Sobre el camp magnètic, els solenoides i els electroimants
Camp magnètic del corrent elèctric
El camp magnètic no només és creat per naturals o artificials imants permanents, però també conductor si hi passa un corrent elèctric. Per tant, hi ha una connexió entre els fenòmens magnètics i elèctrics.
No és difícil assegurar-se que es forma un camp magnètic al voltant del cable pel qual passa el corrent. Col·loqueu un cable recte sobre l'agulla magnètica mòbil paral·lela a ella i feu-hi passar un corrent elèctric. La fletxa prendrà una posició perpendicular al cable.
Quines forces podrien fer que l'agulla magnètica giri? Òbviament, la força del camp magnètic creat al voltant del cable. Apagueu l'alimentació i l'agulla magnètica tornarà a la seva posició normal. Això suggereix que quan s'apaga el corrent, el camp magnètic del cable també desapareix.
Així, el corrent elèctric que travessa el cable crea un camp magnètic. Per saber en quina direcció es desviarà l'agulla magnètica, apliqueu la regla de la mà dreta.Si col·loqueu la mà dreta al cable, amb el palmell cap avall, de manera que la direcció del corrent coincideixi amb la direcció dels dits, el polze doblegat mostrarà la direcció de desviació del pol nord de l'agulla magnètica situada sota el cable. . Utilitzant aquesta regla i coneixent la polaritat de la fletxa, també podeu determinar la direcció del corrent al cable.
Un camp ígnic de filferro rectilini té la forma de cercles concèntrics. Si col·loqueu la mà dreta sobre el cable, amb el palmell cap avall, de manera que el corrent flueixi dels dits, aleshores el polze doblegat apuntarà al pol nord de l'agulla magnètica. Aquest camp s'anomena camp magnètic circular.
Depèn de la direcció de les línies de força del camp circular direccions del corrent elèctric en el conductor i està determinada per l'anomenada regla del cardán. Si el cardan es gira mentalment en la direcció del corrent, la direcció de rotació del seu mànec coincidirà amb la direcció de les línies de camp magnètic del camp. Aplicant aquesta regla, podeu esbrinar la direcció del corrent al cable si coneixeu la direcció de les línies de camp del camp creat per aquest corrent.
Tornant a l'experiment de l'agulla magnètica, podeu assegurar-vos que sempre es col·loca amb el seu extrem nord en la direcció de les línies del camp magnètic.
Així, un camp magnètic sorgeix al voltant d'un cable recte per on passa un corrent elèctric. Té forma de cercles concèntrics i s'anomena camp magnètic circular.
Soles etc. Camp magnètic del solenoide
Un camp magnètic sorgeix al voltant de qualsevol cable, independentment de la seva forma, sempre que un corrent elèctric circuli pel cable.
V enginyeria elèctrica que ens ocupem diferents tipus de bobinesconsistent en una sèrie de voltes.Per investigar el camp magnètic de la bobina d'interès, primer considerem quina forma té el camp magnètic d'una volta.
Imagineu una bobina de filferro gruixut que passa per un tros de cartró i es connecta a una font d'alimentació. Quan un corrent elèctric travessa la bobina, es forma un camp magnètic circular al voltant de cada part individual de la bobina. Segons la regla del «gimbal», és fàcil determinar que les línies de camp magnètic dins del bucle tenen la mateixa direcció (cap a nosaltres o lluny de nosaltres, depenent de la direcció del corrent en el bucle) i surten per un costat. del bucle i entren per l'altre costat.Una sèrie d'aquestes bobines, en forma d'espiral, és l'anomenat solenoide (bobina).
Al voltant del solenoide es forma un camp magnètic quan hi passa corrent. S'obté com a resultat de sumar els camps magnètics de cada gir i en forma s'assembla al camp magnètic d'un imant rectilini. Les línies de camp magnètic del solenoide, com amb un imant rectilini, surten d'un extrem del solenoide i tornen a l'altre. Dins del solenoide tenen la mateixa direcció. Així, els extrems del solenoide estan polaritzats. L'extrem des del qual surten les línies elèctriques és el pol nord del solenoide, i l'extrem per on entren les línies elèctriques és el seu pol sud.
Els pols del solenoide es poden determinar amb la regla de la dreta, però per això cal conèixer la direcció del corrent en les seves voltes. Si col·loqueu la mà dreta sobre el solenoide, amb el palmell cap avall, de manera que el corrent flueixi dels dits, aleshores el polze doblegat apuntarà al pol nord del solenoide... D'aquesta regla es dedueix que la polaritat del solenoide depèn en la direcció del corrent que hi ha.Això és fàcil de comprovar a la pràctica portant una agulla magnètica a un dels pols del solenoide i després canviant la direcció del corrent al solenoide. La fletxa girarà immediatament 180 °, és a dir, mostrarà que els pols del solenoide han canviat.
El solenoide té la capacitat de dibuixar els pulmons.objectes duseful. Si es col·loca una vareta d'acer dins del solenoide, després d'un temps, sota la influència del camp magnètic del solenoide, la vareta s'imantarà. Aquest mètode s'utilitza en la producció imants permanents.
Electroimants
Electroimant és una bobina (solenoide) amb un nucli de ferro col·locat al seu interior. Les formes i mides dels electroimants són diferents, però l'estructura general de tots és la mateixa.
La bobina d'un electroimant és un marc fet més sovint de cartró o fibra i té diferents formes segons la finalitat de l'electroimant. Un cable aïllat de coure s'enrotlla al marc en diverses capes: la bobina de l'electroimant. Té un nombre diferent de voltes i està fet de filferro de diferents diàmetres, segons la finalitat de l'electroimant.
Per protegir l'aïllament de la bobina dels danys mecànics, la bobina es cobreix amb una o més capes de paper o un altre material aïllant. L'inici i el final de l'enrotllament es treuen i es connecten als terminals de sortida fixats al marc o a cables flexibles amb orelles als extrems.
La bobina de l'electroimant està muntada sobre un nucli fet de ferro tou recoit o aliatges de ferro amb silici, níquel, etc. Aquest ferro té menys residus magnetisme... Els nuclis solen estar fets de làmines primes, aïllades entre si.Les formes del nucli poden ser diferents, depenent de la finalitat de l'electroimant.
Si un corrent elèctric travessa la bobina d'un electroimant, aleshores es forma un camp magnètic al voltant de la bobina, que magnetitza el nucli. Com que el nucli està fet de ferro tou, es magnetitzarà immediatament. Si tanqueu el corrent, les propietats magnètiques del nucli també desapareixeran ràpidament i deixarà de ser un imant. Els pols d'un electroimant, com un solenoide, estan determinats per la regla de la mà dreta. Si a la bobina de l'electroimant i gmEat direcció actual, aleshores la polaritat de l'electroimant canviarà en conseqüència.
L'acció d'un electroimant és similar a la d'un imant permanent. Tanmateix, hi ha una gran diferència entre els dos. Un imant permanent és sempre magnètic, i un electroimant, només quan un corrent elèctric passa per la seva bobina.
A més, la força d'atracció de l'imant permanent no canvia, ja que el flux magnètic d'un imant permanent no canvia. La força d'atracció d'un electroimant no és constant, un mateix electroimant pot tenir una gravetat diferent. La força d'atracció de qualsevol imant depèn de la magnitud del seu flux magnètic.
L'atracció d'un electroimant de llim, i per tant el seu flux magnètic, depèn de la magnitud del corrent que passa per la bobina d'aquest electroimant. Com més gran sigui el corrent, més gran serà la força d'atracció de l'electroimant i, per contra, com més petit sigui el corrent a la bobina de l'electroimant, menys força atraurà els cossos magnètics cap a si mateix.
Però per als electroimants de diferents dissenys i mides, la força de la seva atracció depèn no només de la magnitud del corrent a la bobina.Si, per exemple, prenem dos electroimants del mateix dispositiu i mida, però un amb un nombre reduït de bobines, i l'altre amb un nombre molt més gran, llavors és fàcil veure que al mateix corrent la força d'atracció de aquest últim serà molt més gran. En efecte, com més gran és el nombre de bobines, més gran, a un corrent donat, és el camp magnètic creat al voltant d'aquesta bobina, ja que està format pels camps magnètics de cada volta. Això vol dir que el flux magnètic de l'electroimant i, en conseqüència, la força de la seva atracció serà més gran, com més gran sigui el nombre de voltes de la bobina.
Hi ha una altra raó que afecta la magnitud del flux magnètic d'un electroimant. Aquesta és la qualitat del seu circuit magnètic. Un circuit magnètic és el camí pel qual es tanca el flux magnètic. El circuit magnètic té una certa resistència magnètica... La resistència magnètica depèn de la permeabilitat magnètica del medi per on passa el flux magnètic. Com més gran sigui la permeabilitat magnètica d'aquest medi, menor serà la seva resistència magnètica.
Com que la permeabilitat magnètica dels cossos ferromagnètics (ferro, acer) és moltes vegades més gran que la permeabilitat magnètica de l'aire, per tant, és més rendible fabricar electroimants perquè el seu circuit magnètic no contingui seccions d'aire. El producte de la força del corrent i el nombre de voltes de la bobina de l'electroimant s'anomena força magnetomotriu... La força magnetomotriu es mesura pel nombre d'ampere-girs.
Per exemple, un corrent de 50 mA flueix per la bobina d'un electroimant amb 1200 espires. Força magnetomotriu d'aquest electroimant igual a 0,05 NS 1200 = 60 amperes.
L'acció de la força magnetomotriu és similar a l'acció de la força electromotriu en un circuit elèctric. De la mateixa manera que els EMF són la causa del corrent elèctric, la força magnetomotriu crea flux magnètic en un electroimant. De la mateixa manera que en un circuit elèctric, a mesura que augmenta l'EMF, augmenta el valor del corrent, així en un circuit magnètic, a mesura que augmenta la força magnetomotriu, augmenta el flux magnètic.
Acció de resistència magnètica similar a l'acció de la resistència del circuit elèctric. De la mateixa manera que quan augmenta la resistència d'un circuit elèctric, el corrent disminueix, així en un circuit magnètic, un augment de la resistència magnètica provoca una disminució del flux magnètic.
La dependència del flux magnètic d'un electroimant de la força magnetomotriu i la seva resistència magnètica es pot expressar mitjançant una fórmula similar a la fórmula de la llei d'Ohm: força magnetomotriu = (flux magnètic / reluctància)
El flux magnètic és igual a la força magnetomotriu dividida per la reluctància.
El nombre de voltes de la bobina i la resistència magnètica de cada electroimant és un valor constant. Per tant, el flux magnètic d'un electroimant determinat només canvia amb un canvi en el corrent que circula per la bobina. Com que la força d'atracció d'un electroimant està determinada pel seu flux magnètic, per augmentar (o disminuir) la força d'atracció d'un electroimant, cal augmentar (o disminuir) el corrent a la seva bobina en conseqüència.
Electroimant polaritzat
Un electroimant polaritzat és l'acoblament d'un imant permanent a un electroimant. Es disposa d'aquesta manera Les anomenades prolongacions dels pals de ferro tou s'uneixen als pols de l'imant permanent.Cada pol serveix com a nucli electromagnètic, sobre ell s'hi col·loca una bobina amb una bobina. Les dues bobines estan connectades en sèrie.
Com que les extensions de pols estan connectades directament als pols d'un imant permanent, tenen propietats magnètiques fins i tot en absència de corrent a les bobines; al mateix temps, la seva força d'atracció no canvia i està determinada pel flux magnètic d'un imant permanent.
L'acció d'un electroimant polaritzat és que a mesura que el corrent passa per les seves bobines, la força d'atracció dels seus pols augmenta o disminueix en funció de la magnitud i la direcció del corrent a les bobines. Aquesta propietat d'un electroimant polaritzat es basa en l'acció relé electromagnètic polaritzat i altres aparells elèctrics.
Acció d'un camp magnètic sobre un conductor que porta corrent
Si un cable es col·loca en un camp magnètic de manera que sigui perpendicular a les línies de camp, i un corrent elèctric travessa aquest cable, el cable començarà a moure's i serà empès pel camp magnètic.
Com a resultat de la interacció del camp magnètic amb el corrent elèctric, el conductor comença a moure's, és a dir, l'energia elèctrica es converteix en energia mecànica.
La força amb què el cable és repel·lit pel camp magnètic depèn de la magnitud del flux magnètic de l'imant, del corrent al cable i de la longitud de la porció del cable que creuen les línies de força. La direcció d'acció d'aquesta força, és a dir, la direcció del moviment del conductor, depèn de la direcció del corrent en el conductor i està determinada per la regla de l'esquerra.
Si agafeu el palmell de la mà esquerra de manera que les línies del camp magnètic hi entrin i els quatre dits estesos es giren en la direcció del corrent al conductor, aleshores el polze doblegat indicarà la direcció del moviment del conductor. ... En aplicar aquesta regla, heu de recordar que les línies de camp s'estenen des del pol nord de l'imant.