Επαγωγείς και μαγνητικά πεδία. Μαγνητικό πεδίο στον άξονα ενός μικρού πηνίου με ρεύμα Πώς να βρείτε το μαγνητικό πεδίο του πηνίου

Για να συγκεντρωθεί το μαγνητικό πεδίο σε ένα συγκεκριμένο μέρος του χώρου, κατασκευάζεται ένα πηνίο από ένα σύρμα, μέσω του οποίου διέρχεται ρεύμα.

Η αύξηση της μαγνητικής επαγωγής του πεδίου επιτυγχάνεται με την αύξηση του αριθμού των στροφών του πηνίου και την τοποθέτησή του σε έναν χαλύβδινο πυρήνα, τα μοριακά ρεύματα του οποίου, δημιουργώντας το δικό τους πεδίο, αυξάνουν το προκύπτον πεδίο του πηνίου.

Ρύζι. 3-11. Πηνίο δακτυλίου.

Το δακτυλιοειδές πηνίο (Εικόνα 3-11) έχει w στροφές ομοιόμορφα κατανεμημένες κατά μήκος του μη μαγνητικού πυρήνα. Η επιφάνεια, που οριοθετείται από έναν κύκλο ακτίνας που συμπίπτει με τη μέση μαγνητική γραμμή, διαπερνάται από ένα συνολικό ρεύμα.

Λόγω συμμετρίας, η ένταση πεδίου H σε όλα τα σημεία που βρίσκονται στη μεσαία μαγνητική γραμμή είναι η ίδια, επομένως, m.f.

Σύμφωνα με το νόμο του πλήρους ρεύματος

εξ ου και η ένταση του μαγνητικού πεδίου στη μεσαία μαγνητική γραμμή που συμπίπτει με την αξονική γραμμή του δακτυλιοειδούς πηνίου,

και η μαγνητική επαγωγή

Όταν η μαγνητική επαγωγή στην αξονική γραμμή με επαρκή ακρίβεια μπορεί να θεωρηθεί ίση με τη μέση τιμή της και, κατά συνέπεια, η μαγνητική ροή διαμέσου της διατομής του πηνίου

Στην εξίσωση (3-20) μπορεί να δοθεί η μορφή του νόμου του Ohm για ένα μαγνητικό κύκλωμα

όπου Ф - μαγνητική ροή. - m.d.s.; - αντίσταση του μαγνητικού κυκλώματος (πυρήνας).

Η εξίσωση (3-21) είναι παρόμοια με την εξίσωση του νόμου του Ohm για ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, δηλαδή, η μαγνητική ροή είναι ίση με την αναλογία ppm. στη μαγνητική αντίσταση του κυκλώματος.

Ρύζι. 3-12. Κυλινδρικό πηνίο.

Το κυλινδρικό πηνίο (Εικ. 3-12) μπορεί να θεωρηθεί ως μέρος ενός δακτυλιοειδούς πηνίου με αρκετά μεγάλη ακτίνα και με περιέλιξη που βρίσκεται μόνο σε ένα μέρος του πυρήνα, το μήκος του οποίου είναι ίσο με το μήκος του πηνίου. Η ένταση του πεδίου και η μαγνητική επαγωγή στην αξονική γραμμή στο κέντρο ενός κυλινδρικού πηνίου καθορίζονται από τους τύπους (3-18) και (3-19), οι οποίοι σε αυτή την περίπτωση είναι κατά προσέγγιση και ισχύουν μόνο για πηνία με (Εικ. 3- 12).

Ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι ένα σύνολο φαινομένων που προκαλούνται από τη σύνδεση ηλεκτρικών ρευμάτων και μαγνητικών πεδίων. Μερικές φορές αυτή η σύνδεση οδηγεί σε ανεπιθύμητες ενέργειες. Για παράδειγμα, το ρεύμα που διαρρέει τα ηλεκτρικά καλώδια σε ένα πλοίο προκαλεί μια περιττή εκτροπή της πυξίδας του πλοίου. Ωστόσο, ο ηλεκτρισμός χρησιμοποιείται συχνά σκόπιμα για να δημιουργήσει μαγνητικά πεδία μεγάλης έντασης. Ένα παράδειγμα είναι οι ηλεκτρομαγνήτες. Θα μιλήσουμε για αυτούς σήμερα.

και μαγνητική ροή

Η ένταση του μαγνητικού πεδίου μπορεί να προσδιοριστεί από τον αριθμό των γραμμών μαγνητικής ροής ανά μονάδα επιφάνειας. εμφανίζεται όπου ρέει ηλεκτρικό ρεύμα και η μαγνητική ροή στον αέρα είναι ανάλογη με το τελευταίο. Ένα ευθύ σύρμα που μεταφέρει ρεύμα μπορεί να λυγίσει σε ένα πηνίο. Με μια αρκετά μικρή ακτίνα πηνίου, αυτό οδηγεί σε αύξηση της μαγνητικής ροής. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς του ρεύματος δεν αυξάνεται.

Η επίδραση της συγκέντρωσης μαγνητικής ροής μπορεί να ενισχυθεί περαιτέρω αυξάνοντας τον αριθμό των στροφών, δηλαδή, στρίβοντας το σύρμα σε πηνίο. Ισχύει και το αντίστροφο. Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα μπορεί να εξασθενήσει μειώνοντας τον αριθμό των στροφών.

Εξάγουμε μια σημαντική σχέση. Στο σημείο της μέγιστης πυκνότητας μαγνητικής ροής (υπάρχουν οι περισσότερες γραμμές ροής ανά μονάδα επιφάνειας), η σχέση μεταξύ του ηλεκτρικού ρεύματος I, του αριθμού στροφών του σύρματος n και της μαγνητικής ροής Β εκφράζεται ως εξής: In είναι ανάλογη του V Ένα ρεύμα 12 Α που διαρρέει ένα πηνίο 3 στροφών, δημιουργεί ακριβώς το ίδιο μαγνητικό πεδίο με ένα ρεύμα 3 Α που διαρρέει ένα πηνίο 12 στροφών. Είναι σημαντικό να το γνωρίζουμε αυτό κατά την επίλυση πρακτικών προβλημάτων.

Σωληνοειδής

Ένα πηνίο τυλιγμένου σύρματος που δημιουργεί μαγνητικό πεδίο ονομάζεται σωληνοειδές. Τα σύρματα μπορούν να τυλιχτούν πάνω σε σίδερο (σιδηρόπυρηνας). Μια μη μαγνητική βάση (όπως ένας πυρήνας αέρα) θα λειτουργήσει επίσης. Όπως μπορείτε να δείτε, όχι μόνο ο σίδηρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου για ένα πηνίο ρεύματος. Όσον αφορά τη ροή, οποιοσδήποτε μη μαγνητικός πυρήνας είναι ισοδύναμος με τον αέρα. Δηλαδή, η παραπάνω σχέση, που σχετίζεται με το ρεύμα, τον αριθμό των στροφών και τη ροή, σε αυτή την περίπτωση εκπληρώνεται με μεγάλη ακρίβεια. Έτσι, το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα μπορεί να εξασθενήσει εάν εφαρμοστεί αυτό το σχέδιο.

Η χρήση σιδήρου στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα

Γιατί χρησιμοποιείται το σίδερο σε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα; Η παρουσία του επηρεάζει το μαγνητικό πεδίο του πηνίου με ρεύμα με δύο τρόπους. Αυξάνει το ρεύμα, συχνά χιλιάδες φορές ή περισσότερο. Ωστόσο, μια σημαντική αναλογική σχέση μπορεί να παραβιαστεί σε αυτή την περίπτωση. Μιλάμε για αυτό που υπάρχει μεταξύ της μαγνητικής ροής και του ρεύματος σε πηνία πυρήνα αέρα.

Μικροσκοπικές περιοχές σε σίδηρο, τομείς (ακριβέστερα, υπό τη δράση ενός μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα, χτίζονται προς μία κατεύθυνση. Ως αποτέλεσμα, παρουσία πυρήνα σιδήρου, αυτό το ρεύμα δημιουργεί μεγαλύτερη μαγνητική ροή ανά μονάδα Έτσι, η πυκνότητα ροής αυξάνεται σημαντικά Όταν όλες οι περιοχές ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση, μια περαιτέρω αύξηση του ρεύματος (ή ο αριθμός των στροφών στο πηνίο) αυξάνει ελαφρά μόνο την πυκνότητα της μαγνητικής ροής.

Τώρα ας μιλήσουμε λίγο για την επαγωγή. Αυτό είναι ένα σημαντικό μέρος του θέματός μας.

Επαγωγή του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα

Αν και το μαγνητικό πεδίο μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας πυρήνα σιδήρου είναι πολύ ισχυρότερο από αυτό μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας πυρήνα αέρα, το μέγεθός του περιορίζεται από τις ιδιότητες του σιδήρου. Το μέγεθος αυτού που δημιουργείται από το πηνίο του πυρήνα αέρα είναι θεωρητικά απεριόριστο. Ωστόσο, κατά κανόνα, είναι πολύ δύσκολο και δαπανηρό να αποκτηθούν τα τεράστια ρεύματα που είναι απαραίτητα για τη δημιουργία ενός πεδίου συγκρίσιμου σε μέγεθος με αυτό ενός σωληνοειδούς πυρήνα σιδήρου. Δεν χρειάζεται να πας πάντα αυτή τη διαδρομή.

Τι συμβαίνει αν αλλάξετε το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου που μεταφέρει ρεύμα; Αυτή η ενέργεια μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα με τον ίδιο τρόπο που ένα ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Όταν ένας μαγνήτης πλησιάζει έναν αγωγό, οι μαγνητικές γραμμές δύναμης που διασχίζουν τον αγωγό προκαλούν μια τάση σε αυτόν. Η πολικότητα της επαγόμενης τάσης εξαρτάται από την πολικότητα και την κατεύθυνση της αλλαγής της μαγνητικής ροής. Αυτό το φαινόμενο είναι πολύ ισχυρότερο στο πηνίο παρά σε μία μόνο στροφή: είναι ανάλογο με τον αριθμό των στροφών στην περιέλιξη. Με την παρουσία ενός πυρήνα σιδήρου, η επαγόμενη τάση στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αυξάνεται. Με αυτή τη μέθοδο, η κίνηση του αγωγού σε σχέση με τη μαγνητική ροή είναι απαραίτητη. Εάν ο αγωγός δεν διασχίζει τις γραμμές μαγνητικής ροής, δεν θα υπάρξει τάση.

Πώς παίρνετε ενέργεια

Οι ηλεκτρικές γεννήτριες παράγουν ρεύμα με βάση τις ίδιες αρχές. Συνήθως ο μαγνήτης περιστρέφεται μεταξύ των πηνίων. Το μέγεθος της επαγόμενης τάσης εξαρτάται από το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου και την ταχύτητα περιστροφής του (καθορίζουν τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής). Η τάση σε έναν αγωγό είναι ευθέως ανάλογη με την ταχύτητα της μαγνητικής ροής σε αυτόν.

Σε πολλές γεννήτριες, ο μαγνήτης έχει αντικατασταθεί από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Για να δημιουργηθεί ένα μαγνητικό πεδίο του πηνίου με ρεύμα, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα συνδέεται με Ποια θα είναι σε αυτή την περίπτωση η ηλεκτρική ισχύς που παράγεται από τη γεννήτρια; Είναι ίσο με το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος. Από την άλλη πλευρά, η σχέση μεταξύ ρεύματος σε έναν αγωγό και μαγνητικής ροής καθιστά δυνατή τη χρήση της ροής που παράγεται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα μαγνητικό πεδίο για τη λήψη μηχανικής κίνησης. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες και ορισμένα ηλεκτρικά όργανα μέτρησης λειτουργούν βάσει αυτής της αρχής. Ωστόσο, για να δημιουργηθεί κίνηση σε αυτά, είναι απαραίτητο να ξοδέψετε επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια.

Ισχυρά μαγνητικά πεδία

Προς το παρόν, χρησιμοποιώντας αυτό είναι δυνατό να ληφθεί μια άνευ προηγουμένου ένταση του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα. Οι ηλεκτρομαγνήτες μπορεί να είναι πολύ ισχυροί. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα ρέει χωρίς απώλειες, δηλαδή δεν προκαλεί θέρμανση του υλικού. Αυτό επιτρέπει την εφαρμογή υψηλών τάσεων σε ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες με πυρήνα αέρα και αποφεύγει τον περιορισμό λόγω του φαινομένου κορεσμού. Ένα τόσο ισχυρό μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα ανοίγει πολύ μεγάλες προοπτικές. Οι ηλεκτρομαγνήτες και οι εφαρμογές τους δεν ενδιαφέρουν πολλούς επιστήμονες μάταια. Άλλωστε, τα ισχυρά πεδία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κινηθούν σε ένα μαγνητικό «μαξιλάρι» και να δημιουργήσουν νέους τύπους ηλεκτροκινητήρων και γεννητριών. Είναι ικανά για υψηλή ισχύ με χαμηλό κόστος.

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα χρησιμοποιείται ενεργά από την ανθρωπότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως εδώ και πολλά χρόνια, ιδιαίτερα στους σιδηροδρόμους. Θα μιλήσουμε τώρα για το πώς χρησιμοποιούνται οι μαγνητικές γραμμές του πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα για τη ρύθμιση της κίνησης των τρένων.

Μαγνήτες σιδηροδρόμων

Οι σιδηρόδρομοι χρησιμοποιούν συνήθως συστήματα στα οποία, για μεγαλύτερη ασφάλεια, οι ηλεκτρομαγνήτες και οι μόνιμοι μαγνήτες αλληλοσυμπληρώνονται. Πώς λειτουργούν αυτά τα συστήματα; Ένα ισχυρό είναι προσαρτημένο κοντά στη ράγα σε μια ορισμένη απόσταση από τα φανάρια. Κατά τη διέλευση του τρένου πάνω από τον μαγνήτη, ο άξονας του μόνιμου επίπεδου μαγνήτη στην καμπίνα του οδηγού περιστρέφεται κατά μια μικρή γωνία, μετά την οποία ο μαγνήτης παραμένει στη νέα θέση.

Έλεγχος σιδηροδρομικής κυκλοφορίας

Η κίνηση του επίπεδου μαγνήτη ενεργοποιεί ένα κουδούνι συναγερμού ή σειρήνα. Τότε συμβαίνει το εξής. Μετά από μερικά δευτερόλεπτα, η καμπίνα του οδηγού περνά πάνω από τον ηλεκτρομαγνήτη, ο οποίος είναι συνδεδεμένος με το φανάρι. Αν δώσει στο τρένο το πράσινο φως, τότε ενεργοποιείται ο ηλεκτρομαγνήτης και ο άξονας του μόνιμου μαγνήτη στο αυτοκίνητο γυρίζει στην αρχική του θέση, σβήνοντας το σήμα στην καμπίνα. Όταν το κόκκινο ή κίτρινο φως είναι αναμμένο στο φανάρι, ο ηλεκτρομαγνήτης σβήνει και μετά από μια ορισμένη καθυστέρηση το φρένο ανάβει αυτόματα, εκτός εάν, φυσικά, ο οδηγός το ξέχασε να το κάνει. Το κύκλωμα πέδησης (καθώς και το ηχητικό σήμα) συνδέεται στο δίκτυο από τη στιγμή που περιστρέφεται ο άξονας του μαγνήτη. Εάν ο μαγνήτης επιστρέψει στην αρχική του θέση κατά τη διάρκεια της καθυστέρησης, το φρένο δεν εφαρμόζεται.

Δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον εαυτό του. Ένα άτομο δεν θα ήταν ο εαυτός του αν δεν είχε καταλάβει πώς να χρησιμοποιήσει μια τόσο υπέροχη ιδιότητα του ρεύματος. Με βάση αυτό το φαινόμενο, ο άνθρωπος δημιούργησε ηλεκτρομαγνήτες.

Η εφαρμογή τους είναι πολύ ευρεία και πανταχού παρούσα στον σύγχρονο κόσμο. Οι ηλεκτρομαγνήτες είναι αξιοσημείωτοι στο ότι, σε αντίθεση με τους μόνιμους μαγνήτες, μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν ανάλογα με τις ανάγκες και η ισχύς του μαγνητικού πεδίου γύρω τους μπορεί να αλλάξει. Πώς χρησιμοποιούνται οι μαγνητικές ιδιότητες του ρεύματος; Πώς κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται οι ηλεκτρομαγνήτες;

Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα

Ως αποτέλεσμα πειραμάτων, ήταν δυνατό να διαπιστωθεί ότι το μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν αγωγό με ρεύμα μπορεί να ενισχυθεί εάν το σύρμα τυλιχτεί με τη μορφή σπείρας. Αποδεικνύεται ένα είδος πηνίου. Το μαγνητικό πεδίο ενός τέτοιου πηνίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το μαγνητικό πεδίο ενός μόνο αγωγού.

Επιπλέον, οι γραμμές δύναμης του μαγνητικού πεδίου του πηνίου με ρεύμα είναι διατεταγμένες με παρόμοιο τρόπο με τις γραμμές δύναμης ενός συμβατικού ορθογώνιου μαγνήτη. Το πηνίο έχει δύο πόλους και τόξα αποκλίνουσες μαγνητικές γραμμές κατά μήκος του πηνίου. Ένας τέτοιος μαγνήτης μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί ανά πάσα στιγμή, αντίστοιχα, ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας το ρεύμα στα καλώδια του πηνίου.

Τρόποι για να επηρεάσουμε τις μαγνητικές δυνάμεις του πηνίου

Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι το τρέχον πηνίο έχει και άλλες αξιόλογες ιδιότητες. Όσο περισσότερες στροφές αποτελείται το πηνίο, τόσο ισχυρότερο γίνεται το μαγνητικό πεδίο. Αυτό σας επιτρέπει να συλλέγετε μαγνήτες διαφόρων δυνάμεων. Ωστόσο, υπάρχουν απλούστεροι τρόποι για να επηρεάσετε το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου.

Έτσι, με την αύξηση της ισχύος του ρεύματος στα καλώδια του πηνίου, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται και, αντίθετα, με τη μείωση της ισχύος ρεύματος, το μαγνητικό πεδίο εξασθενεί. Δηλαδή, με μια στοιχειώδη σύνδεση ενός ρεοστάτη, παίρνουμε έναν ρυθμιζόμενο μαγνήτη.

Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου που μεταφέρει ρεύμα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά με την εισαγωγή μιας σιδερένιας ράβδου μέσα στο πηνίο. Ονομάζεται πυρήνας. Η χρήση πυρήνα καθιστά δυνατή τη δημιουργία πολύ ισχυρών μαγνητών. Για παράδειγμα, στην παραγωγή χρησιμοποιούνται μαγνήτες που μπορούν να σηκώσουν και να συγκρατήσουν αρκετές δεκάδες τόνους βάρους. Αυτό επιτυγχάνεται με τον ακόλουθο τρόπο.

Ο πυρήνας κάμπτεται με τη μορφή τόξου και δύο πηνία τοποθετούνται στα δύο άκρα του, μέσω των οποίων διέρχεται ρεύμα. Τα πηνία συνδέονται με σύρματα 4e έτσι ώστε οι πόλοι τους να συμπίπτουν. Ο πυρήνας ενισχύει το μαγνητικό τους πεδίο. Από κάτω, μια πλάκα με ένα άγκιστρο φέρεται σε αυτή τη δομή, στην οποία αναρτάται ένα φορτίο. Παρόμοιες συσκευές χρησιμοποιούνται σε εργοστάσια και λιμάνια για τη μετακίνηση φορτίων πολύ μεγάλου βάρους. Αυτά τα βάρη συνδέονται και αποσυνδέονται εύκολα όταν ενεργοποιείται και απενεργοποιείται το ρεύμα στα πηνία.

Οι ηλεκτρομαγνήτες και οι εφαρμογές τους

Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται τόσο ευρέως που είναι ίσως δύσκολο να ονομάσουμε μια ηλεκτρομηχανική συσκευή στην οποία δεν θα χρησιμοποιούνται. Οι πόρτες στις εισόδους συγκρατούνται από ηλεκτρομαγνήτες.

Ηλεκτρικοί κινητήρες διαφόρων συσκευών μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνήτες. Ο ήχος στα ηχεία δημιουργείται χρησιμοποιώντας μαγνήτες. Και αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα. Ένας τεράστιος αριθμός από τις ανέσεις της σύγχρονης ζωής οφείλουν την ύπαρξή τους στη χρήση ηλεκτρομαγνητών.

Εάν ένας ευθύς αγωγός διπλωθεί σε κύκλο, τότε μπορεί να διερευνηθεί το μαγνητικό πεδίο του κυκλικού ρεύματος.
Ας πραγματοποιήσουμε το πείραμα (1). Περάστε το σύρμα σε μορφή κύκλου από το χαρτόνι. Ας τοποθετήσουμε μερικά ελεύθερα μαγνητικά βέλη στην επιφάνεια του χαρτονιού σε διάφορα σημεία. Ενεργοποιήστε το ρεύμα και δείτε ότι τα μαγνητικά βέλη στο κέντρο του πηνίου δείχνουν την ίδια κατεύθυνση και έξω από το πηνίο και στις δύο πλευρές προς την άλλη κατεύθυνση.
Τώρα ας επαναλάβουμε το πείραμα (2), αλλάζοντας τους πόλους, και ως εκ τούτου την κατεύθυνση του ρεύματος. Βλέπουμε ότι τα μαγνητικά βέλη έχουν αλλάξει κατεύθυνση σε όλη την επιφάνεια του χαρτονιού κατά 180 μοίρες.
Συμπεραίνουμε: οι μαγνητικές γραμμές του κυκλικού ρεύματος εξαρτώνται και από την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό.
Ας κάνουμε ένα πείραμα 3. Ας αφαιρέσουμε τα μαγνητικά βέλη, ας ενεργοποιήσουμε το ηλεκτρικό ρεύμα και ρίξουμε προσεκτικά μικρά ρινίσματα σιδήρου σε όλη την επιφάνεια του χαρτονιού. Έχουμε μια εικόνα μαγνητικών γραμμών δύναμης, η οποία ονομάζεται "φάσμα μαγνητικού πεδίου κυκλικού ρεύματος ". Πώς, σε αυτή την περίπτωση, να προσδιορίσετε την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου; Και πάλι, εφαρμόζουμε τον κανόνα gimlet, αλλά όπως εφαρμόζεται στο κυκλικό ρεύμα. Εάν η φορά περιστροφής της λαβής του αυλακιού είναι ευθυγραμμισμένη με την κατεύθυνση του ρεύματος στον κυκλικό αγωγό, τότε η κατεύθυνση της μεταφορικής κίνησης του στελέχους θα συμπίπτει με την κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών δύναμης.
Ας εξετάσουμε αρκετές περιπτώσεις.
1. Το επίπεδο του πηνίου βρίσκεται στο επίπεδο του φύλλου, το ρεύμα μέσω του πηνίου πηγαίνει δεξιόστροφα. Περιστρέφοντας το πηνίο δεξιόστροφα, προσδιορίζουμε ότι οι μαγνητικές γραμμές δύναμης στο κέντρο του πηνίου κατευθύνονται μέσα στο πηνίο «μακριά από εμάς». Αυτό υποδεικνύεται συμβατικά με ένα σύμβολο "+" (συν). Εκείνοι. στο κέντρο του πηνίου βάζουμε "+"
2. Το επίπεδο του πηνίου βρίσκεται στο επίπεδο του φύλλου, το ρεύμα μέσω του πηνίου πηγαίνει αριστερόστροφα. Περιστρέφοντας το πηνίο αριστερόστροφα, προσδιορίζουμε ότι οι μαγνητικές γραμμές δύναμης βγαίνουν από το κέντρο του πηνίου «προς εμάς». Αυτό συμβολίζεται συμβατικά με "∙" (κουκκίδα). Εκείνοι. στο κέντρο του πηνίου, πρέπει να βάλουμε μια τελεία ("∙").
Εάν ένας ευθύς αγωγός τυλιχτεί γύρω από έναν κύλινδρο, τότε θα ληφθεί ένα πηνίο με ρεύμα ή μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Ας κάνουμε ένα πείραμα (4.) Χρησιμοποιούμε το ίδιο κύκλωμα για το πείραμα, μόνο που το σύρμα περνάει τώρα από χαρτόνι σε μορφή πηνίου. Ας τοποθετήσουμε πολλά ελεύθερα μαγνητικά βέλη στο επίπεδο του χαρτονιού σε διαφορετικά σημεία: και στις δύο άκρες του πηνίου, στο εσωτερικό του πηνίου και στις δύο πλευρές έξω. Αφήστε το πηνίο να τοποθετηθεί οριζόντια (κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά). Ενεργοποιήστε το κύκλωμα και βρείτε ότι οι μαγνητικές βελόνες που βρίσκονται κατά μήκος του άξονα του πηνίου δείχνουν μία κατεύθυνση. Σημειώνουμε ότι στο δεξί άκρο του πηνίου, το βέλος δείχνει ότι οι γραμμές δύναμης εισέρχονται στο πηνίο, που σημαίνει ότι αυτός είναι ο «νότιος πόλος» (S), και στο αριστερό άκρο η μαγνητική βελόνα δείχνει ότι φεύγουν , αυτός είναι ο «βόρειος πόλος» (Ν). Έξω από το πηνίο, οι μαγνητικές βελόνες έχουν αντίθετη κατεύθυνση σε σύγκριση με την κατεύθυνση μέσα στο πηνίο.
Ας πραγματοποιήσουμε το πείραμα (5). Στο ίδιο κύκλωμα, αλλάξτε την κατεύθυνση του ρεύματος. Διαπιστώνουμε ότι η κατεύθυνση όλων των μαγνητικών βελών έχει αλλάξει, έχουν γυρίσει 180 μοίρες. Συμπεραίνουμε: η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος μέσω των στροφών του πηνίου.
Ας πραγματοποιήσουμε το πείραμα (6). Αφαιρέστε τα μαγνητικά βέλη και ενεργοποιήστε το κύκλωμα. Προσεκτικά «αλατίστε με ρινίσματα σιδήρου» το χαρτόνι μέσα και έξω από το καρούλι. Λαμβάνουμε μια εικόνα γραμμών μαγνητικού πεδίου, η οποία ονομάζεται "φάσμα του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα"
Αλλά πώς να προσδιορίσετε την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου; Η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου καθορίζεται σύμφωνα με τον κανόνα του στροφέα με τον ίδιο τρόπο όπως για ένα πηνίο με ρεύμα: Εάν η φορά περιστροφής της λαβής του ελατηρίου είναι ευθυγραμμισμένη με την κατεύθυνση του ρεύματος στα πηνία, τότε η κατεύθυνση της Η μεταφορική κίνηση θα συμπίπτει με την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου μέσα στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Το μαγνητικό πεδίο ενός σωληνοειδούς είναι παρόμοιο με αυτό ενός μόνιμου μαγνήτη ράβδων. Το άκρο του πηνίου από το οποίο βγαίνουν οι γραμμές δύναμης θα είναι ο «βόρειος πόλος» (N), και εκείνο στο οποίο εισέρχονται οι γραμμές δύναμης θα είναι ο «νότιος πόλος» (S).
Μετά την ανακάλυψη του Hans Oersted, πολλοί επιστήμονες άρχισαν να επαναλαμβάνουν τα πειράματά του, εφευρίσκοντας νέα προκειμένου να βρουν στοιχεία για τη σύνδεση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Ο Γάλλος επιστήμονας Dominique Arago τοποθέτησε μια σιδερένια ράβδο σε ένα γυάλινο σωλήνα και πέρασε από πάνω ένα χάλκινο σύρμα από το οποίο πέρασε ηλεκτρικό ρεύμα. Μόλις ο Arago έκλεισε το ηλεκτρικό κύκλωμα, η σιδερένια ράβδος μαγνητίστηκε τόσο έντονα που τράβηξε τα σιδερένια κλειδιά στον εαυτό της. Χρειάστηκε πολλή προσπάθεια για να βγάλουν τα κλειδιά. Όταν ο Arago έκλεισε την πηγή ρεύματος, τα κλειδιά έπεσαν μόνα τους! Έτσι ο Arago εφηύρε τον πρώτο ηλεκτρομαγνήτη. Οι σύγχρονοι ηλεκτρομαγνήτες αποτελούνται από τρία μέρη: περιέλιξη, πυρήνα και οπλισμό. Τα σύρματα τοποθετούνται σε ειδική θήκη, η οποία παίζει το ρόλο του μονωτή. Ένα πολυστρωματικό πηνίο τυλίγεται με ένα σύρμα - η περιέλιξη ενός ηλεκτρομαγνήτη. Ως πυρήνας χρησιμοποιείται μια χαλύβδινη ράβδος. Η πλάκα που έλκεται στον πυρήνα ονομάζεται άγκυρα. Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία λόγω των ιδιοτήτων τους: απομαγνητίζονται γρήγορα όταν απενεργοποιείται το ρεύμα. Μπορούν να κατασκευαστούν σε διάφορα μεγέθη ανάλογα με τον σκοπό. Μεταβάλλοντας το ρεύμα, η μαγνητική δράση του ηλεκτρομαγνήτη μπορεί να ελεγχθεί. Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται στα εργοστάσια για τη μεταφορά προϊόντων από χάλυβα και χυτοσίδηρο. Αυτοί οι μαγνήτες έχουν μεγάλη ανυψωτική δύναμη. Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται επίσης σε ηλεκτρικά κουδούνια, ηλεκτρομαγνητικούς διαχωριστές, μικρόφωνα, τηλέφωνα. Σήμερα εξετάσαμε το μαγνητικό πεδίο του κυκλικού ρεύματος, πηνία με ρεύμα. Γνωριστήκαμε με τους ηλεκτρομαγνήτες, την εφαρμογή τους στη βιομηχανία και στην εθνική οικονομία.