Magnetfeld der Spule mit Strom. Elektromagnete und ihre Anwendung

Elektromagnetismus ist eine Kombination von Phänomenen,Aufgrund der Kopplung von elektrischen Strömen und Magnetfeldern. Manchmal führt diese Verbindung zu unerwünschten Effekten. Zum Beispiel verursacht der Strom, der durch elektrische Kabel auf dem Schiff fließt, eine unnötige Abweichung des Schiffskompasses. Oft wird jedoch gezielt Strom zur Erzeugung hochintensiver Magnetfelder verwendet. Als Beispiel können wir Elektromagnete erwähnen. Wir werden heute darüber reden.

Elektrischer Strom und magnetischer Fluss

Die Intensität des Magnetfeldes kann bestimmt werdenAnzahl der magnetischen Flusslinien, die pro Flächeneinheit ist. Ein magnetisches Feld entsteht überall dort, wo ein elektrischer Strom fließt, und der magnetische Fluß in der Luft ist proportional zu diesem. Ein gerader Draht, der einen Strom führt, kann zu einer Spule gebogen werden. Bei einem ausreichend kleinen Windungsradius führt dies zu einer Erhöhung des magnetischen Flusses. Der Strom steigt nicht an.

Die Wirkung der Magnetflusskonzentration kann seinerhöhen, die Anzahl der Windungen erhöhen, d. h. den Draht in der Spule verdrillen. Das Umgekehrte ist auch wahr. Das Magnetfeld der Spule mit Strom kann geschwächt werden, wenn die Anzahl der Windungen reduziert wird.

Wir leiten eine wichtige Beziehung ab. Am Punkt der maximalen magnetischen Flußdichte (es pro Flächeneinheit meisten Flußlinien) die Beziehung zwischen dem elektrischen Strom I, die Anzahl der Windungen des Drahtes N und der magnetische Fluss B wird wie folgt ausgedrückt: In einem Strom, der proportional zu V 12 A, der Strom durch die Spule 3 Windungen es schafft genau das gleiche Magnetfeld wie der Strom von 3 A, den Strom durch die Spule von 12 Windungen. Es ist wichtig zu wissen, die Lösung praktischer Probleme.

Magnetventil

Spule des gewundenen Drahtes, bildendein magnetisches Feld, heißt ein Solenoid. Die Drähte können auf Eisen (Eisenkern) gewickelt sein. Eine nichtmagnetische Basis (zum Beispiel ein Luftkern) ist ebenfalls geeignet. Wie Sie sehen können, können Sie nicht nur Eisen verwenden, um eine Magnetfeldspule mit einem Strom zu erzeugen. Vom Standpunkt der Größe der Strömung ist jeder nichtmagnetische Kern äquivalent zu Luft. Das heißt, die obige Beziehung, die den Strom, die Anzahl der Windungen und den Fluss in diesem Fall betrifft, wird ziemlich genau durchgeführt. Somit kann das Magnetfeld einer Spule mit einem Strom durch Anwenden dieser Regelmäßigkeit geschwächt werden.

Verwendung von Eisen in einem Solenoid

Wofür wird Eisen in einem Solenoid verwendet? Seine Anwesenheit beeinflusst das Magnetfeld der Stromspule in zweierlei Hinsicht. Es erhöht die magnetische Wirkung des Stroms, oft Tausende von Malen und mehr. Eine wichtige proportionale Beziehung kann jedoch verletzt werden. Dies ist diejenige, die zwischen dem magnetischen Fluss und dem Strom in den Spulen mit einem Luftkern besteht.

Mikroskopische Domänen in der Drüse, Domänen(genauer gesagt, ihre magnetischen Momente), unter der Wirkung des durch den Strom erzeugten Magnetfeldes, sind in einer Richtung aufgebaut. Dies führt dazu, dass in Gegenwart eines Eisenkerns dieser Strom einen größeren magnetischen Fluss pro Einheitsquerschnitt des Drahtes erzeugt. Somit erhöht sich die Flussdichte wesentlich. Wenn alle Bereiche in einer Richtung ausgerichtet sind, erhöht ein weiterer Anstieg des Stroms (oder der Anzahl der Windungen in der Spule) die Dichte des magnetischen Flusses nur geringfügig.

Lassen Sie uns ein wenig über Induktion sprechen. Dies ist ein wichtiger Teil des Themas, das uns interessiert.

Induktion des Magnetfeldes einer Spule mit einem Strom

Obwohl das Magnetfeld eines Elektromagneten mit einem EisenDer Kern ist viel stärker als das Magnetfeld eines Magneten mit einem Luftkern, seine Größe ist durch die Eigenschaften von Eisen begrenzt. Die Größe derjenigen, die durch die Spule mit dem Luftkern erzeugt wird, ist theoretisch unbegrenzt. In der Regel ist es jedoch sehr schwierig und teuer, die großen Ströme zu erhalten, die benötigt werden, um ein Feld zu erzeugen, das in seiner Größe dem Feld eines Elektromagneten mit einem Eisenkern vergleichbar ist. Gehe nicht immer so.

Was passiert, wenn Sie das Magnetfeld der Spule mit ändern?aktuell? Diese Aktion kann einen elektrischen Strom in der gleichen Weise erzeugen, wie ein Strom ein Magnetfeld erzeugt. Wenn sich der Magnet dem Leiter nähert, induzieren die magnetischen Kraftlinien, die den Leiter kreuzen, eine Spannung in ihm. Die Polarität der induzierten Spannung hängt von der Polarität und der Richtung der Änderung des magnetischen Flusses ab. Dieser Effekt ist in der Spule viel stärker ausgeprägt als in einer separaten Spule: Er ist proportional zur Anzahl der Windungen in der Wicklung. Bei Vorhandensein eines Eisenkerns erhöht sich die induzierte Spannung im Solenoid. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, den Leiter relativ zum magnetischen Fluss zu bewegen. Wenn der Leiter die magnetischen Flusslinien nicht kreuzt, wird keine Spannung vorhanden sein.

Wie man Energie bekommt

Elektrische Generatoren erzeugen Strom zubasierend auf den gleichen Prinzipien. Normalerweise dreht sich der Magnet zwischen den Spulen. Die Größe der induzierten Spannung hängt von der Größe des Feldes des Magneten und der Geschwindigkeit seiner Rotation ab (sie bestimmen die Änderungsrate des magnetischen Flusses). Die Spannung im Leiter ist direkt proportional zur Geschwindigkeit des magnetischen Flusses in ihm.

Bei vielen Generatoren ist der Magnet durch einen Elektromagneten ersetzt. Um eine Magnetfeldspule mit einem Strom zu erzeugen, ist das Solenoid mit einer Stromquelle verbunden. Was ist in diesem Fall die vom Generator erzeugte elektrische Energie? Es ist gleich dem Produkt der Spannung am Strom. Andererseits ermöglicht die Verbindung des Stroms in dem Leiter und des Magnetflusses die Verwendung eines Stroms, der durch einen elektrischen Strom in einem Magnetfeld erzeugt wird, um eine mechanische Bewegung zu erhalten. Diesem Prinzip folgen Elektromotoren und einige Elektrogeräte. Um jedoch Bewegung in ihnen zu erzeugen, ist es notwendig, zusätzliche elektrische Energie zu verbrauchen.

Starke Magnetfelder

Derzeit, mit dem Phänomen derSupraleitung, ist es möglich, eine beispiellose Intensität des Magnetfeldes der Spule mit Strom zu erhalten. Elektromagnete können sehr stark sein. In diesem Fall fließt der Strom ohne Verluste, d. H. Verursacht keine Erwärmung des Materials. Dies ermöglicht es, eine große Spannung in den Solenoiden mit einem Luftkern anzulegen und die durch den Sättigungseffekt verursachten Beschränkungen zu vermeiden. Sehr große Aussichten eröffnen eine so starke Magnetfeldspule mit Strom. Elektromagnete und deren Verwendung sind nicht umsonst an vielen Wissenschaftlern interessiert. Schließlich können starke Felder verwendet werden, um sich auf einem magnetischen "Kissen" zu bewegen und neue Arten von Elektromotoren und Generatoren zu schaffen. Sie sind in der Lage, hohe Leistung zu geringen Kosten zu liefern.

Die Energie des Magnetfeldes der Spule mit Strom ist aktivvon der Menschheit benutzt. Es ist seit vielen Jahren, insbesondere auf der Schiene, weit verbreitet. Wir werden nun darüber sprechen, wie magnetische Feldlinien der Spule mit Strom verwendet werden, um die Bewegung von Zügen zu regulieren.

Magnete auf den Eisenbahnen

Eisenbahnen benutzen normalerweiseAus Gründen der Sicherheit ergänzen sich Elektromagnete und Permanentmagnete. Wie funktionieren diese Systeme? Ein starker Permanentmagnet ist nahe der Schiene in einer gewissen Entfernung von den Ampeln angebracht. Während des Passierens des Zuges über den Magneten dreht sich die Achse des permanenten Flachmagneten in der Fahrerkabine um einen kleinen Winkel, wonach der Magnet in der neuen Position verbleibt.

Regulierung des Verkehrs auf der Eisenbahn

Die Bewegung eines flachen Magneten enthält einen AlarmGlocke oder Sirene. Dann passiert folgendes. Nach ein paar Sekunden fährt die Fahrerkabine über den Elektromagneten, der mit einer Ampel verbunden ist. Wenn er dem Zug eine grüne Straße gibt, schaltet sich der Elektromagnet ein und die Achse des Permanentmagneten im Auto dreht sich in seine ursprüngliche Position und schaltet das Signal in der Kabine ab. Wenn das rote oder gelbe Licht an der Ampel aufleuchtet, wird der Elektromagnet ausgeschaltet, und nach einer gewissen Verzögerung schaltet sich die Bremse automatisch ein, es sei denn, der Fahrer hat es vergessen. Der Bremskreis (sowie das Tonsignal) ist ab dem Moment des Drehens der Magnetachse mit dem Netzwerk verbunden. Wenn der Magnet während der Verzögerung in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, schaltet sich die Bremse nicht ein.