Что такое соленоид в физике

автор: admin
06.04.2024

СОЛЕНОИД

(от греч. solen — трубка и eidos — вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к-рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к-рого значительно больше диаметра, магн. поле С. направлено параллельно его оси и однородно (рис.), причём его напряжённость пропорц. силе тока и (приближённо) числу витков.

СОЛЕНОИД

Внеш. магн. поле С. подобно полю стержневого магнита. С. с железным сердечником во внутр. полости представляет собой электромагнит.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

(от греч. solen — трубка и eidos — вид) — проволочнаяспираль с током, характеризуемая числом витков на единицу длины п, длиной l, диаметром d; толщина провода и шаг спирали (винтовой линии)малы по сравнению с d и l. Термин «С.» применяют и в болеешироком значении — так называют катушки с произвольным сечением (квадратныйС., прямоуг. С.), и не обязательно цилиндрические (тороидальный С.). Различаютдлинный С. (ld )и короткий (ld). В тех случаях, когда соотношение между d и l специальноне оговаривается, подразумевается длинный С. В теоретич. физике модельюС. служит система поверхностных токов j _П, текущих поцилиндрич. поверхности перпендикулярно к образующей (j _П= nI, где I -ток моделируемого С.).

С. изобретён в 1820 А. Ампером (A. Ampere) для усиления открытого X.Эрстедом (Н. Oersted) магн. действия тока и был применён Д. Араго (D. Arago)в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магн. свойства С. были экспериментальноизучены Ампером в 1822 (тогда же им был введён и термин «С.»), была установленаэквивалентность С. постоянным природным магнитам той же конфигурации, чтоявилось подтверждением электродинамич. теории Ампера, объяснявшей магнетизмвзаимодействием скрытых в телах кольцевых молекулярных токов.

Энергия магн. поля С. с точностью до величины порядка d/l сосредоточенавнутри С. Вдали от концов С. внутр. поле близко к однородному с напряжённостью Н= пI в СИ (в гауссовой системе единиц H = 4pnI/с).Внеш. поле С. близко к полю двух магн. зарядов ±q m , помещённыхна его концах [( — магн. постоянная)в СИ, вгауссовой системе единиц]. Силовые линии магн. поля С. приведены на рис.

С. используются в физике и технике для создания квазподнородных магн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Что такое соленоид в физике

Азбука физики

Научные игрушки

Простые опыты

Этюды об ученых

Решение задач

Презентации
Учебные презентации
Книги по физике Повышение IQ
Умные книжки

Есть вопросик?

Его величество.

Музеи науки.

Достижения.

Викторина по физике
Викторина для физика
Физика в кадре

Учителю
В помощь учителю
Читатели пишут

Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. Электрический ток в обмотке создает в окружающем пространстве магнитное поле соленоида.

Соленоид становится магнитом.
Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении
через нее электрического тока и отпадают при отключении тока.

Сила магнитного поля катушки с током зависит от числа витков катушки,
от силы тока в цепи и от наличия сердечника в катушке.
Чем большее число витков в катушке и чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки

Если подвесить соленоид на нити, то он повернется и сориентируется в магнитном поле Земли
подобно свободно вращающейся магнитной стрелке.

Конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, становится северным полюсом, а другой конец, в который магнитные линии входят, — южным полюсом магнита-соленоида.
___

Графически изображение магнитного поля соленоида похоже на магнитное поле полосового магнита.

Магнитные линии магнитного поля катушки с током замкнутые кривые
и направлены снаружи катушки от северного полюса к южному полюсу.
___

Внутри соленоида , длина которого значительно больше диаметра, магнитные линии магнитного поля параллельны и направлены вдоль соленоида.

Соленоид

Солено́ид — разновидность электромагнитов. Соленоид — это односложная катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра. Характеризуется значительным соотношением длины намотки к диаметру оправки, что позволяет создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле.

Соленоид почти всегда снабжается внешним магнитопроводом. Внутренний магнитопровод может быть подвижным или отсутствовать вовсе.

Соленоид на постоянном токе

Если длина соленоида намного больше его диаметра и не используется магнитный материал, то при протекании тока по обмотке внутри катушки создаётся магнитное поле, направленное вдоль оси, которое однородно и для постоянного тока по величине равно

$B = \mu_0 n I\!$

(СИ),

$H = \frac<4\pi></p> <p> n I» width=»» height=»» /> (СГС),</p> <p>где <img decoding=$ — магнитная проницаемость вакуума, n=N/l — число витков N на единицу длины l (линейная плотность витков), — ток в обмотке.

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

$E_\mathrm<coxp></p><div class='code-block code-block-9' style='margin: 8px 0; clear: both;'>  <script src=$

= <<\Phi I>\over 2> = \over 2>.» width=»» height=»» />

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

$\varepsilon = -L<dI \over dt></p> <p>.» width=»» height=»» /></p><div class='code-block code-block-10' style='margin: 8px 0; clear: both;'>  <script src=$

Индуктивность соленоида

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

$L = \mu_0 n^2 V\! = \frac<\mu_0><4\pi>\frac» width=»» height=»» /> (СИ), <img decoding=$ (СГС),

где — объём соленоида, $z=\pi dN$ — длина проводника, намотаннного на соленоид, — длина соленоида, — диаметр витка.

Без использования магнитного материала плотность магнитного потока в пределах катушки является фактически постоянной и равна

$B = \mu_0 \frac<N></p><div class='code-block code-block-12' style='margin: 8px 0; clear: both;'>  <script src=$

I,» width=»» height=»» />

где $\mu_0$ − магнитная проницаемость вакуума, − число витков, — сила тока и — длина катушки. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно плотности потока , умноженному на площадь поперечного сечения и число витков :

$\displaystyle \Psi = \mu_0N^2iS/l,$

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

$\displaystyle L = \mu_0N^2S/l,$

эквивалентная предыдущим двум формулам.

Соленоид на переменном токе

При переменном токе соленоид создаёт переменное магнитное поле. Если соленоид используется как электромагнит, то на переменном токе величина силы притяжения изменяется. В случае якоря из магнитомягкого материала направление силы притяжения не изменяется. В случае магнитного якоря направление силы меняется. На переменном токе соленоид имеет комплексное сопротивление, активная составляющая которого определяется активным сопротивлением обмотки, а реактивная составляющая определяется индуктивностью обмотки.

Применение

Соленоиды постоянного тока чаще всего применяются как поступательный силовой электропривод. В отличие от обычных электромагнитов обеспечивает большой ход. Силовая характеристика зависит от строения магнитной системы (сердечника и корпуса) и может быть близка к линейной.

Соленоиды приводят в движение ножницы для отрезания билетов и чеков в кассовых аппаратах, язычки замков, клапаны в двигателях, гидравлических системах и проч. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра.

Соленоиды на переменном токе применяются в качестве индуктора для индукционного нагрева в индукционных тигельных печах.

См. также

Магнит
Электромагнит
Индуктивность
Катушка индуктивности
Катушка Румкорфа

Магнетизм
Физика ускорителей
Электрические аппараты

Соленоид

Solenoid-1 VFPt Solenoid correct2

Конструктивно длинные соленоиды выполняются в виде однослойной намотки (см. рис. рис.1), так и многослойной.

Если длина намотки значительно превышает её диаметр, то в полости соленоида при подаче в него электрического тока создаётся магнитное поле, близкое к однородному.

Также часто соленоидами называют

1 Соленоид на постоянном токе
2 Индуктивность соленоида
3 Соленоид на переменном токе
4 Применение
5 Примечание
6 См. также

Соленоид на постоянном токе [ ]

где μ 0 — магнитная проницаемость вакуума, n = N / l — число витков на единицу длины соленоида, N — число витков, l — длина соленоида, I — ток в обмотке.

Вследствие того, что две половины бесконечного соленоида в точке их соединения вносят одинаковый вклад в магнитное поле, магнитная индукция полубесконечного соленоида у его края вдвое меньше, чем в объёме. То же самое можно сказать о поле на краях конечного, но достаточно длинного соленоида [3] :

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока I . Величина этой энергии равна

где Ψ = N Φ — Φ — магнитный поток в соленоиде, L — индуктивность соленоида.

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

Индуктивность соленоида [ ]

где μ 0 — магнитная проницаемость вакуума, n = N / l — число витков на единицу длины соленоида, N — число витков, V = S l — объём соленоида, z = π d N — длина проводника, намотанного на соленоид, S = π d 2 / 4 /4> — площадь поперечного сечения соленоида, l — длина соленоида, d — диаметр витка.

Без использования магнитного материала B в пределах соленоида является фактически постоянной и равна

где I — сила тока. Пренебрегая Ψ через катушку равно магнитной индукции B , умноженной на площадь поперечного сечения S и число витков N :

Ψ = B S N = μ 0 N 2 I S / l = μ 0 n 2 V I = L I . N^IS/l=\mu _n^VI=LI.>

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

L = μ 0 N 2 S / l = μ 0 n 2 V , N^S/l=\mu _n^V,> эквивалентная предыдущим двум формулам.

Соленоид на переменном токе [ ]

При переменном токе соленоид создаёт переменное магнитное поле. Если соленоид используется как Применение [ ]

Соленоиды постоянного тока чаще всего применяются как поступательный силовой электропривод. В отличие от обычных индукционных тигельных печах .

Примечание [ ]

↑http://www.big-soviet.ru/627/74411/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%B4 (БСЭ)
↑ Книга:Савельев И.В.: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.
↑ Книга:Савельев И.В.: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

Что такое соленоид в физике

СОЛЕНОИД

Что такое соленоид в физике

Соленоид

Соленоид на постоянном токе

Индуктивность соленоида

Соленоид на переменном токе

Применение

См. также

Соленоид

Соленоид на постоянном токе [ ]

Индуктивность соленоида [ ]

Соленоид на переменном токе [ ]

Примечание [ ]

Добавить комментарий Отменить ответ