Глава 8. Технологии получения, преобразования и использования энергии
§ 8.1 Энергия магнитного поля
Технологии получения, преобразования и использования энергии
Наука уделяет большое внимание изучению и использованию магнитных, электрических и электромагнитных полей. Их энергия достаточно универсальна и легко преобразуется в другие виды энергии.
• как проявляются свойства магнитного и электрического полей;
• что такое электрический ток, как и с помощью чего его получают;
• как возникает и как используется электромагнитное поле.
• применять в быту и практической деятельности знания свойств магнитных, электрических и электромагнитных полей;
• использовать устройства, излучающие магнитное поле, при проектировании и создании моделей.
Энергия магнитного поля
Как определить, есть ли у рассматриваемого предмета магнитные свойства? Приведите примеры.
Магнитные свойства. Некоторые металлы и их сплавы обладают магнитными свойствами. Прежде всего это сплавы железа. Они называются ферромагнетиками.
Магнитными свойствами обладают также металлы никель и кобальт.
Тела, обладающие магнитными свойствами, всегда имеют два полюса: северный N и южный S.
Два магнита, сближенные друг с другом одинаковыми полюсами, отталкиваются друг от друга. Если полюса противоположные, то магниты притягиваются друг к другу. Сила отталкивания или притяжения тем больше, чем ближе сведены друг с другом магниты и чем сильнее их магнитные свойства.
Магнитными свойствами обладают не только металлические намагниченные тела. Вокруг проводника, по которому течёт электрический ток, также возникает магнитное поле.
Из катушки, по которой пропущен электрический ток, получается электромагнит.
Чем больший ток будет пропущен через катушку, тем сильнее будет возникающее в ней магнитное поле.
Использование магнитных свойств. Энергия магнитного поля широко используется в производстве. Мощные электромагниты применяются при погрузке стального металлолома на металлургических предприятиях (рис. 8.1, а).
Рис. 8.1. Применение энергии магнитного поля: а — электромагнитный кран; б — сепаратор
Магнитные сепараторы (разделители) позволяют обогащать бедные железосодержащие руды, выделяя из общей массы породы богатые железом частички (рис. 8.1, б). Подобные установки можно использовать для разделения сырья по видам материалов, если в смеси есть магнитные материалы, например при обработке мусора.
Электромагниты используются в реле, магнитных пускателях, автоматических выключателях. Эти приборы служат для включения и отключения различных устройств. Реле устанавливаются в устройствах автоматики, например для включения указателей поворотов в автомобилях. Магнитные пускатели применяют для включения мощных электрических установок, которые опасно включать рубильником (рис. 8.2, а).
Рис. 8.2. Применение электромагнитов: а — магнитные пускатели; б — автоматический выключатель
Автоматические выключатели устанавливают во всех электросетях (рис. 8.2, б). Их можно увидеть на электрощите любой квартиры или дома.
С помощью автоматических выключателей при перегрузках в электрических сетях происходит отключение электрических устройств от источника тока.
Одно из современных применений энергии магнитного поля — подвеска вагонов поезда на магнитах. Поскольку одноимённые полюса магнитов отталкиваются друг от друга, можно разместить сильные магниты в днище вагонов и в полотне пути. Поезд как бы повиснет над дорогой, не касаясь рельсов. Он может двигаться с огромной скоростью.
Словарь
Проверьте себя:
1. Как определить, что данное тело имеет магнитное поле?
2. Что, кроме намагниченного тела, может быть источником магнитного поля?
3. В каких устройствах и установках применяется магнитное поле?
4*. Как работает автоматический выключатель в защите сети от короткого замыкания и перегрузок?
* Объясните, почему при погрузке и разгрузке металлолома удобно пользоваться захватывающим устройством на основе электромагнита.
в каких приборах и механизмах используют свойства магнитов?
Насчет приборов — вольтметры, амперметры и подобные, где магнитная рамка перемещается в поле постоянного магнита и передвигает стрелку. В любом электродвигателе вращение возникает из-за взаимодействия магнитных полей. Аппараты магнитотерапии используются для лечения конечностей, а магнитно-резонансные томографы для диагностики. Магниты заставляют звучать колонки и наушники. Есть магнитные подъемные краны. Ну и компас, конечно.
Остальные ответы
В электродвигателях с возбуждением обмоток от постоянных магнитов
еще в компасах, магнитных сепараторах
/Еще в прошлом веке было установлено, что в пространстве вокруг провода с электрическим током возникают магнитные силы, действующие на другие проводники с током и на различные вещества. Особенно большое влияние магнитные силы оказывают на тела, состоящие из железа, стали и некоторых сплавов. Эти силы передаются с помощью материальной среды, которая находится в особом напряженном состоянии и называется магнитным полем.
Магнитное поле всегда создается движущимися электрическими зарядами. Неподвижные заряды не могут создать магнитного поля. Вокруг них образуется электростатическое поле. Кроме того, магнитное поле возникает при изменении электрического поля. Само магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды. На неподвижные заряды магнитное поле не влияет.
Магнитное поле обладает способностью проникать через многие вещества — воздух, стекло, бумагу, картон, медь, воду, а также через разреженное (безвоздушное) пространство. /Цитата из научно-популярной статьи.
На этих свойствах и основано применение магнитов и их свойств в разных отраслях экономики: На электроподстанциях, в часах, в автомобилях (двигателях, аккумуляторах, при подзарядке, в регуляторах напряжения, в медицине используют в физиотерапевтических приборах, сила всемирного тяготения тоже основана на магнитных св-вах Земли, в различных приборах, применяемых геологами для определения месторождений железной руды, цветных металлов, в датчиках движения и в электро-реле, в метро, на пропускных пунктах при прохождении таможенного контроля, в самолетостроении и авиации, да в любом электрическом приборе, технике используются магнитные свойства, т. к. магнитное поле возникает при подключении любого проводника эл-го тока к источнику питания, и его воздействие на организм человека может быть не столько полезным (лечение магнитами различных заболеваний), сколько вредным (магнитное излучение от эл. приборов, сот. телефонов, солнечные магнитные бури) Так что св-ва магнитов используют почти во всех современных электробытовых приборах, технике, сотовой связи (интернет-кабели, оборудование для пользования спутниковой и сотовой связью, Различные линии электропередач (особенно высоковольтные). Короче, весь современный мир, можно сказать, опутан магнитами, чтобы использовать электромагнитные свойства в прогрессивных целях (новейшиее технологии просто невозможны без применения магнитных свойств (или св-в магнитов, что, в принципе .одно и тоже) Но человеку просто необходимо, по возможности защищаться от негативного влияния магнитного излучения на организм.
Источник: Сайт о гравитации в интернете, личное мнение.
Магнитное поле всегда создается движущимися электрическими зарядами. Неподвижные заряды не могут создать магнитного поля. Вокруг них образуется электростатическое поле. Кроме того, магнитное поле возникает при изменении электрического поля. Поэтому в компосе и в др..
Применение магнитных полей в технологических целях
В технологических целях магнитные поля применяют в основном для:
- воздействия на металлические и заряженные частицы,
- омагничивания воды и водных растворов,
- воздействия на биологические объекты.
В первом случае магнитное поле применяют в сепараторах в целях очистки различных пищевых сред от металлических ферромагнитных примесей и в устройствах для разделения заряженных частиц.
Во втором — в целях изменения физико-химических свойств воды.
В третьем — для управления процессами биологической природы.
В магнитных сепараторах с помощью магнитных систем выделяют из сыпучей массы ферромагнитные примеси (стальные, чугунные и т. п.). Различают сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами. Для расчета подъемной силы магнитов используют приближенную формулу, известную из общего курса электротехники.
где Fм — подъемная сила, Н, S — поперечное сечение постоянного магнита или магнитопровода электромагнита, м2, В — магнитная индукция, Т.
По требуемой величине подъемной силы определяют необходимую величину магнитной индукции, при использовании электромагнита намагничивающую силу (Iw):
где I — ток электромагнита, A, w — число витков катушки электромагнита, Rм — магнитное сопротивление, равное
здесь lк — длина отдельных участков магнитопровода с постоянным сечением и материалом, м, μк — магнитная проницаемость соответствующих участков, Гн/м, Sк — поперечное сечение соответствующих участков, м2, S — сечение магнитопровода, м2, В — индукция, Т.
Магнитное сопротивление постоянно только для немагнитных участков цепи. Для магнитных участков величина RM находится с помощью кривых намагничивания, так как здесь μ величина переменная.
Сепараторы с постоянным магнитным полем
Наиболее просты в устройстве и экономичны сепараторы с постоянными магнитами, так как они не требуют дополнительной энергии для питания обмоток. Их используют, например, на хлебозаводах для очистки муки от ферропримесей. Суммарная подъемная сила магнитол в этих сепараторах, как правило, должна быть не менее 120 Н. В магнитном поле мука должна передвигаться тонким слоем, толщиной порядка 6—8 мм, со скоростью не более 0,5 м/с.
Сепараторы с постоянными магнитами имеют и существенные недостатки: подъемная сила их невелика и ослабевает со временем из-за «старения» магнитов. Сепараторы с электромагнитами не имеют этих недостатков, так как электромагниты, устанавливаемые в них, питаются постоянным током. Подъемная сила их значительно выше и может регулироваться током обмоток.
На рис. 1 представлена схема электромагнитного сепаратора для сыпучих примесей. Сепарируемый материал подается в приемный бункер 1 и по транспортеру 2 движется к приводному барабану 3, изготовленному из немагнитного материала (латунь и т. п.). Барабан 3 вращается вокруг неподвижного электромагнита постоянного тока 4.
Центробежная сила отбрасывает материал в разгрузочное отверстие 5, а ферропримеси под действием магнитного поля электромагнита 4 «прилипают» к ленте транспортера и отрываются от нее лишь после выхода из поля действия магнитов, попадая в разгрузочное отверстие для ферропримесей 6. Чем тоньше слой продукта на ленте транспортера, тем лучше осуществляется сепарация.
Магнитные поля можно использовать для разделения заряженных частиц в дисперсных системах. В основе этого разделения лежат силы Лоренца
где Fл — сила, воздействующая на заряженную частицу, Н, k коэффициент пропорциональности, q — заряд частицы, Кл, v — скорость частицы, м/с, Н — напряженность магнитного поля, А/м, а — угол между векторами поля и скорости.
Положительно и отрицательно заряженные частицы, ионы под действием сил Лоренца отклоняются в противоположные стороны, кроме этого частицы с разными скоростями также сортируются в магнитном поле в соответствии с величинами их скоростей.
Рис. 1. Схема электромагнитного сепаратора для сыпучих примесей
Устройства для омагничивания воды
Многочисленные исследования, проведенные в последние годы, показали возможность эффективного применения магнитной обработки водных систем — технической и природной вод, растворов и суспензий.
При магнитной обработке водных систем происходит:
- ускорение коагуляции — слипание взвешенных в воде твердых частиц,
- образование и усиление адсорбции,
- образование кристаллов солей при выпаривании не на стенках сосуда, а в объеме,
- ускорение растворения твердых тел,
- изменение смачиваемости твердых поверхностей,
- изменение концентрации растворенных газов.
Так как вода является активным участником всех биологических и подавляющего большинства технологических процессов, изменение ее свойств под действием магнитного поля с успехом используют в пищевой технологии, в медицине, химии, биохимии, а также в сельском хозяйстве.
С помощью локальной концентрации веществ в жидкости можно добиться:
- опреснения и улучшения качества природной и технологических вод,
- очистки жидкостей от взвешенных примесей,
- управления активностью питательных физиологических и фармакологических растворов,
- управления процессами селективного роста микроорганизмов (ускорение или угнетение скоростей роста и деления бактерий, дрожжей),
- управления процессами бактериального выщелачивания сточных вод,
- магнитной анастезиологии.
Управление свойствами коллоидных систем, процессов растворения и кристаллизации служит для:
- повышения эффективности процессов сгущения и фильтрации,
- уменьшения отложений солей, накипи и других инкрустаций,
- улучшение роста растений, повышение их урожайности, всхожести.
Отметим особенности магнитной обработки воды. 1. Магнитная обработка требует обязательного протекания воды с некоторой скоростью сквозь одно или несколько магнитных полей.
2. Эффект омагничивания не сохраняется вечно, а исчезает через некоторое время после окончания действия магнитного поля, измеряемое часами или сутками.
3. Эффект обработки зависит от индукции магнитного поля и ее градиента, скорости потока, состава водной системы и времени ее нахождения в поле. Отмечено, что между эффектом обработки и величиной напряженности магнитного поля прямой пропорциональности нет. Важную роль играет градиент магнитного поля. Это понятно, если учесть, что сила F, действующая на вещество со стороны неоднородного магнитного поля, определяется выражением
где x – магнитная восприимчивость единицы объема вещества, Н — напряженность магнитного поля, А/м, dH/dx – градиент напряженности
Как правило, значения индукции магнитного поля лежат в пределах 0,2—1,0 Тл, а градиента — 50,00—200,00 Тл/м.
Наилучшие результаты магнитной обработки достигаются при скорости течения воды в поле, равной 1—3 м/с.
О влиянии природы и концентрации веществ, растворенных в воде, известно пока мало. Установлено, что эффект омагничивания зависит от типа и количества солевых примесей в воде.
Приведем несколько конструкций установок для магнитной обработки водных систем с постоянными магнитами и электромагнитами, питаемыми током различной частоты.
На рис. 2. приведена схема устройства для омагничивания воды с двумя постоянными магнитами цилиндрической формы 3, Вода течет в зазоре 2 магнитопровода, образованного полым ферромагнитным сердечником 4, помещенном в корпус L Индукция магнитного поля составляет 0,5 Тл, градиент — 100,00 Тл/м Ширина зазора 2 мм.
Рис. 2. Схема устройства для омагничивания воды
Рис. 3. Устройство для магнитной обработки водных систем
Большое распространение получили аппараты, оснащенные электромагнитами. Аппарат такого типа представлен на рис. 3. Он состоит из нескольких электромагнитов 3 с катушками 4, вставленных в диамагнитный чехол 1. Все это располагается в железной трубе 2. В зазоре между трубой и корпусом, защищенным диамагнитным чехлом, протекает вода. Напряженность магнитного поля в этом зазоре 45 000—160 000 А/м. В других вариантах аппаратов этого типа электромагниты надеваются на трубу снаружи.
Во всех рассмотренных аппаратах вода проходит через сравнительно узкие зазоры, поэтому предварительно ее очищают от твердых взвесей. На рис. 4 приведена схема аппарата трансформаторного типа. Он состоит из ярма 1 с электромагнитными катушками 2, между полюсами которых проложена труба 3 из диамагнитного материала. В аппарате осуществляется обработка воды или пульпы переменным или пульсирующим током разной частоты.
Здесь описаны только наиболее характерные конструкции аппаратов, которые с успехом применяются в различных сферах производства.
Магнитные поля оказывают влияние также на развитие жизнедеятельности микроорганизмов. Магнитобиология — развивающаяся область науки, находит все большее практическое применение, в том числе и в биотехнологических процессах пищевых производств. Выявлено влияние постоянных, переменных и пульсирующих магнитных полей на размножение, морфолого-культуральные свойства, метаболизм, ферментативную активность и другие стороны жизнедеятельности микроорганизмов.
Воздействие на микроорганизмы магнитных полей независимо от их физических параметров приводит к фенотипической изменчивости морфолого-культуральных и биохимических свойств. У некоторых видов в результате обработки может изменяться химический состав, антигенная структура, вирулентность, резистентность к антибиотикам, фагам, УФ-облучению. Иногда магнитные поля вызывают прямые мутации, но чаще всего они влияют на экстрахромосомные генетические структуры.
Общепризнанной теории, объясняющей механизм магнитного поля на клетку, пока не существует. Вероятно, в основе биологического действия магнитных полей на микроорганизмы лежит общий механизм опосредственнго влияния через экологический фактор.
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:
В каких устройствах и установках применяется магнитное поле 7 класс технология
В исследовательском проекте по физике на тему «Применение магнитного поля в науке, технике и медицине» учащийся дает определение понятия «магнитное поле», изучает способы его образования и узнает о практическом применении магнитного поля в науке. В работе рассматривается понятие «Сила Ампера» и роль магнитного поля в создании техники.
Подробнее о работе:
В данной исследовательской работе по физике на тему «Применение магнитного поля в науке, технике и медицине» ученик 11 класса рассматривает теоретическую базу о магнитном поле, рассказывает историю его открытия и изучения, выясняет, какие силы действуют в магнитном поле. В своем проекте учащийся систематизировал материал о применении магнитного поля в практической жизни и науке, полученный из различных источников.
Автор в своем индивидуальном исследовательском проекте по физике о возможностях магнитного поля привел основные сведения, связанные с открытием данного явления и его использованием. Школьник рассказала о таких методах использования магнитного поля в медицине, как постоянная магнитотерапия, импульсная магнитотерапия, низкочастотная магнитотерапия и магнитно-резонансная томография.
Оглавление
Введение
1. Историческая справка.
2. Понятие о магнитном поле.
3. Применение магнитного поля.
4. Сила Ампера.
4.1. Амперметр.
4.2. Электродвигатель.
4.3. Электромагнит.
4.4. Маглев.
4.5. Телеграф.
4.6. Пушка Гаусса.
4.7. Динамик.
4.8. Сила Лоренца.
4.9. Кинескоп
4.10. Масс-спектограф.
4.11. Циклотрон.
4.12. Синхрофазотрон.
4.13. Магнетрон.
4.14. Магнитное поле в медицине.
4.15. Постоянная магнитотерапия.
4.16. Импульсная магнитотерапия.
4.17. Низкочастотная магнитотерапия.
4.18. Магнитно-резонансная томография.
Заключение
Источники информации.
Введение
Открытие магнитного поля – одно из самых важных научных открытий в истории человечества. Без него было бы трудно представить нашу современную жизнь: не было бы изобретено множество приборов, не были бы получены важнейшие технологии.
Данная исследовательская работа (проект) посвящается изучению применения магнитного поля в различных сферах деятельности человека.
Цель: узнать о практическом применении магнитного поля в науке, технике, медицине.
- Провести анализ литературы по данной теме;
- Изучить возникновение и действие магнитного поля;
- Выяснить, какие силы действуют в магнитном поле;
- Систематизировать материал, полученный из различных источников о применении магнитного поля в практической жизни.
Историческая справка
История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть «магнетиками».
И ещё 2600 лет до н.э. китайский император Хванг Ти вёл своё войско в густом тумане с помощью магнитной фигурки, что, поворачиваясь вокруг своей оси, всегда смотрела на юг. Это, как можно догадаться, и был своего рода прототип первого компаса. Уже со второго века н.э. в Китае изготавливались постоянные магниты, надолго сохраняющие магнитные свойства. А в 13 веке о магнитах и компасе узнали в Европе.
Рисунок 1. Первый компас
Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в 13 веке французским ученым Петром Перегрином. В 1269 году вышло его сочинение «Книга о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: о том, что у магнита есть два полюса, которые ученый впоследствии назвал северным и южным, и о том, что невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании.
Рисунок 2. Взаимодействие двух магнитов
А в 1600 году вышло сочинение английского придворного врача и физика Уильяма Гильберта «О магните». К уже известным фактам Гильберт прибавил такие важные наблюдения, как: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании и другие.
Рисунок 3. Уильям Гильберт
Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.
В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле.
Его опыт имел большое значения для развития учения об электромагнитных явлениях.
Рисунок 4. Опыт Эрстеда
А узнав о работе Эрстеда, французский физик Андре Мари Ампер исследовал взаимодействие параллельных проводников с током. Он установил, что при наличии в проводниках разнонаправленных токов – проводники отталкиваются друг от друга. А если токи имеют одинаковое направление, то проводники будут притягиваться.
Рисунок 5. Опыт Ампера
Это были два самых известных опыта в истории изучения магнитного поля, которые подтолкнули других учёных делать всё новые и новые исследования в этой области.
Понятие о магнитном поле
Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
Рисунок 6. Магнитное поле
Источниками магнитного поля являются постоянные магниты, проводники с током. Обнаружить магнитное поле можно по действию на магнитную стрелку, проводник с током и движущиеся заряженные частицы.
Рисунок 7. Действие магнитного поля на магнитную стрелку
Свойства магнитного поля:
- магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами;
- магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током;
- магнитное поле является вихревым, т.е. его силовые линии (линии магнитной индукции) замкнутые.
Теперь скажу о двух силах, действующих в магнитном поле:
1. Сила Ампера
Силой Ампера называется сила, которая действует на проводник с током, находящийся в магнитном поле.
Существует и специальный закон об этой силе, называемый законом Ампера: на проводник c током силой I и длиной l, помещенный в магнитное поле с индукцией B⃗ , действует сила, модуль которой равен (произведению силы тока на вектор магнитной индукции и на синус альфа):
где α – угол между проводником с током и вектором магнитной индукции B⃗ .
Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции B⊥ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера.
Рисунок 9. Сила Ампера
2. Сила Лоренца
Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.
Формула для нахождения силы Лоренца:
F = q* B * V * siin a,
где q – заряд частицы, v – скорость частицы, B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции.
Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции B⊥ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца.
Рисунок 10. Сила Лоренца
Силы Ампера и Лоренца широко применяются в науке и технике. Сейчас мы это рассмотрим.
Применение магнитного поля. Сила Ампера
Амперметр
Еще одно открытие Ампера – это закон действия магнитного поля на проводник с током. Он выражается прежде всего в действии магнитного поля на виток или рамку с током. Так, на виток с током в магнитном поле действует момент силы, которая стремится развернуть этот виток таким образом, чтобы его плоскость стала перпендикулярна линиям магнитного поля.
Угол поворота витка прямо пропорционален величине тока в витке. Если внешнее магнитное поле в витке постоянно, то значение модуля магнитной индукции также величина постоянная. Площадь витка при не очень больших токах также можно считать постоянной, следовательно, справедливо то, что сила тока равна произведению момента сил, разворачивающих виток с током, на некоторую постоянную при неизменных условиях величину.
M – момент сил, разворачивающих виток с током.
Следовательно, появляется возможность измерять силу тока по величине угла поворота рамки, которая реализована в измерительном приборе – амперметре.
Рисунок 11. Амперметр
Электродвигатель
После открытия действия магнитного поля на проводник с током Ампер понял, что это открытие можно использовать для того, чтобы заставить проводник двигаться в магнитном поле. Так, магнетизм можно превратить в механическое движение – создать двигатель. Одним из первых, работающих на постоянном токе, был электродвигатель (рис. 3), созданный в 1834 г. русским электротехником Б.С. Якоби.
Рисунок 12. Электродвигатель
Рассмотрим упрощенную модель двигателя, которая состоит из неподвижной части с закрепленными на ней магнитами – статора. Внутри статора может свободно вращаться рамка из проводящего материала, которая называется ротором. Для того чтобы по рамке мог протекать электрический ток, она соединена с клеммами при помощи скользящих контактов (рис. 4). Если подключить двигатель к источнику постоянного тока, то при замыкании цепи рамка с током начнет вращение.
Рисунок 13. Схема электродвигателя
Электромагнит
Необходимо упомянуть еще об одном устройстве, работающем на основе законов Ампера. Ампер показал, что катушка с током ведет себя подобно постоянному магниту. Это значит, что можно сконструировать электромагнит – устройство, которое при прохождении через него электрического тока, создает вокруг себя магнитное поле.
Рисунок 14. Электромагнит
Рисунок 14.2 Пример применения электромагнитов. Электромагнит на производстве
Маглев, или поезд на магнитной подушке, — это состав, который удерживается над дорожным полотном и движется силой электромагнитного поля. В основу маглева положено базовое свойство магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, а разные – притягиваются.
Рисунок 15. Маглев
Движение поезда осуществляется линейным двигателем – поочерёдно включаются обмотки статора, создавая бегущее магнитное поле. Статор поезда втягивается в это поле и движет весь состав. При этом с частотой 4000 раз в секунду происходит смена полюсов на магнитах путем попеременной подачи тока. Изменение силы и частоты тока позволяет регулировать скорость состава.
Рисунок 16. Схема маглева
Маглев — самый быстрый наземный общественный транспорт. Рекорд скорости был установлен японским поездом Синкансэн L0 в апреле 2015 года — он разогнался до 603 км/ч.
Рисунок 17. Синкансэн L0
Телеграф
Именно Амперу пришла идея о том, что, скомбинировав проводники и магнитные стрелки, можно создать устройство, которое предает информацию на расстояние.
Рисунок 18. Электрический телеграф
Идея телеграфа возникла в первые же месяцы после открытия электромагнетизма.
Однако широкое распространение электромагнитный телеграф приобрел после того, как Самюэль Морзе создал более удобный аппарат и, главное, разработал двоичную азбуку, состоящую из точек и тире, которая так и называется: азбука Морзе.
С передающего телеграфного аппарата с помощью «ключа Морзе», который замыкает электрическую цепь, в линии связи формируются короткие или длинные электрические сигналы, соответствующие точкам или тире азбуки Морзе. На приемном телеграфном аппарате (пишущий прибор) на время прохождения сигнала (электрического тока) электромагнит притягивает якорь, с которым жестко связано пишущее металлическое колесико или писец, которые оставляют чернильный след на бумажной ленте (рис. 7).
Рисунок 19. Схема работы телеграфа
Пушка Гаусса
Математик Гаусс, познакомившись с исследованиями Ампера, предложил создать оригинальную пушку, работающую на принципе действия магнитного поля на железный шарик или стержень – снаряд: в цилиндрической обмотке (соленоиде) при протекании через нее электрического тока возникает магнитное поле. Это магнитное поле начинает втягивать внутрь соленоида снаряд, который от этого начинает разгоняться. Если в тот момент, когда снаряд окажется в середине обмотки ток в последней отключить, то втягивающее магнитное поле исчезнет и снаряд, набравший скорость, свободно вылетит через другой конец обмотки.
Рисунок 20. Пушка Гаусса
Динамик
Так же сила Ампера применяется и в динамиках, чей принцип действия основан на действии магнитного поля постоянного магнита на переменный ток в подвижной катушке: катушка, по которой течет измененный ток звуковой частоты, колеблется в магнитном поле магнита. Вместе с катушкой колеблется диффузор, излучающий звук.