Virtaa kuljettavan johtimen magneettikentän voimalinjat. Suoran johtimen magneettikenttä virralla

Jos magneettinen neula tuodaan suoralle johtimelle sähkövirralla, se pyrkii olemaan kohtisuorassa johtimen akselin ja nuolen pyörimiskeskiön kautta kulkevaan tasoon nähden. Tämä osoittaa, että neulaan vaikuttavat erikoisvoimat, joita kutsutaan magneettisiksi voimiksi. Sen lisäksi, että magneettikenttä vaikuttaa magneettiseen neulaan, se vaikuttaa liikkuviin varautuneisiin hiukkasiin ja magneettikentässä oleviin virtaa kuljettaviin johtimiin. Magneettikentässä liikkuvissa johtimissa tai vaihtuvassa magneettikentässä liikkumattomissa johtimissa induktiivinen e. d.s.

Yllä olevan mukaisesti voimme antaa seuraavan magneettikentän määritelmän.

Magneettikenttä on toinen sähkömagneettisen kentän kahdesta sivusta, jota virittävät liikkuvien hiukkasten sähkövaraukset ja sähkökentän muutos ja jolle on ominaista voimavaikutus liikkuviin varautuneisiin hiukkasiin ja siten sähkövirtoihin.

Jos kartongin läpi johdetaan paksu johdin ja sen läpi johdetaan sähkövirtaa, niin pahville sirotettavat teräsviilat sijoittuvat johtimen ympärille samankeskisinä ympyröinä, jotka tässä tapauksessa ovat ns. magneettisia induktiolinjoja (kuva . 78). Voimme siirtää pahvia ylös tai alas johtimessa, mutta teräsviilan sijainti ei muutu. Siksi johtimen ympärille syntyy magneettikenttä sen koko pituudelta.

Jos laitat pieniä magneettisia nuolia pahville, muuttamalla virran suuntaa johtimessa näet, että magneettiset nuolet kääntyvät (kuva 79). Tämä osoittaa, että magneettisten induktiolinjojen suunta muuttuu johtimessa olevan virran suunnan mukaan.

Magneettisilla induktiolinjoilla virtaa käyttävän johtimen ympärillä on seuraavat ominaisuudet: 1) suoraviivaisen johtimen magneettiset induktiolinjat ovat samankeskisten ympyröiden muodossa; 2) mitä lähempänä johdinta, sitä tiheämpiä magneettiset induktiolinjat ovat; 3) magneettinen induktio (kentän intensiteetti) riippuu johtimessa olevan virran suuruudesta; 4) magneettisten induktiolinjojen suunta riippuu johtimessa olevan virran suunnasta.

Magneettisten induktiolinjojen suunta virtaa sisältävän johtimen ympärillä voidaan määrittää "kiinnityssäännöllä:". Jos oikeanpuoleinen kierre (korkkiruuvi) liikkuu eteenpäin virran suunnassa, kahvan pyörimissuunta osuu yhteen johtimen ympärillä olevien magneettisten induktiolinjojen suunnan kanssa (kuva 81),

Magneettinen neula, joka viedään virtaa kuljettavan johtimen kenttään, sijaitsee magneettisia induktiolinjoja pitkin. Siksi sen sijainnin määrittämiseen voit käyttää myös "kiinnityssääntöä" (kuva 82). Magneettikenttä on yksi tärkeimmistä sähkövirran ilmenemismuodoista, eikä sitä voi olla

Hankitaan itsenäisesti ja erillään virrasta. Magneettikentälle on ominaista magneettinen induktiovektori, jolla on siksi tietty suuruus ja tietty suunta avaruudessa.

Biot ja Savart määrittelivät kvantitatiivisen ilmaisun magneettiselle induktiolle kokeellisten tietojen yleistämisen tuloksena (kuvio 83). Mittaamalla erikokoisten ja -muotoisten sähkövirtojen magneettikenttiä magneettineulan poikkeamalla, molemmat tutkijat tulivat siihen tulokseen, että jokainen virtaelementti muodostaa tietyllä etäisyydellä itsestään magneettikentän, jonka magneettinen induktio AB on suoraan verrannollinen tämän elementin pituuteen A1, virtaavan virran I suuruus, sini kulma a virran suunnan ja sädevektorin välillä, joka yhdistää kiinnostavan kentän pisteen meihin tietyllä virtaelementillä, ja on kääntäen verrannollinen tämän sädevektorin r pituuden neliö:

henry (h) - induktanssin yksikkö; 1 h = 1 ohm sek.

- suhteellinen magneettinen permeabiliteetti - dimensioton kerroin, joka osoittaa kuinka monta kertaa tietyn materiaalin magneettinen permeabiliteetti on suurempi kuin ontelon magneettinen permeabiliteetti. Magneettisen induktion ulottuvuus löytyy kaavasta

volttisekuntia kutsutaan muuten weberiksi (vb):

Käytännössä magneettisen induktion yksikkö gauss (gs) on pienempi:

Biotin ja Savartin lain avulla voit laskea äärettömän pitkän suoran johtimen magneettisen induktion:

missä on etäisyys johtimesta pisteeseen, jossa

Magneettinen induktio. Magneettisen induktion suhdetta magneettisten permeabiliteettien tuloon kutsutaan magneettikentän voimakkuudeksi ja sitä merkitään kirjaimella H:

Viimeinen yhtälö koskee kahta magneettista suuruutta: induktiota ja magneettikentän voimakkuutta. Etsitään mitta H:

Joskus he käyttävät toista jännitysyksikköä - oersted (er):

1 er = 79,6 a/m = 0,796 a/cm.

Magneettikentän voimakkuus H, kuten magneettinen induktio B, on vektorisuure.

Suoraa tangenttia, jonka kunkin pisteen kohtaa magneettisen induktiovektorin suunnan, kutsutaan magneetti-induktioviivaksi tai magneetti-induktioviivaksi.

Magneettisen induktion tuloa kentän suuntaan nähden kohtisuorassa olevan alueen koosta (magneettiinduktiovektori) kutsutaan magneettisen induktiovektorin vuoksi tai yksinkertaisesti magneettivuoksi ja sitä merkitään kirjaimella F:

Magneettivuon mitat:

eli magneettivuo mitataan volttisekunteina tai webereinä. Pienempi magneettivuon yksikkö on maxwell (µs):

1 wb = 108 µs. 1 µs = 1 gs cm2.

Sähkövirta kulkee johtimen läpi, sitten johtimen ympärille syntyy magneettikenttä. Magneettikenttää voidaan pitää avaruuden erityistilana, joka ympäröi johtimia virralla.

Jos johdat paksun johtimen pahvin läpi ja johdat sen läpi sähkövirtaa, niin pahville sirotettavat teräslastut sijoittuvat johtimen ympärille samankeskisinä ympyröinä, jotka tässä tapauksessa ovat ns. magneettisia viivoja (kuva 68). ). Voimme siirtää pahvia ylös tai alas johtimessa, mutta teräsviilan sijainti ei muutu. Siksi johtimen ympärille syntyy magneettikenttä sen koko pituudelta.

Jos laitat pahville pieniä magneettisia nuolia, muuttamalla virran suuntaa johtimessa näet, että magneettiset nuolet kääntyvät (kuva 69). Tämä osoittaa, että magneettilinjojen suunta muuttuu johtimessa olevan virran suunnan mukaan.

Magneettikentällä virtaa sisältävän johtimen ympärillä on seuraavat ominaisuudet: suoraviivaisen johtimen magneettiviivat ovat samankeskisten ympyröiden muodossa; mitä lähempänä johdinta, mitä tiheämpiä magneettiviivat ovat, sitä suurempi on magneettinen induktio; magneettinen induktio (kentän intensiteetti) riippuu johtimessa olevan virran suuruudesta; magneettilinjojen suunta riippuu johtimessa olevan virran suunnasta.

Kohdassa esitetyn johtimen virran suunnan näyttämiseksi käytetään symbolia, jota käytämme jatkossa. Jos asetamme henkisesti nuolen johtimeen virran suuntaan (kuva 70), niin johtimessa, jossa virta on suunnattu poispäin meistä, näemme nuolen höyhenen (ristin);

jos virta on suunnattu meitä kohti, näemme nuolen kärjen (pisteen).

Magneettilinjojen suunta virtaa sisältävän johtimen ympärillä voidaan määrittää "kiinnityssäännöllä". Jos oikeanpuoleinen kierre (korkkiruuvi) liikkuu eteenpäin virran suunnassa, kahvan pyörimissuunta on sama kuin johtimen ympärillä olevien magneettisten linjojen suunta (kuva 71).

Magneettinen neula, joka on työnnetty virtaa kuljettavan johtimen kenttään, sijaitsee magneettisia linjoja pitkin. Siksi voit määrittää sen sijainnin myös "Gimlet-säännön" avulla (kuva 72).

Magneettikenttä on yksi tärkeimmistä sähkövirran ilmenemismuodoista, eikä sitä voida saada itsenäisesti ja erillään virrasta.

Kestomagneeteissa magneettikentän aiheuttaa myös magneetin atomeja ja molekyylejä muodostavien elektronien liike.

Magneettikentän intensiteetti kussakin sen pisteessä määräytyy magneettisen induktion suuruuden mukaan, jota yleensä merkitään kirjaimella B. Magneettinen induktio on vektorisuure, eli sille ei ole ominaista vain tietty arvo, mutta myös tietyllä suunnalla magneettikentän jokaisessa pisteessä. Magneettisen induktiovektorin suunta osuu yhteen magneettiviivan tangentin kanssa tietyssä kentän kohdassa (kuva 73).

Kokeellisten tietojen yleistyksen tuloksena ranskalaiset tiedemiehet Biot ja Savard havaitsivat, että magneettinen induktio B (magneettikentän intensiteetti) etäisyydellä r äärettömän pitkästä suoraviivaisesta virtaa kuljettavasta johtimesta määräytyy lausekkeen avulla.

missä r on kentän tarkastellun pisteen läpi piirretyn ympyrän säde; ympyrän keskipiste on johtimen akselilla (2πr - ympärysmitta);

I on johtimen läpi kulkevan virran määrä.

Väliaineen magneettisia ominaisuuksia kuvaavaa μa:n arvoa kutsutaan väliaineen absoluuttiseksi magneettiseksi permeabiliteetiksi.

Tyhjyyden osalta absoluuttisella magneettisella permeabiliteetilla on minimiarvo ja sitä on tapana nimetä __ ja kutsua sitä tyhjyyden absoluuttiseksi magneettiseksi permeabiliteetiksi.

Suhdesuhdetta, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn väliaineen absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti on suurempi kuin ontelon absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti, kutsutaan suhteelliseksi magneettiseksi permeabiliteetiksi ja sitä merkitään kirjaimella μ.

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) hyväksytään magneettisen induktion B mittayksiköt - tesla tai weber neliömetriä kohti (t, wb / m 2).

Teknisessä käytännössä magneettinen induktio mitataan yleensä gausseina (gaussina): 1 t = 10 4 gaussia.

Jos magneettikentän kaikissa kohdissa magneettiset induktiovektorit ovat suuruudeltaan yhtä suuria ja samansuuntaisia keskenään, niin tällaista kenttää kutsutaan homogeeniseksi.

Magneettisen induktion B ja kentän suuntaan nähden kohtisuoran alueen S tuloa (magneettiinduktiovektoria) kutsutaan magneettisen induktiovektorin vuoksi tai yksinkertaisesti

magneettivuo, ja se on merkitty kirjaimella F (kuva 74):

Kansainvälisessä järjestelmässä magneettivuon mittayksikkö on weber (wb).

Teknisissä laskelmissa magneettivuo mitataan maxwelleinä (mc):

1vb = 10 8 ms.

Magneettikenttiä laskettaessa käytetään myös suuruutta, jota kutsutaan magneettikentän voimakkuudeksi (merkitty H). Magneettinen induktio B ja magneettikentän H voimakkuus liittyvät toisiinsa suhteella

Magneettikentän voimakkuuden H mittayksikkö on ampeeri per metri (A/m).

Magneettikentän voimakkuus homogeenisessa väliaineessa sekä magneettinen induktio riippuvat virran suuruudesta, niiden johtimien lukumäärästä ja muodosta, joiden läpi virta kulkee. Mutta toisin kuin magneettinen induktio, magneettikentän voimakkuus ei ota huomioon väliaineen magneettisten ominaisuuksien vaikutusta.

Tarkastellaan suoraa johdinta (kuva 3.2), joka on osa suljettua sähköpiiriä. Biot-Savart-Laplacen lain mukaan magneettinen induktiovektori
pisteessä luotu kenttä MUTTA elementti johdin virralla minä, on merkitys
, missä - vektoreiden välinen kulma ja . Kaikille tonteille tämän johdin vektorit ja makaa piirustuksen tasossa, eli pisteessä MUTTA kaikki vektorit
kunkin osan luoma , suunnattu kohtisuoraan piirustuksen tasoon nähden (meihin). Vektori määräytyy kenttien päällekkäisyyden periaatteen mukaan:

sen moduuli on:

Merkitse etäisyys pisteestä MUTTA konduktöörille . Harkitse johtimen osaa
. kohdasta MUTTA piirrä kaari KanssaD säde ,
on pieni, joten
ja
. Piirustuksesta näkyy, että
;
, mutta
(CD=
) Siksi meillä on:

varten saamme:

missä ja - kulma-arvot johtimen ääripisteille MN.

Jos johdin on äärettömän pitkä, niin
,
. Sitten

äärettömän pitkän suoraviivaisen virtaa kuljettavan johtimen induktio jokaisessa magneettikentän pisteessä on kääntäen verrannollinen lyhimpään etäisyyteen tästä pisteestä johtimeen.

3.4. Pyöreän virran magneettikenttä

Harkitse ympyränmuotoista sädettä R jonka läpi virta kulkee minä (Kuva 3.3) . Biot-Savart-Laplacen lain mukaan induktio
pisteessä luotu kenttä O elementti käämi virralla on yhtä suuri kuin:

ja
, Siksi
, ja
. Tällä sanoen saamme:

Kaikki vektorit
suunnattu kohtisuoraan piirustuksen tasoon nähden meitä kohti, joten induktio

jännitystä
.

Anna olla S- pyöreän kelan peittämä alue,
. Sitten magneettinen induktio mielivaltaisessa pisteessä pyöreän käämin akselilla virralla:

missä on etäisyys pisteestä kelan pintaan. On tiedossa, että
on kelan magneettinen momentti. Sen suunta on sama kuin vektorin missä tahansa kohdassa kelan akselilla, joten
, ja
.

Ilmaus for ulkonäöltään samanlainen kuin sähköisen siirtymän lauseke kentän kohdissa, jotka sijaitsevat sähködipolin akselilla riittävän kaukana siitä:

Siksi rengasvirran magneettikenttää pidetään usein jonkin ehdollisen "magneettisen dipolin" magneettikenttänä, positiivista (pohjoista) napaa pidetään kelatason puolena, josta magneettiset voimalinjat poistuvat, ja negatiivinen (etelä) - se, johon he tulevat.

Virtasilmukalle, jolla on mielivaltainen muoto:

missä - elementin ulkonormaalin yksikkövektori pinnat S, rajoitettu ääriviiva. Tasaisen ääriviivan tapauksessa pinta S – tasainen ja kaikki vektorit ottelu.

3.5. Solenoidin magneettikenttä

Solenoidi on sylinterimäinen kela, jossa on suuri määrä lankakierroksia. Solenoidin kelat muodostavat kierteen. Jos kierrokset ovat lähekkäin, solenoidia voidaan pitää sarjaan kytkettyjen ympyrävirtojen järjestelmänä. Näillä kierroksilla (virroilla) on sama säde ja yhteinen akseli (kuva 3.4).

Harkitse solenoidin leikkausta sen akselia pitkin. Pisteellä varustetut ympyrät osoittavat piirustuksen tason takaa meille tulevia virtoja ja ristillä varustettu ympyrä - piirustuksen tason yli meneviä virtoja meiltä. L on solenoidin pituus, n – kierrosten lukumäärä solenoidin pituusyksikköä kohti; - R- kääntösäde. Harkitse kohtaa MUTTA makaa akselilla
solenoidi. On selvää, että magneettinen induktio tässä kohdassa on suunnattu akselia pitkin
ja on yhtä suuri kuin magneettikenttien induktioiden algebrallinen summa, joka syntyy tässä vaiheessa kaikkien käänteiden kautta.

Piirrä pisteestä MUTTA säde - vektori mihin tahansa lankaan. Tämä sädevektori muodostuu akselin kanssa
injektio α . Tämän kelan läpi kulkeva virta syntyy pisteessä MUTTA magneettikenttä induktiolla

Harkitse pientä aluetta
solenoidi, siinä on
kääntyy. Nämä käännökset luodaan pisteessä MUTTA magneettikenttä, jonka induktio

On selvää, että etäisyys akselia pitkin pisteestä MUTTA sivustolle
on yhtä suuri
; sitten
.Ilmeisesti,
, sitten

Kaikkien käänteiden luomien kenttien magneettinen induktio pisteessä MUTTA on yhtä suuri kuin

Magneettikentän voimakkuus pisteessä MUTTA
.

Kuvasta 3. 4 löydämme:
;
.

Siten magneettinen induktio riippuu pisteen sijainnista MUTTA solenoidin akselilla. Hän on

maksimi solenoidin keskellä:

Jos L>> R, niin solenoidia voidaan tässä tapauksessa pitää äärettömän pitkänä
,
,
,
; sitten

;
.

Pitkän solenoidin toisessa päässä
,
tai
;
,
,
.

Sähkövirran magneettikenttä

Magneettikentän luovat paitsi luonnolliset tai keinotekoiset, myös johtimet, jos sähkövirta kulkee sen läpi. Siksi magneettisten ja sähköisten ilmiöiden välillä on yhteys.

Ei ole vaikeaa varmistaa, että sen johtimen ympärille muodostuu magneettikenttä, jonka läpi virta kulkee. Aseta liikkuvan magneettineulan yläpuolelle suora johdin sen suuntaisesti ja johda sähkövirta sen läpi. Nuoli asettuu kohtisuoraan johtimeen nähden.

Mitkä voimat voivat saada magneettisen neulan kääntymään? Ilmeisesti johtimen ympärille syntyneen magneettikentän voimakkuus. Katkaise virta, niin magneettinen neula palaa normaaliasentoonsa. Tämä viittaa siihen, että kun virta katkaistiin, myös johtimen magneettikenttä katosi.

Täten johtimen läpi kulkeva sähkövirta muodostaa magneettikentän. Käytä oikean käden sääntöä saadaksesi selville, mihin suuntaan magneettinen neula poikkeaa. Jos oikea käsi asetetaan johtimen päälle kämmen alaspäin siten, että virran suunta on sama kuin sormien suunta, niin taivutettu peukalo näyttää johtimen alle asetetun magneettineulan pohjoisnavan poikkeaman suunnan. . Tämän säännön avulla ja tietäen nuolen napaisuuden voit myös määrittää virran suunnan johtimessa.

Suoran johtimen magneettikenttä on samankeskisten ympyröiden muotoinen. Jos asetat oikean kätesi johtimen päälle kämmenelläsi alaspäin niin, että virta näyttää tulevan sormistasi, taivutettu peukalo osoittaa magneettineulan pohjoisnapaa kohti.Tällaista kenttää kutsutaan pyöreäksi magneettikentäksi.

Pyöreän kentän voimalinjojen suunta riippuu johtimessa olevasta ja määräytyy ns "Gimlet" -sääntö. Jos gimlet kierretään henkisesti virran suuntaan, sen kahvan pyörimissuunta on sama kuin magneettikentän voimalinjojen suunta. Tätä sääntöä soveltamalla saat selville johtimessa olevan virran suunnan, jos tiedät tämän virran muodostaman kentän kenttälinjojen suunnan.

Palaten magneettineulalla tehtyyn kokeeseen, voimme varmistaa, että se on aina sijoitettu pohjoispäänsä magneettikenttälinjojen suuntaan.

Niin, Suora sähkövirtaa kuljettava johdin luo magneettikentän ympärilleen. Se on samankeskisten ympyröiden muotoa ja sitä kutsutaan pyöreäksi magneettikentällä.

suolakurkkua e. Solenoidin magneettikenttä

Magneettikenttä syntyy minkä tahansa johtimen ympärille sen muodosta riippumatta, jos sähkövirta kulkee johtimen läpi.

Sähkötekniikassa olemme tekemisissä, ja se koostuu useista käännöksistä. Tutkiaksemme meitä kiinnostavan kelan magneettikenttää pohditaan ensin, minkä muotoinen yhden kierroksen magneettikenttä on.

Kuvittele paksun langan kela, joka lävistää pahvilevyn ja liitetään virtalähteeseen. Kun sähkövirta kulkee kelan läpi, käämin jokaisen yksittäisen osan ympärille muodostuu pyöreä magneettikenttä. "Gimlet"-säännön mukaan on helppo määrittää, että kelan sisällä olevat magneettiset voimalinjat ovat samansuuntaisia (meitä kohti tai poispäin, riippuen kelan virran suunnasta) ja ne lähtevät yhdestä kelan puolelle ja mene toiselle puolelle. Sarja tällaisia keloja, joilla on spiraalin muoto, on ns solenoidi (kela).

Solenoidin ympärille, kun virta kulkee sen läpi, muodostuu magneettikenttä. Se saadaan lisäämällä kunkin kelan magneettikentät ja se muistuttaa muodoltaan suoraviivaisen magneetin magneettikenttää. Solenoidin magneettikentän voimalinjat sekä suoraviivaisessa magneetissa poistuvat solenoidin toisesta päästä ja palaavat toiseen. Solenoidin sisällä niillä on sama suunta. Näin ollen solenoidin päillä on napaisuus. Pää, josta voimalinjat tulevat ulos, on Pohjoisnapa solenoidi, ja pää, johon voimalinjat tulevat, on sen etelänapa.

Solenoidi navat voidaan määrittää oikean käden sääntö, mutta tätä varten sinun on tiedettävä virran suunta sen käännöksissä. Jos laitat oikean kätesi solenoidille kämmenellä alaspäin niin, että virta näyttäisi tulevan ulos sormistasi, niin taivutettu peukalo osoittaa solenoidin pohjoisnapaan. Tästä säännöstä seuraa, että solenoidin napaisuus riippuu siinä olevan virran suunnasta. Käytännössä tämä on helppo varmistaa viemällä magneettineula solenoidin napoihin ja muuttamalla sitten solenoidin virran suuntaa. Nuoli kääntyy välittömästi 180°, eli se osoittaa, että solenoidin navat ovat muuttuneet.

Solenoidilla on ominaisuus vetää kevyitä rautaesineitä sisäänsä. Jos solenoidin sisään asetetaan terästanko, tanko magnetoituu jonkin ajan kuluttua solenoidin magneettikentän vaikutuksesta. Tätä menetelmää käytetään valmistuksessa.

sähkömagneetit

Se on kela (solenoidi), jonka sisällä on rautasydän. Sähkömagneettien muodot ja koot vaihtelevat, mutta niiden kaikkien yleinen järjestely on sama.

Sähkömagneetin käämi on runko, joka on useimmiten valmistettu painolevystä tai kuidusta ja jolla on erilaisia muotoja riippuen sähkömagneetin käyttötarkoituksesta. Kuparieristetty lanka on kiedottu runkoon useissa kerroksissa - sähkömagneetin käämitys. Siinä on eri kierrosluku ja se on valmistettu erihalkaisijaisista langoista riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta.

Käämieristyksen suojaamiseksi mekaanisilta vaurioilta käämi peitetään yhdellä tai useammalla kerroksella paperia tai muuta eristävää materiaalia. Käämityksen alku ja loppu tuodaan ulos ja liitetään runkoon asennettuihin lähtöliittimiin tai taipuisiin johtimiin, joiden päissä on korvakkeet.

Sähkömagneettikela asennetaan ytimeen, joka on valmistettu pehmeästä, hehkutetusta raudasta tai rautaseoksista, joissa on piitä, nikkeliä jne. Tällaisessa raudassa on vähiten jäännösjäämiä. Sydämet valmistetaan useimmiten ohuista levyistä, jotka on eristetty toisistaan. Sydämien muoto voi olla erilainen riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta.

Jos sähkövirta johdetaan sähkömagneetin käämin läpi, käämin ympärille muodostuu magneettikenttä, joka magnetoi sydämen. Koska ydin on valmistettu pehmeästä raudasta, se magnetoituu välittömästi. Jos virta sitten katkaistaan, myös ytimen magneettiset ominaisuudet katoavat nopeasti ja se lakkaa olemasta magneetti. Sähkömagneetin, kuten solenoidin, navat määräytyvät oikean käden säännön mukaan. Jos sähkömagneetin käämitystä muutetaan, sähkömagneetin napaisuus muuttuu vastaavasti.

Sähkömagneetin toiminta on samanlainen kuin kestomagneetin. Niiden välillä on kuitenkin suuri ero. Kestomagneetilla on aina magneettisia ominaisuuksia ja sähkömagneetilla vain silloin, kun sen käämin läpi kulkee sähkövirta.

Lisäksi kestomagneetin vetovoima on muuttumaton, koska kestomagneetin magneettivuo on muuttumaton. Sähkömagneetin vetovoima ei ole vakioarvo. Samalla sähkömagneetilla voi olla erilaiset vetovoimat. Minkä tahansa magneetin vetovoima riippuu sen magneettivuon suuruudesta.

Vetovoima ja siten sen magneettivuo riippuu tämän sähkömagneetin käämin läpi kulkevan virran suuruudesta. Mitä suurempi virta on, sitä suurempi on sähkömagneetin vetovoima, ja päinvastoin, mitä pienempi virta on sähkömagneetin käämissä, sitä vähemmän voimaa se vetää magneettisia kappaleita puoleensa.

Mutta erityyppisten ja erikokoisten sähkömagneettien vetovoima ei riipu vain käämin virran suuruudesta. Jos otamme esimerkiksi kaksi sähkömagneettia, joilla on sama laite ja mitat, mutta toisessa on pieni määrä käämikierroksia ja toisessa paljon suurempi määrä, niin on helppo nähdä, että samalla virralla vetovoima jälkimmäinen on paljon suurempi. Todellakin, mitä enemmän käämin kierroksia on, sitä suurempi on tietyllä virralla tämän käämin ympärille muodostuva magneettikenttä, koska se koostuu kunkin kierroksen magneettikentistä. Tämä tarkoittaa, että sähkömagneetin magneettivuo ja siten sen vetovoima on sitä suurempi, mitä suurempi on käämin kierrosluku.

On toinen syy, joka vaikuttaa sähkömagneetin magneettivuon suuruuteen. Tämä on hänen magneettipiirinsä laatu. Magneettipiiri on polku, jota pitkin magneettivuo sulkeutuu. Magneettipiirillä on tietty magneettinen vastus. Magneettinen vastus riippuu sen väliaineen magneettisesta läpäisevyydestä, jonka läpi magneettivuo kulkee. Mitä suurempi tämän väliaineen magneettinen permeabiliteetti on, sitä pienempi on sen magneettinen resistanssi.

Koska m ferromagneettisten kappaleiden (rauta, teräs) magneettinen permeabiliteetti on monta kertaa suurempi kuin ilman magneettinen permeabiliteetti, joten sähkömagneetteja on kannattavampaa tehdä niin, että niiden magneettipiiri ei sisällä ilmaosia. Kutsutaan sähkömagneetin käämin virran ja kierrosten lukumäärän tuloa magnetomotorinen voima. Magnetomotorinen voima mitataan ampeerikierrosten lukumäärällä.

Esimerkiksi 1200 kierrosta käsittävän sähkömagneetin käämitys kuljettaa 50 mA:n virtaa. Magneettinen liikevoima sellainen sähkömagneetti vastaa 0,05 x 1200 = 60 ampeerin kierrosta.

Magnetomotorisen voiman vaikutus on samanlainen kuin sähkömoottorin vaikutus sähköpiirissä. Aivan kuten EMF aiheuttaa sähkövirran, magnetomotorinen voima luo magneettivuon sähkömagneetissa. Aivan kuten sähköpiirissä, kun EMF kasvaa, virran hinta kasvaa, niin magneettipiirissä, kun magnetomotorinen voima kasvaa, magneettivuo kasvaa.

Toiminta magneettinen vastus samanlainen kuin piirin sähkövastuksen vaikutus. Kun virta pienenee sähköpiirin resistanssin kasvaessa, niin myös magneettipiirissä magneettisen vastuksen lisääntyminen aiheuttaa magneettivuon vähenemisen.

Sähkömagneetin magneettivuon riippuvuus magnetomotorisesta voimasta ja sen magneettiresistanssista voidaan ilmaista kaavalla, joka on samanlainen kuin Ohmin lain kaava: magnetomotorinen voima \u003d (magneettivuo / magneettivastus)

Magneettivuo on yhtä suuri kuin magnetomotorinen voima jaettuna magneettivastuksella.

Käämityksen kierrosluku ja kunkin sähkömagneetin magneettivastus on vakioarvo. Siksi tietyn sähkömagneetin magneettivuo muuttuu vain käämin läpi kulkevan virran muutoksella. Koska sähkömagneetin vetovoima määräytyy sen magneettivuon perusteella, sähkömagneetin vetovoiman lisäämiseksi (tai vähentämiseksi) on tarpeen lisätä (tai vähentää) sen käämityksen virtaa vastaavasti.

polarisoitu sähkömagneetti

Polarisoitu sähkömagneetti on kestomagneetin ja sähkömagneetin yhdistelmä. Se on järjestetty siten. Kestomagneetin napoihin on kiinnitetty ns. pehmeäraudan napojen jatkeet. Jokainen napapidennys toimii sähkömagneetin ytimenä, johon on asennettu käämitys. Molemmat käämit on kytketty sarjaan.

Koska napojen jatkeet on kiinnitetty suoraan kestomagneetin napoihin, niillä on magneettisia ominaisuuksia jopa ilman virtaa käämeissä; samaan aikaan niiden vetovoima on muuttumaton ja sen määrää kestomagneetin magneettivuo.

Polarisoidun sähkömagneetin toiminta perustuu siihen, että kun virta kulkee sen käämien läpi, sen napojen vetovoima kasvaa tai pienenee riippuen käämien virran suuruudesta ja suunnasta. Polarisoidun sähkömagneetin tämän ominaisuuden perusteella muiden sähkölaitteet.

Magneettikentän vaikutus virtaa kuljettavaan johtimeen

Jos johdin asetetaan magneettikenttään siten, että se on kohtisuorassa kenttälinjoihin nähden, ja tämän johtimen läpi johdetaan sähkövirta, johdin alkaa liikkua ja työnnetään ulos magneettikentästä.

Magneettikentän vuorovaikutuksen seurauksena sähkövirran kanssa johdin lähtee liikkeelle, eli sähköenergia muuttuu mekaaniseksi energiaksi.

Voima, jolla johdin työnnetään ulos magneettikentästä, riippuu magneetin magneettivuon suuruudesta, johtimessa olevasta virran voimakkuudesta ja sen johtimen osan pituudesta, jonka kenttäviivat ylittävät. Tämän voiman suunta, eli johtimen liikesuunta, riippuu johtimessa olevan virran suunnasta ja sen määrää vasemman käden sääntö.

Jos pidät vasemman kätesi kämmenestä niin, että se sisältää kentän magneettikenttäviivat ja ojennetut neljä sormea ovat johtimessa olevan virran suuntaan, taivutettu peukalo osoittaa johtimen liikesuunnan. Tätä sääntöä sovellettaessa on muistettava, että kenttäviivat tulevat ulos magneetin pohjoisnavasta.

Jos magneettineula tuodaan suoralle johtimelle virralla, se pyrkii olemaan kohtisuorassa johtimen akselin ja nuolen pyörimiskeskipisteen kautta kulkevaan tasoon nähden (kuva 67). Tämä osoittaa, että neulaan vaikuttavat erikoisvoimat, joita kutsutaan magneettisiksi. Toisin sanoen, jos sähkövirta kulkee johtimen läpi, syntyy magneettikenttä johtimen ympärille. Magneettikenttää voidaan pitää avaruuden erityistilana, joka ympäröi johtimia virralla.

Jos johdat paksun johtimen kortin läpi ja johdat sen läpi sähkövirtaa, pahviin sirotettuja teräsviiloja sijoittuu johtimen ympärille samankeskisinä ympyröinä, jotka tässä tapauksessa ovat ns. magneettisia viivoja (kuva 68). Voimme siirtää pahvia ylös tai alas johtimessa, mutta teräsviilan sijainti ei muutu. Siksi johtimen ympärille syntyy magneettikenttä sen koko pituudelta.

Magneettisten linjojen suunta virtaa sisältävän johtimen ympärillä voidaan määrittää "kiinnityssäännöllä". Jos oikeanpuoleinen kierre (korkkiruuvi) liikkuu eteenpäin virran suunnassa, kahvan pyörimissuunta on sama kuin johtimen ympärillä olevien magneettisten linjojen suunta (kuva 71).

Riisi. 71. Magneettisten linjojen suunnan määrittäminen johtimen ympärillä virralla "kiinnityssäännön" mukaisesti

Riisi. 72. Virralla johtimeen tuodun magneettineulan poikkeamasuunnan määritys "kiinnityssäännön" mukaisesti

Magneettikenttä on yksi tärkeimmistä sähkövirran ilmenemismuodoista, eikä sitä voida saada itsenäisesti ja erillään virrasta.

Kestomagneeteissa magneettikentän aiheuttaa myös magneetin atomeja ja molekyylejä muodostavien elektronien liike.

missä r on kentän tarkastellun pisteen läpi piirretyn ympyrän säde; ympyrän keskipiste on johtimen akselilla (2πr - ympärysmitta);

I on johtimen läpi kulkevan virran määrä.

Väliaineen magneettisia ominaisuuksia kuvaavaa μa:n arvoa kutsutaan väliaineen absoluuttiseksi magneettiseksi permeabiliteetiksi.

Tyhjyyden absoluuttisella magneettisella permeabiliteetilla on minimiarvo ja sitä on tapana nimetä μ 0:ksi ja kutsua sitä tyhjyyden absoluuttiseksi magneettiseksi permeabiliteetiksi.

1 h = 1 ohm⋅s.

Suhdesuhdetta μ a / μ 0, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn väliaineen absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti on suurempi kuin tyhjän tilan absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti, kutsutaan suhteelliseksi magneettiseksi permeabiliteetiksi ja sitä merkitään kirjaimella μ.

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) hyväksytään magneettisen induktion B mittayksiköt - tesla tai weber neliömetriä kohti (t, wb / m 2).

Teknisessä käytännössä magneettinen induktio mitataan yleensä gausseina (gaussina): 1 t = 10 4 gaussia.

Jos magneettikentän kaikissa kohdissa magneettiset induktiovektorit ovat suuruudeltaan yhtä suuria ja samansuuntaisia keskenään, niin tällaista kenttää kutsutaan homogeeniseksi.

Magneettisen induktion B ja kentän suuntaan nähden kohtisuoran alueen S koon tuloa (magneettiinduktiovektoria) kutsutaan magneettisen induktiovektorin vuoksi tai yksinkertaisesti magneettivuoksi, ja sitä merkitään kirjaimella Φ ( kuva 74):

Kansainvälisessä järjestelmässä magneettivuon mittayksikkö on weber (wb).

Teknisissä laskelmissa magneettivuo mitataan maxwelleinä (µs):

1 wb \u003d 10 8 μs.

Magneettikenttiä laskettaessa käytetään myös suuruutta, jota kutsutaan magneettikentän voimakkuudeksi (merkitty H). Magneettinen induktio B ja magneettikentän voimakkuus H liittyvät toisiinsa suhteella

Magneettikentän voimakkuuden H mittayksikkö on ampeeri per metri (a/m).

Portaali opiskelijalle. Itseharjoittelu

3.4. Pyöreän virran magneettikenttä

3.5. Solenoidin magneettikenttä

AIHEESEEN LIITTYVÄT ARTIKKELIT