Over het magnetische veld, solenoïdes en elektromagneten

Magnetisch veld van elektrische stroom

Het magnetische veld wordt niet alleen gecreëerd door natuurlijke of kunstmatige permanente magneten, maar ook een geleider als er een elektrische stroom doorheen gaat. Daarom is er een verband tussen magnetische en elektrische verschijnselen.

Het is niet moeilijk om ervoor te zorgen dat er een magnetisch veld ontstaat rond de draad waar de stroom doorheen gaat. Leg een rechte draad parallel daaraan over de beweegbare magnetische naald en laat er een elektrische stroom doorheen lopen. De pijl zal loodrecht op de draad staan.

Welke krachten kunnen ervoor zorgen dat de magnetische naald gaat draaien? Het is duidelijk dat de sterkte van het magnetische veld dat rond de draad wordt gecreëerd. Schakel de stroom uit en de magnetische naald keert terug naar zijn normale positie. Dit suggereert dat wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, het magnetische veld van de draad ook verdwijnt.

De elektrische stroom die door de draad gaat, creëert dus een magnetisch veld. Pas de rechterhandregel toe om erachter te komen in welke richting de magnetische naald zal uitwijken.Als u uw rechterhand op de draad legt, palm naar beneden, zodat de richting van de stroom samenvalt met de richting van de vingers, dan zal de gebogen duim de afbuigrichting van de noordpool van de magnetische naald die onder de draad is geplaatst aangeven . Door deze regel te gebruiken en de polariteit van de pijl te kennen, kunt u ook de richting van de stroom in de draad bepalen.

Een rechtlijnig draadstollingsveld heeft de vorm van concentrische cirkels. Als je je rechterhand op de draad legt, met de handpalm naar beneden, zodat de stroom uit de vingers vloeit, dan zal de gebogen duim naar de noordpool van de magnetische naald wijzen.Zo'n veld wordt een cirkelvormig magnetisch veld genoemd.

De richting van de krachtlijnen van het cirkelvormige veld is afhankelijk van richtingen van elektrische stroom in de geleider en wordt bepaald door de zogenaamde cardanische regel. Als de cardanische ophanging mentaal in de richting van de stroom wordt gedraaid, valt de draairichting van het handvat samen met de richting van de magnetische veldlijnen van het veld. Door deze regel toe te passen, kunt u de richting van de stroom in de draad achterhalen als u de richting kent van de veldlijnen van het veld dat door die stroom wordt gecreëerd.

Terugkerend naar het magnetische naaldexperiment, kun je ervoor zorgen dat het altijd met het noordelijke uiteinde in de richting van de magnetische veldlijnen wordt gepositioneerd.

Zo ontstaat er een magnetisch veld rond een rechte draad waar een elektrische stroom doorheen gaat. Het heeft de vorm van concentrische cirkels en wordt een cirkelvormig magnetisch veld genoemd.

Zolen enz. Solenoïde magnetisch veld

Rond elke draad, ongeacht de vorm, ontstaat een magnetisch veld, op voorwaarde dat er een elektrische stroom door de draad loopt.

V elektrotechniek waar wij mee te maken hebben verschillende soorten spoelenbestaande uit een aantal beurten.Laten we, om het magnetische veld van de betreffende spoel te onderzoeken, eerst bekijken welke vorm het magnetische veld van één winding heeft.

Stel je een dikke draad voor die door een stuk karton loopt en is aangesloten op een stroombron. Wanneer een elektrische stroom door de spoel gaat, wordt rond elk afzonderlijk deel van de spoel een cirkelvormig magnetisch veld gevormd. Volgens de «gimbal»-regel is het gemakkelijk om te bepalen dat de magnetische veldlijnen in de lus dezelfde richting hebben (naar ons toe of van ons af, afhankelijk van de richting van de stroom in de lus) en dat ze aan één kant uitkomen van de lus en komen van de andere kant binnen.Een reeks van dergelijke spoelen, in de vorm van een spiraal, is een zogenaamde solenoïde (spoel).

Er wordt een magnetisch veld gevormd rond de solenoïde wanneer er stroom doorheen gaat. Het wordt verkregen als resultaat van het optellen van de magnetische velden van elke winding en lijkt qua vorm op het magnetische veld van een rechtlijnige magneet. De magnetische veldlijnen van de solenoïde verlaten, net als bij een rechtlijnige magneet, het ene uiteinde van de solenoïde en keren terug naar het andere. Binnen de solenoïde hebben ze dezelfde richting. De uiteinden van de solenoïde zijn dus gepolariseerd. Het einde waar de hoogspanningskabels uitkomen, is de noordpool van de solenoïde en het einde waar de stroomkabels binnenkomen, is de zuidpool.

Solenoïdepolen kunnen worden bepaald door de rechterhandregel, maar hiervoor moet u de richting van de stroom in zijn bochten kennen. Als je je rechterhand op de solenoïde legt, met de handpalm naar beneden, zodat de stroom uit de vingers vloeit, dan wijst de gebogen duim naar de noordpool van de solenoïde... Uit deze regel volgt dat de polariteit van de solenoïde afhangt van op de richting van de stroom erin.Dit is in de praktijk eenvoudig te controleren door een magneetnaald naar een van de magneetpolen te brengen en vervolgens de richting van de stroom in de magneet te veranderen. De pijl zal onmiddellijk 180 ° draaien, dat wil zeggen, hij zal laten zien dat de polen van de solenoïde zijn veranderd.

De solenoïde heeft de mogelijkheid om de longen stoffige objecten aan te trekken. Als een stalen staaf in de solenoïde wordt geplaatst, zal na enige tijd, onder invloed van het magnetische veld van de solenoïde, de staaf worden gemagnetiseerd. Deze methode wordt gebruikt bij de productie permanente magneten.

Elektromagneten

Elektromagneet is een spoel (solenoïde) met daarin een ijzeren kern. De vormen en afmetingen van elektromagneten zijn verschillend, maar de algemene structuur van alle elektromagneten is hetzelfde.

De spoel van een elektromagneet is een frame dat meestal is gemaakt van karton of vezel en heeft verschillende vormen, afhankelijk van het doel van de elektromagneet. Een met koper geïsoleerde draad is in meerdere lagen op het frame gewikkeld - de spoel van de elektromagneet. Het heeft een ander aantal windingen en is gemaakt van draad met verschillende diameters, afhankelijk van het doel van de elektromagneet.

Om de batterij-isolatie te beschermen tegen mechanische schade, is de batterij bedekt met een of meer lagen papier of ander isolatiemateriaal. Het begin en het einde van de wikkeling worden naar buiten gebracht en verbonden met de uitgangsklemmen die op het frame zijn bevestigd of met flexibele draden met oren aan de uiteinden.

De spoel van de elektromagneet is gemonteerd op een kern van zacht, gegloeid ijzer of legeringen van ijzer met silicium, nikkel, enz. Dit strijkijzer heeft de minste residu magnetisme... De kernen zijn meestal gemaakt van dunne platen, geïsoleerd van elkaar.De vormen van de kern kunnen verschillen, afhankelijk van het doel van de elektromagneet.

Als er een elektrische stroom door de spoel van een elektromagneet gaat, ontstaat er rond de spoel een magnetisch veld dat de kern magnetiseert. Omdat de kern van weekijzer is gemaakt, wordt deze direct gemagnetiseerd. Als je dan de stroom uitschakelt, zullen de magnetische eigenschappen van de kern ook snel verdwijnen en is het geen magneet meer. De polen van een elektromagneet, zoals een solenoïde, worden bepaald door de rechterhandregel. Als in de spoel van de elektromagneet andgmEat huidige richting, dan zal de polariteit van de elektromagneet dienovereenkomstig veranderen.

De werking van een elektromagneet is vergelijkbaar met die van een permanente magneet. Er is echter een groot verschil tussen de twee. Een permanente magneet is altijd magnetisch en een elektromagneet alleen als er een elektrische stroom door zijn spoel gaat.

Bovendien blijft de aantrekkingskracht van de permanente magneet onveranderd, aangezien de magnetische flux van een permanente magneet onveranderd is. De aantrekkingskracht van een elektromagneet is niet constant.Dezelfde elektromagneet kan een verschillende zwaartekracht hebben. De aantrekkingskracht van een magneet hangt af van de grootte van de magnetische flux.

De aantrekkingskracht van een slibelektromagneet, en dus zijn magnetische flux, hangt af van de grootte van de stroom die door de spoel van deze elektromagneet gaat. Hoe groter de stroom, hoe groter de aantrekkingskracht van de elektromagneet en, omgekeerd, hoe kleiner de stroom in de spoel van de elektromagneet, hoe minder kracht het magnetische lichamen naar zich toe trekt.

Maar voor elektromagneten van verschillend ontwerp en grootte hangt de kracht van hun aantrekkingskracht niet alleen af ​​van de grootte van de stroom in de spoel.Als we bijvoorbeeld twee elektromagneten van hetzelfde apparaat en dezelfde grootte nemen, maar de ene met een klein aantal spoelen en de andere met een veel groter aantal, dan is het gemakkelijk te zien dat bij dezelfde stroom de aantrekkingskracht van de laatste zal veel groter zijn. Inderdaad, hoe groter het aantal spoelen, hoe groter bij een bepaalde stroom het magnetische veld dat rond die spoel wordt gecreëerd, aangezien het bestaat uit de magnetische velden van elke winding. Dit betekent dat de magnetische flux van de elektromagneet en dienovereenkomstig de aantrekkingskracht groter zal zijn naarmate het aantal windingen van de spoel groter is.

Er is nog een reden die de grootte van de magnetische flux van een elektromagneet beïnvloedt. Dit is de kwaliteit van het magnetische circuit. Een magnetisch circuit is het pad waarlangs de magnetische flux sluit. Het magnetische circuit heeft een bepaalde magnetische weerstand... De magnetische weerstand hangt af van de magnetische permeabiliteit van het medium waar de magnetische flux doorheen gaat. Hoe groter de magnetische permeabiliteit van dit medium, hoe lager de magnetische weerstand.

Aangezien de magnetische permeabiliteit van ferromagnetische lichamen (ijzer, staal) vele malen groter is dan de magnetische permeabiliteit van lucht, is het daarom winstgevender om elektromagneten te maken zodat hun magnetische circuit geen luchtsecties bevat. Het product van de sterkte van de stroom en het aantal windingen van de spoel van de elektromagneet wordt de magnetomotorische kracht genoemd... De magnetomotorische kracht wordt gemeten door het aantal ampère-windingen.

Er vloeit bijvoorbeeld een stroom van 50 mA door de spoel van een elektromagneet met 1200 windingen. Magnetomotorische kracht van zo'n elektromagneet gelijk aan 0,05 NS 1200 = 60 ampère.

De actie van de magnetomotorische kracht is vergelijkbaar met de actie van de elektromotorische kracht in een elektrisch circuit. Net zoals EMF de oorzaak is van elektrische stroom, creëert magnetomotorische kracht magnetische flux in een elektromagneet. Net zoals in een elektrisch circuit, als de EMF toeneemt, neemt de waarde van de stroom toe, zo neemt in een magnetisch circuit, als de magnetomotorische kracht toeneemt, de magnetische flux toe.

Magnetische weerstandsactie vergelijkbaar met de actie van elektrische circuitweerstand. Net zoals wanneer de weerstand van een elektrisch circuit toeneemt, de stroom afneemt, zo veroorzaakt een toename van de magnetische weerstand in een magnetisch circuit een afname van de magnetische flux.

De afhankelijkheid van de magnetische flux van een elektromagneet van de magnetomotorische kracht en zijn magnetische weerstand kan worden uitgedrukt door een formule die lijkt op de formule van de wet van Ohm: magnetomotorische kracht = (magnetische flux / terughoudendheid)

De magnetische flux is gelijk aan de magnetomotorische kracht gedeeld door de terughoudendheid.

Het aantal windingen van de spoel en de magnetische weerstand voor elke elektromagneet is een constante waarde. Daarom verandert de magnetische flux van een bepaalde elektromagneet alleen met een verandering in de stroom die door de spoel vloeit. Aangezien de aantrekkingskracht van een elektromagneet wordt bepaald door zijn magnetische flux, is het, om de aantrekkingskracht van een elektromagneet te vergroten (of te verkleinen), noodzakelijk om de stroom in de spoel dienovereenkomstig te verhogen (of te verlagen).

Gepolariseerde elektromagneet

Een gepolariseerde elektromagneet is de koppeling van een permanente magneet aan een elektromagneet. Het is op deze manier gerangschikt.De zogenaamde verlengingen van de weekijzeren polen worden bevestigd aan de polen van de permanente magneet.Elke pool dient als een elektromagnetische kern, waarop een spoel met een spoel is geplaatst. Beide spoelen zijn in serie geschakeld.

Omdat de poolverlengingen direct zijn verbonden met de polen van een permanente magneet, hebben ze magnetische eigenschappen, zelfs als er geen stroom in de spoelen is; tegelijkertijd is hun aantrekkingskracht onveranderd en wordt bepaald door de magnetische flux van een permanente magneet.

De actie van een gepolariseerde elektromagneet is dat terwijl stroom door zijn spoelen vloeit, de aantrekkingskracht van zijn polen toeneemt of afneemt, afhankelijk van de grootte en richting van de stroom in de spoelen. Deze eigenschap van een gepolariseerde elektromagneet is gebaseerd op de actie elektromagnetisch gepolariseerd relais en andere elektrische apparaten.

De werking van een magnetisch veld op een stroomvoerende geleider

Als een draad in een magnetisch veld wordt geplaatst zodat deze loodrecht op de veldlijnen staat, en er gaat een elektrische stroom door die draad, zal de draad beginnen te bewegen en worden geduwd door het magnetische veld.

Als gevolg van de interactie van het magnetische veld met de elektrische stroom begint de geleider te bewegen, dat wil zeggen dat de elektrische energie wordt omgezet in mechanische energie.

De kracht waarmee de draad wordt afgestoten door het magnetische veld hangt af van de grootte van de magnetische flux van de magneet, de stroom in de draad en de lengte van dat deel van de draad dat de krachtlijnen kruisen. De werkingsrichting van deze kracht, d.w.z. de bewegingsrichting van de geleider, is afhankelijk van de richting van de stroom in de geleider en wordt bepaald door de linkerhandregel.

Als u de palm van uw linkerhand zo vasthoudt dat de lijnen van het magnetische veld erin komen en de vier uitgestrekte vingers in de richting van de stroom in de geleider worden gedraaid, dan geeft de gebogen duim de bewegingsrichting van de geleider aan ... Bij het toepassen van deze regel moet u onthouden dat de veldlijnen zich uitstrekken vanaf de noordpool van de magneet.