будет выталкиваться из магнитного поля.
В результате взаимодействия магнитного поля с электрическим током проводник приходит в движение, т. е. электрическая энергия превращается в механическую.
Сила, с которой проводник выталкивается из магнитного поля, зависит от величины магнитного потока магнита, силы тока в проводнике и длины той части проводника, которую пересекают силовые линии поля. Направление действия этой силы, т. е. направление движения проводника, зависит от направления тока в проводнике и определяется по правилу левой руки.
Если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника . Применяя это правило, надо помнить, что силовые линии поля выходят из северного полюса магнита.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Магнитное поле соленоида: все, что вам нужно знать
Магнитное поле — одно из самых интересных свойств в физике, а когда дело доходит до соленоидов, все становится еще интереснее. Эти цилиндрические устройства, состоящие из спирально намотанной катушки проволоки, генерируют интенсивное и однородное магнитное поле. В этой статье мы рассмотрим все, что вам нужно знать о магнитном поле соленоида, от того, как оно работает, до его применения в различных областях электроники и техники. Приготовьтесь погрузиться в увлекательный мир электромагнетизма!
- Как работает магнитное поле в соленоиде
- Магнитное поле соленоида: все, что вам нужно знать
- Что такое соленоид и как он работает?
- Как узнать север и юг соленоида
- Как узнать север и юг соленоида?
- Магнитное поле соленоида
- Применение соленоидов
Как работает магнитное поле в соленоиде
Магнитное поле соленоида: все, что вам нужно знать
Соленоиды являются важными компонентами в электронике и электричестве. Их основной характеристикой является способность генерировать магнитное поле при прохождении через них электрического тока. В этой статье мы подробно рассмотрим, как работает магнитное поле в соленоиде и что о нем следует знать.
Что такое соленоид?
Соленоид — это устройство, состоящее из катушки проводящего провода, намотанной в цилиндр. Когда через эту катушку протекает электрический ток, внутри нее создается магнитное поле. Это магнитное поле похоже на то, которое создается вокруг магнита.
Как генерируется магнитное поле
Генерация магнитного поля в соленоиде основана на явлении, известном как соленоидный эффект. Когда электрический ток протекает через катушку соленоида, он создает поток электронов, который создает магнитное поле вокруг катушки. Это магнитное поле можно представить как силовые линии, идущие от северного полюса к южному полюсу соленоида.
Направление магнитного поля
Направление магнитного поля в соленоиде зависит от направления проходящего через него электрического тока. Если ток течет по часовой стрелке, северный полюс соленоида будет в конце, куда ток входит, а южный полюс будет в конце, откуда ток уходит. С другой стороны, если ток течет против часовой стрелки, направление магнитного поля изменится на противоположное.
Напряженность магнитного поля
Сила магнитного поля в соленоиде зависит от нескольких факторов, таких как количество витков катушки, длина соленоида и электрический ток, проходящий через него. В общем, чем больше количество витков катушки и электрический ток, тем больше напряженность магнитного поля.
Применение соленоидов
Соленоиды имеют широкое применение в электронике и электричестве.
Что такое соленоид и как он работает?
Магнитное поле соленоида: все, что вам нужно знать
Соленоид — это электромагнитное устройство, которое используется в самых разных целях. Его работа основана на генерации магнитного поля посредством электрического тока, циркулирующего по его катушке. В этой статье мы подробно рассмотрим, что такое соленоид и как работает его магнитное поле.
Что такое соленоид?
Соленоид — это, по сути, катушка проволоки, намотанная по спирали вокруг сердечника. Катушка состоит из проводника, обычно сделанного из меди, по которому протекает электрический ток. Сердечник может быть изготовлен из разных материалов, например, из железа или воздуха, и его функция — концентрировать магнитное поле, генерируемое катушкой.
Как работает магнитное поле соленоида?
Когда на соленоид подается электрический ток, вокруг катушки создается магнитное поле. Направление и сила этого магнитного поля зависят от направления тока и количества витков катушки. Чем выше ток и количество витков, тем сильнее магнитное поле.
Вы заинтересованы в: Магнитное поле в петле: все, что вам нужно знать
Магнитное поле, создаваемое соленоидом, внутри однородное и напоминает магнитное поле стержневого магнита. Это связано с тем, что силовые линии магнитного поля параллельны и сосредоточены в центре соленоида.
Применение магнитного поля соленоида
Магнитное поле, создаваемое соленоидом, имеет множество применений в различных областях. Некоторые из наиболее распространенных включают в себя:
– Электромагниты: соленоиды используются в качестве сердечника электромагнитов в таких устройствах, как дверные звонки, электромагнитные замки и реле. Подавая электрический ток, соленоид становится временным магнитом, который может притягивать или отталкивать металлические предметы.
– Электромагнитные клапаны: в системах контроля жидкости электромагнитные клапаны используют магнитное поле для открытия или закрытия прохода жидкостей или газов. Активация соленоида перемещает поршень, который контролирует поток жидкости.
Как узнать север и юг соленоида
Магнитное поле соленоида: все, что вам нужно знать
Соленоиды — это устройства, широко используемые в различных электронных и электрических приложениях. Они представляют собой катушки из проволоки, намотанные в форме цилиндра и генерирующие магнитное поле, когда через них протекает электрический ток. В этой статье мы объясним, как узнать север и юг соленоида и какое влияние магнитное поле оказывает на его работу.
Как узнать север и юг соленоида?
Для определения направления магнитного поля соленоида можно воспользоваться правилом правой руки. Если мы возьмем соленоид правой рукой и укажем пальцами в направлении проходящего через него тока, большой палец укажет на север от соленоида. Следовательно, другой конец соленоида будет южным.
Другой способ определить полярность соленоида — использовать компас. Если мы поднесем компас близко к соленоиду, северный полюс компаса укажет на юг соленоида и наоборот. Это происходит потому, что магнитные полюса притягивают друг друга.
Магнитное поле соленоида
Магнитное поле соленоида внутри однородно и простирается в виде линий, параллельных оси соленоида. Силовые линии магнитного поля замкнуты и их направление зависит от направления электрического тока, циркулирующего через соленоид.
Магнитное поле соленоида пропорционально количеству витков провода на единицу длины и току, протекающему через него. Кроме того, магнитное поле внутри соленоида сильнее, чем снаружи.
На магнитное поле соленоида также может влиять наличие близлежащих ферромагнитных материалов. Эти материалы могут концентрировать силовые линии магнитного поля, увеличивая их интенсивность и дальность действия.
Применение соленоидов
Соленоиды широко используются в различных приложениях, таких как электромагниты, реле, электромагнитные клапаны, шаговые двигатели и другие устройства.
Итак, вот оно, мой дорогой читатель! Теперь вы знаете все, что вам нужно знать о магнитном поле соленоида. Надеюсь, вы не были заворожены таким количеством информации! Помните: если вам нужно решить какие-либо магнитные проблемы, не стесняйтесь «применить магнит» к соленоиду! До новых встреч, противоположности притягиваются, но мои познания в электронике всегда будут привлекать вас еще больше!
Физика. 10 класс
§ 28. Индукция магнитного поля. Линии индукции магнитного поля
Направление линий индукции магнитного поля. Определить направление линий индукции магнитного поля можно, используя правило буравчика: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока, то рукоятка буравчика поворачивается в направлении линий индукции магнитного поля. В случае прямолинейного проводника с током линии индукции магнитного поля представляют собой концентрические окружности, которые находятся в плоскостях, перпендикулярных к проводнику ( рис. 147 ).
Определить направление линий индукции магнитного поля прямолинейного проводника с током можно также с помощью правила правой руки: если мысленно обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то остальные пальцы окажутся согнуты в направлении линий индукции магнитного поля ( рис. 148 ).
Картину линий индукции магнитного поля можно получить, используя мелкие железные опилки, которые в магнитном поле ведут себя как магнитные стрелки. На рисунке 149 представлена картина магнитного поля прямолинейного участка проводника с током. Картина магнитного поля кругового витка с током и графическое изображение линий индукции представлены на рисунках 150, а, б.
Полагают, что линии индукции магнитного поля, созданного постоянным магнитом, направлены внутри магнита от его южного полюса S к северному N ( рис. 151 ).
Магнитное поле соленоида подобно полю полосового магнита. На рисунках 152, а, б представлена картина магнитного поля соленоида с током и дано графическое изображение линий индукции. Соленоид представляет собой цилиндрическую катушку, на которую виток к витку намотан провод, изолированный тонким слоем лака. Если длина соленоида много больше его диаметра, то внутри центральной части соленоида линии индукции магнитного поля практически параллельны и направлены вдоль его оси.
Однородное магнитное поле — поле, индукция которого во всех точках пространства одинакова.
Линии индукции такого поля параллельны. В противном случае поле называют неоднородным. Магнитное поле внутри длинного соленоида практически однородно, а вблизи краёв — неоднородно. Неоднородно и магнитное поле прямолинейного проводника с током (см. рис. 148 ).
Для наглядности на рисунках линии индукции изображают гуще в тех местах магнитного поля, где больше значение индукции магнитного поля ( рис. 152 , б). При этом на линии индукции указывают стрелкой направление индукции магнитного поля. Для крайних витков соленоида магнитное поле «кругового» витка с током, проходящим в направлении движения часовой стрелки, эквивалентно полю южного полюса постоянного магнита, а магнитное поле «кругового» витка с током, проходящим против направления движения часовой стрелки, эквивалентно полю северного полюса постоянного магнита (правило часовой стрелки) ( рис. 153 ).
От теории к практике
На рисунке 154 схематически изображено магнитное поле кругового витка с током. Однородно ли такое магнитное поле? Почему?
Направление тока и направление линий его магнитного поля
Направление линий магнитного поля тока зависит от направления тока в проводнике. Убедимся в этом, проведя следующий опыт. Мы знаем, что магнитные стрелки обычно ориентируются, показывая направление магнитных полюсов Земли. Пропустим по прямому проводнику ток. Поднесем магнитную стрелку под прямой проводник. Ее ориентация меняется. Она направлена перпендикулярно проводнику, вдоль которого движутся заряженные частицы. фПоменяем полярность. Теперь ток течет в противоположном направлении. Магнитная стрелка снова располагается перпендикулярно проводнику, но направление северного полюса поменялось так же на противоположное. Теперь расположим проводник так, чтобы он был направлен на нас. Направление магнитных линий вокруг проводника создаст такую картину. Так как ток направлен от нас, то по правилу стрелы, мы видим оперение. Магнитные линии направлены по часовой стрелке. Если ток направлен к нам, то по правилу стрелы мы видим острие. Магнитные линии направлены против часовой стрелки. Существует правило, с помощью которого легко научиться определить зависимость между направлением тока и направлением магнитных линий. Это правило получило название правило Буравчика или правило правого винта. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадет с направлением линий магнитного поля тока. Практически все шурупы, винты и гайки закручиваются по часовой стрелки (так называемый правый винт). Это обусловлено тем, что большинство жителей планеты правши, и именно правой рукой закручивать удобнее по часовой стрелке. Буравчик движется вперед, если мы вращаем его по часовой стрелке. Значит, если ток движется вперед, то магнитные линии так же направлены по часовой стрелке. Буравчик движется назад, если мы вращаем его против часовой стрелки. И если ток движется назад, следовательно, магнитные линии так же направлены против часовой стрелки. Если мы хотим определить направление тока в соленоиде, то можно воспользоваться еще одним мнемоническим правилом, его называют правилом правой руки. Если обхватить соленоид правой ладонью так, что направление четырех пальцев совпадает с направление тока, то отставленный большой палец показывает направление линий магнитного поля внутри соленоида. Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита, а входят в южный. Следовательно, в том месте, где находится большой палец правой руки, так же находится северный полюс магнита. О том, что картина магнитных линий схожа с полосовым магнитом, мы уже показывали ранее. Рассмотрим несколько примеров. Какое направление имеет ток в проводнике, направление силовых линий магнитного поля которого указано стрелками? Воспользуемся правилом буравчика. Вращаем ручку буравчика в направлении указанном на рисунке, он движется влево, следовательно, ток так же направлен влево.
Определите, как расположены магнитные полюсы соленоида, подключенного к источнику тока.
Вспомним, что у аккумулятора больший штрих показывает положительную клемму, меньший — отрицательную. Укажем направление движения силы тока в цепи и витках соленоида. За направление тока в цепи выбрано направление от плюса к минусу.
Третье, воспользуемся правилом правой руки. Направим четыре пальца правой руки по направлению движения тока в витках соленоида, направление большого пальца показывает направление магнитных линий, значит северный полюс магнита. Южный полюс будет с противоположной стороны.Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
- Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
- Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
- Повысим успеваемость по школьным предметам
- Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ