Você pode mostrar como usar a lei de Ampère determinando o campo magnético próximo ao fio. Fazemos a pergunta: qual é o campo fora de um longo fio reto de seção transversal cilíndrica? Faremos uma suposição, talvez não tão óbvia, mas correta: as linhas de campo giram em torno do fio em um círculo. Se fizermos essa suposição, então a lei de Ampère [equação (13.16)] nos diz qual é a magnitude do campo. Devido à simetria do problema, o campo tem o mesmo valor em todos os pontos do círculo concêntricos com o fio (Fig. 13.7). Então pode-se facilmente tomar a integral de linha de . É simplesmente igual ao valor multiplicado pela circunferência. Se o raio do círculo é , então

.

A corrente total através do loop é apenas a corrente no fio, então

. (13.17)

A intensidade do campo magnético diminui inversamente com a distância do eixo do fio. Se desejado, a equação (13.17) pode ser escrita na forma vetorial. Lembrando que a direção é perpendicular a ambos , e , temos

(13.18)

Figura 13.7. Campo magnético fora de um longo fio condutor de corrente.

Figura 13.8. Campo magnético de um solenóide longo.

Destacamos o multiplicador porque ele aparece com frequência. Vale lembrar que é igual a exatamente (no sistema de unidades do SI), pois uma equação da forma (13.17) é usada para determinar a unidade de corrente, o ampere. À distância, a corrente cria um campo magnético igual a .

Como a corrente cria um campo magnético, ela atuará com alguma força no fio adjacente, através do qual a corrente também passa. Polegada. 1 descrevemos um experimento simples mostrando as forças entre dois fios que conduzem uma corrente. Se os fios são paralelos, então cada um é perpendicular ao campo do outro fio; então os fios se repelirão ou serão atraídos um pelo outro. Quando as correntes fluem em uma direção, os fios se atraem; quando as correntes fluem na direção oposta, eles se repelem.

Tomemos outro exemplo, que também pode ser analisado pela lei de Ampère, se acrescentarmos algumas informações sobre a natureza do campo. Seja um fio longo enrolado em uma espiral apertada, cuja seção é mostrada na Fig. 13.8. Essa bobina é chamada de solenóide. Observamos experimentalmente que quando o comprimento de um solenóide é muito grande comparado ao seu diâmetro, o campo externo é muito pequeno comparado ao campo interno. Usando apenas este fato e a lei de Ampère, pode-se encontrar a magnitude do campo interno.

Como o campo fica dentro (e tem divergência zero), suas linhas devem correr paralelas ao eixo, como mostrado na Fig. 13.8. Nesse caso, podemos usar a lei de Ampère para a "curva" retangular na figura. Essa curva percorre uma distância dentro do solenóide onde o campo está, digamos, , depois segue em ângulo reto com o campo e retorna pela região externa onde o campo pode ser desprezado. A integral de linha de ao longo desta curva é exatamente , e isso deve ser igual a vezes a corrente total dentro de , ou seja, ligado (onde é o número de voltas do solenóide ao longo do comprimento). Nós temos

Ou, introduzindo - o número de voltas por unidade de comprimento do solenóide (assim ), obtemos

Figura 13.9. Campo magnético fora do solenóide.

O que acontece com as linhas quando atingem o final do solenóide? Aparentemente, eles de alguma forma divergem e retornam ao solenóide da outra extremidade (Fig. 13.9). Exatamente o mesmo campo é observado fora da varinha magnética. Bem, o que é um ímã? Nossas equações dizem que o campo surge da presença de correntes. E sabemos que barras de ferro comuns (não baterias ou geradores) também criam campos magnéticos. Você pode esperar que no lado direito de (13.12) ou (13.13) haja outros termos representando a "densidade do ferro magnetizado" ou alguma quantidade similar. Mas não existe tal membro. Nossa teoria diz que os efeitos magnéticos do ferro surgem de algum tipo de corrente interna já considerada pelo termo.

A matéria é muito complexa quando vista de um ponto de vista profundo; já vimos isso quando tentamos entender os dielétricos. Para não interromper nossa apresentação, adiamos uma discussão detalhada do mecanismo interno de materiais magnéticos como o ferro. Por enquanto, será necessário aceitar que qualquer magnetismo surge devido a correntes e que existem correntes internas constantes em um ímã permanente. No caso do ferro, essas correntes são criadas por elétrons girando em torno de seus próprios eixos. Cada elétron tem um spin que corresponde a uma pequena corrente circulante. Um elétron, é claro, não fornece um grande campo magnético, mas um pedaço comum de matéria contém bilhões e bilhões de elétrons. Geralmente eles giram de qualquer maneira, para que o efeito total desapareça. É surpreendente que em algumas substâncias como o ferro, a maioria dos elétrons gire em torno de eixos direcionados em uma direção - no ferro, dois elétrons de cada átomo participam desse movimento conjunto. Um ímã tem um grande número de elétrons girando na mesma direção e, como veremos, seu efeito combinado é equivalente à corrente que circula na superfície do ímã. (Isso é muito semelhante ao que encontramos em dielétricos - um dielétrico uniformemente polarizado é equivalente à distribuição de cargas em sua superfície.) Portanto, não é coincidência que uma varinha magnética seja equivalente a um solenóide.

Se uma agulha magnética for levada a um condutor retilíneo com corrente, ela tenderá a se tornar perpendicular ao plano que passa pelo eixo do condutor e pelo centro de rotação da seta (Fig. 67). Isso indica que forças especiais atuam sobre a agulha, que são chamadas de magnéticas. Em outras palavras, se uma corrente elétrica flui através de um condutor, então um campo magnético surge ao redor do condutor. O campo magnético pode ser considerado como um estado especial do espaço envolvendo condutores com corrente.

Se você passar um condutor grosso pelo cartão e passar uma corrente elétrica através dele, as limalhas de aço espalhadas no papelão estarão localizadas ao redor do condutor em círculos concêntricos, que neste caso são as chamadas linhas magnéticas (Fig. 68). Podemos mover o papelão para cima ou para baixo no condutor, mas a localização das limalhas de aço não mudará. Portanto, um campo magnético surge ao redor do condutor ao longo de todo o seu comprimento.

Se você colocar pequenas setas magnéticas no papelão, alterando a direção da corrente no condutor, poderá ver que as setas magnéticas girarão (Fig. 69). Isso mostra que a direção das linhas magnéticas muda com a direção da corrente no condutor.

O campo magnético em torno de um condutor com corrente tem as seguintes características: as linhas magnéticas de um condutor retilíneo estão na forma de círculos concêntricos; quanto mais próximo do condutor, mais densas são as linhas magnéticas, maior a indução magnética; a indução magnética (intensidade do campo) depende da magnitude da corrente no condutor; a direção das linhas magnéticas depende da direção da corrente no condutor.

Para mostrar o sentido da corrente no condutor mostrado na seção, é adotado um símbolo, que usaremos no futuro. Se colocarmos mentalmente uma seta no condutor na direção da corrente (Fig. 70), então no condutor, cuja corrente é direcionada para longe de nós, veremos a cauda da plumagem da seta (cruz); se a corrente estiver direcionada para nós, veremos a ponta da seta (apontar).

A direção das linhas magnéticas ao redor de um condutor com corrente pode ser determinada pela "regra da verruma". Se uma verruma (saca-rolhas) com rosca direita se move para a frente na direção da corrente, a direção de rotação da alça coincidirá com a direção das linhas magnéticas ao redor do condutor (Fig. 71).

Arroz. 71. Determinar a direção das linhas magnéticas ao redor de um condutor com corrente de acordo com a "regra da verruma"

Uma agulha magnética inserida no campo de um condutor de corrente está localizada ao longo das linhas magnéticas. Portanto, para determinar sua localização, você também pode usar a "Regra do Gimlet" (Fig. 72).

Arroz. 72. Determinar a direção do desvio de uma agulha magnética levada a um condutor com corrente, de acordo com a "regra de uma verruma"

O campo magnético é uma das manifestações mais importantes da corrente elétrica e não pode ser obtido de forma independente e separada da corrente.

Nos ímãs permanentes, o campo magnético também é causado pelo movimento dos elétrons que compõem os átomos e moléculas do ímã.

A intensidade do campo magnético em cada ponto é determinada pela magnitude da indução magnética, que geralmente é denotada pela letra B. A indução magnética é uma grandeza vetorial, ou seja, é caracterizada não apenas por um determinado valor, mas também por uma certa direção em cada ponto do campo magnético. A direção do vetor de indução magnética coincide com a tangente à linha magnética em um determinado ponto do campo (Fig. 73).

Como resultado da generalização dos dados experimentais, os cientistas franceses Biot e Savard descobriram que a indução magnética B (intensidade do campo magnético) a uma distância r de um condutor de corrente retilínea infinitamente longo é determinada pela expressão

onde r é o raio do círculo traçado pelo ponto considerado do campo; o centro do círculo está no eixo do condutor (2πr - circunferência);

I é a quantidade de corrente que flui através do condutor.

O valor de μ a, que caracteriza as propriedades magnéticas do meio, é chamado de permeabilidade magnética absoluta do meio.

Para o vazio, a permeabilidade magnética absoluta tem um valor mínimo e costuma-se designá-lo μ 0 e chamá-lo de permeabilidade magnética absoluta do vazio.

1 h = 1 ohm⋅seg.

A razão μ a / μ 0 , mostrando quantas vezes a permeabilidade magnética absoluta de um determinado meio é maior que a permeabilidade magnética absoluta do vazio, é chamada de permeabilidade magnética relativa e é denotada pela letra μ.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), são aceitas as unidades de medida de indução magnética B - tesla ou weber por metro quadrado (tl, wb/m 2).

Na prática da engenharia, a indução magnética é geralmente medida em gauss (gauss): 1 t = 10 4 gauss.

Se em todos os pontos do campo magnético os vetores de indução magnética são iguais em magnitude e paralelos entre si, então tal campo é chamado de homogêneo.

O produto da indução magnética B e o tamanho da área S, perpendicular à direção do campo (vetor de indução magnética), é chamado de fluxo do vetor de indução magnética, ou simplesmente fluxo magnético, e é denotado pela letra Φ ( Fig. 74):

No Sistema Internacional, a unidade de medida para fluxo magnético é weber (wb).

Nos cálculos de engenharia, o fluxo magnético é medido em maxwells (µs):

1 wb \u003d 10 8 μs.

Ao calcular os campos magnéticos, uma quantidade chamada força do campo magnético (denotada H) também é usada. A indução magnética B e a intensidade do campo magnético H estão relacionadas pela relação

A unidade de medida para a intensidade do campo magnético H é ampere por metro (a/m).

A força do campo magnético em um meio homogêneo, assim como a indução magnética, depende da magnitude da corrente, do número e da forma dos condutores pelos quais a corrente passa. Mas, ao contrário da indução magnética, a força do campo magnético não leva em conta a influência das propriedades magnéticas do meio.

Se uma agulha magnética for levada a um condutor reto com corrente elétrica, ela tenderá a se tornar perpendicular ao plano que passa pelo eixo do condutor e pelo centro de rotação da seta. Isso indica que forças especiais estão agindo na agulha, que são chamadas de forças magnéticas. Além de atuar em uma agulha magnética, um campo magnético afeta partículas carregadas em movimento e condutores de corrente que estão em um campo magnético. Em condutores que se movem em um campo magnético, ou em condutores estacionários em um campo magnético alternado, um e. d.s.

De acordo com o exposto, podemos dar a seguinte definição do campo magnético.

Um campo magnético é um dos dois lados do campo eletromagnético, excitado pelas cargas elétricas das partículas em movimento e uma mudança no campo elétrico e caracterizado por um efeito de força nas partículas carregadas em movimento e, portanto, nas correntes elétricas.

Se um condutor grosso passar pelo papelão e uma corrente elétrica passar por ele, as limalhas de aço espalhadas no papelão estarão localizadas ao redor do condutor em círculos concêntricos, que neste caso são as chamadas linhas de indução magnética (Fig. . 78). Podemos mover o papelão para cima ou para baixo no condutor, mas a localização das limalhas de aço não mudará. Portanto, um campo magnético surge ao redor do condutor ao longo de todo o seu comprimento.

Se você colocar pequenas setas magnéticas no papelão, alterando a direção da corrente no condutor, poderá ver que as setas magnéticas irão girar (Fig. 79). Isso mostra que a direção das linhas de indução magnética muda com a direção da corrente no condutor.

As linhas de indução magnética em torno de um condutor com corrente têm as seguintes propriedades: 1) as linhas de indução magnética de um condutor retilíneo estão na forma de círculos concêntricos; 2) quanto mais próximo do condutor, mais densas são as linhas de indução magnética; 3) a indução magnética (intensidade do campo) depende da magnitude da corrente no condutor; 4) a direção das linhas de indução magnética depende da direção da corrente no condutor.

A direção das linhas de indução magnética em torno de um condutor com corrente pode ser determinada pela "regra da verruma:". Se um verruma (saca-rolhas) com rosca direita se move para frente na direção da corrente, a direção de rotação da alça coincidirá com a direção das linhas de indução magnética ao redor do condutor (Fig. 81),

Uma agulha magnética introduzida no campo de um condutor de corrente está localizada ao longo das linhas de indução magnética. Portanto, para determinar sua localização, você também pode usar a "regra da verruma" (Fig. 82). O campo magnético é uma das manifestações mais importantes da corrente elétrica e não pode ser

Obtido de forma independente e separada da corrente. O campo magnético é caracterizado pelo vetor de indução magnética, que, portanto, tem uma certa magnitude e uma certa direção no espaço.

Uma expressão quantitativa para indução magnética como resultado da generalização dos dados experimentais foi estabelecida por Biot e Savart (Fig. 83). Ao medir os campos magnéticos de correntes elétricas de vários tamanhos e formas pelo desvio da agulha magnética, ambos os cientistas chegaram à conclusão de que cada elemento de corrente cria um campo magnético a alguma distância de si mesmo, cuja indução magnética AB é diretamente proporcional ao comprimento A1 deste elemento, a magnitude da corrente que flui I, o seno o ângulo a entre a direção da corrente e o vetor de raio que conecta o ponto de interesse do campo para nós com um dado elemento de corrente, e é inversamente proporcional a o quadrado do comprimento deste vetor de raio r:

henry (h) - unidade de indutância; 1 h = 1 ohm seg.

- permeabilidade magnética relativa - um coeficiente adimensional que mostra quantas vezes a permeabilidade magnética de um determinado material é maior que a permeabilidade magnética do vazio. A dimensão da indução magnética pode ser encontrada pela fórmula

volt-segundo é também chamado de weber (vb):

Na prática, existe uma unidade menor de indução magnética, gauss (gs):

A lei de Biot e Savart permite calcular a indução magnética de um condutor reto infinitamente longo:

onde é a distância do condutor ao ponto onde

Indução magnética. A razão da indução magnética para o produto das permeabilidades magnéticas é chamada de força do campo magnético e é denotada pela letra H:

A última equação relaciona duas grandezas magnéticas: indução e intensidade do campo magnético. Vamos encontrar a dimensão H:

Às vezes eles usam outra unidade de tensão - um oersted (er):

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

A intensidade do campo magnético H, como a indução magnética B, é uma grandeza vetorial.

Uma linha tangente a cada ponto que coincide com a direção do vetor de indução magnética é chamada de linha de indução magnética ou linha de indução magnética.

O produto da indução magnética pelo tamanho da área perpendicular à direção do campo (vetor de indução magnética) é chamado de fluxo do vetor de indução magnética ou simplesmente fluxo magnético e é denotado pela letra F:

Dimensão do fluxo magnético:

ou seja, o fluxo magnético é medido em volt-segundos ou webers. Uma unidade menor de fluxo magnético é o maxwell (µs):

1 wb = 108 µs. 1 µs = 1 gs cm2.

Você pode mostrar como usar a lei de Ampère determinando o campo magnético próximo ao fio. Fazemos a pergunta: qual é o campo fora de um longo fio reto de seção transversal cilíndrica? Faremos uma suposição, talvez não tão óbvia, mas correta: as linhas do campo B circundam o fio em um círculo. Se fizermos essa suposição, então a lei de Ampère [equação (13.16)] nos diz qual é a magnitude do campo. Devido à simetria do problema, o campo B tem o mesmo valor em todos os pontos do círculo concêntricos com o fio (Fig. 13.7). Então pode-se facilmente obter a integral de linha de B·ds. É simplesmente B vezes a circunferência. Se o raio do círculo é r, então

A corrente total através do loop é simplesmente a corrente / no fio, então

A intensidade do campo magnético diminui inversamente proporcionalmente r, distância do eixo do fio. Se desejado, a equação (13.17) pode ser escrita na forma vetorial. Lembrando que B é perpendicular a I e r, temos

Selecionamos o fator 1/4πε 0 com 2 porque ele aparece com frequência. Vale lembrar que é exatamente 10 - 7 (em unidades do SI), pois uma equação como (13.17) é usada para definições unidades de corrente, amperes. A uma distância de 1 m uma corrente de 1 a cria um campo magnético igual a 2 10 - 7 Weber/m 2 .

Como a corrente cria um campo magnético, ela atuará com alguma força no fio adjacente, através do qual a corrente também passa. Polegada. 1 descrevemos um experimento simples mostrando as forças entre dois fios que conduzem uma corrente. Se os fios são paralelos, cada um deles é perpendicular ao campo B do outro fio; então os fios se repelirão ou serão atraídos um pelo outro. Quando as correntes fluem em uma direção, os fios se atraem; quando as correntes fluem na direção oposta, eles se repelem.

Tomemos outro exemplo, que também pode ser analisado pela lei de Ampère, se acrescentarmos algumas informações sobre a natureza do campo. Seja um fio longo enrolado em uma espiral apertada, cuja seção é mostrada na Fig. 13.8. Essa espiral é chamada solenóide. Observamos experimentalmente que quando o comprimento de um solenóide é muito grande comparado ao seu diâmetro, o campo externo é muito pequeno comparado ao campo interno. Usando apenas este fato e a lei de Ampère, pode-se encontrar a magnitude do campo interno.

Desde o campo restos dentro (e tem divergência zero), suas linhas devem correr paralelas ao eixo, como mostrado na Fig. 13.8. Se for esse o caso, podemos usar a lei de Ampère para a "curva" retangular Γ na figura. Esta curva percorre a distância eu dentro do solenóide, onde o campo é, digamos, B o, então vai perpendicularmente ao campo e retorna pela região externa, onde o campo pode ser desprezado. A integral de linha de B ao longo desta curva é exatamente A 0L, e isso deve ser igual a 1/ε 0 s 2 multiplicado pela corrente total dentro de G, ou seja, por NI(onde N é o número de voltas do solenóide ao longo do comprimento eu). Nós temos

Ou, entrando n- número de voltas por unidade de comprimento solenóide (assim n= N/L), Nós temos

O que acontece com as linhas B quando atingem o final do solenóide? Aparentemente, eles de alguma forma divergem e retornam ao solenóide da outra extremidade (Fig. 13.9). Exatamente o mesmo campo é observado fora da varinha magnética. bem e o que é magnético? Nossas equações dizem que o campo B surge da presença de correntes. E sabemos que barras de ferro comuns (não baterias ou geradores) também criam campos magnéticos. Você pode esperar que no lado direito de (13.12) ou (16.13) haja outros termos representando a "densidade do ferro magnetizado" ou alguma quantidade similar. Mas não existe tal membro. Nossa teoria diz que os efeitos magnéticos do ferro surgem de algumas correntes internas já consideradas pelo termo j.

A matéria é muito complexa quando vista de um ponto de vista profundo; já vimos isso quando tentamos entender os dielétricos. Para não interromper nossa apresentação, adiamos uma discussão detalhada do mecanismo interno de materiais magnéticos como o ferro. Por enquanto, será necessário aceitar que qualquer magnetismo surge devido a correntes e que existem correntes internas constantes em um ímã permanente. No caso do ferro, essas correntes são criadas por elétrons girando em torno de seus próprios eixos. Cada elétron tem um spin que corresponde a uma pequena corrente circulante. Um elétron, é claro, não fornece um grande campo magnético, mas um pedaço comum de matéria contém bilhões e bilhões de elétrons. Geralmente eles giram de qualquer maneira, para que o efeito total desapareça. É surpreendente que em algumas substâncias como o ferro, a maioria dos elétrons gire em torno de eixos direcionados em uma direção - no ferro, dois elétrons de cada átomo participam desse movimento conjunto. Um ímã tem um grande número de elétrons girando na mesma direção e, como veremos, seu efeito combinado é equivalente à corrente que circula na superfície do ímã. (Isso é muito semelhante ao que encontramos em dielétricos - um dielétrico uniformemente polarizado é equivalente à distribuição de cargas em sua superfície.) Portanto, não é coincidência que uma varinha magnética seja equivalente a um solenóide.

Campo magnético da corrente elétrica

Um campo magnético é criado não apenas por campos naturais ou artificiais, mas também por um condutor se uma corrente elétrica passar por ele. Portanto, há uma conexão entre fenômenos magnéticos e elétricos.

Não é difícil garantir que um campo magnético seja formado ao redor do condutor através do qual a corrente passa. Acima da agulha magnética móvel, coloque um condutor reto paralelo a ela e passe uma corrente elétrica através dele. A seta tomará uma posição perpendicular ao condutor.

Que forças poderiam fazer a agulha magnética girar? Obviamente, a força do campo magnético que surgiu ao redor do condutor. Desligue a corrente e a agulha magnética retornará à sua posição normal. Isso sugere que, com a corrente desligada, o campo magnético do condutor também desapareceu.

Assim, a corrente elétrica que passa pelo condutor cria um campo magnético. Para descobrir em qual direção a agulha magnética se desviará, aplique a regra da mão direita. Se a mão direita for colocada sobre o condutor com a palma para baixo de modo que a direção da corrente coincida com a direção dos dedos, o polegar dobrado mostrará a direção do desvio do pólo norte da agulha magnética colocada sob o condutor . Usando esta regra e conhecendo a polaridade da seta, você também pode determinar a direção da corrente no condutor.

Campo magnético de um condutor reto tem a forma de círculos concêntricos. Se você colocar a mão direita sobre o condutor com a palma para baixo de modo que a corrente pareça sair de seus dedos, o polegar dobrado apontará para o pólo norte da agulha magnética.Tal campo é chamado de campo magnético circular.

A direção das linhas de força de um campo circular depende do condutor e é determinada pela chamada Regra "Gimlet". Se a verruma estiver mentalmente parafusada na direção da corrente, a direção de rotação de sua alça coincidirá com a direção das linhas de força do campo magnético. Aplicando esta regra, você pode descobrir a direção da corrente no condutor, se souber a direção das linhas de campo do campo criado por essa corrente.

Voltando ao experimento com a agulha magnética, podemos ter certeza de que ela está sempre localizada com sua extremidade norte na direção das linhas do campo magnético.

Então, Um condutor reto carregando uma corrente elétrica cria um campo magnético ao seu redor. Tem a forma de círculos concêntricos e é chamado de campo magnético circular.

Picles e. Campo magnético do solenóide

Um campo magnético surge em torno de qualquer condutor, independentemente de sua forma, desde que uma corrente elétrica passe pelo condutor.

Na engenharia elétrica, estamos lidando com um número de voltas. Para estudar o campo magnético da bobina de nosso interesse, primeiro consideramos que forma tem o campo magnético de uma espira.

Imagine uma bobina de fio grosso penetrando em uma folha de papelão e conectada a uma fonte de corrente. Quando uma corrente elétrica passa por uma bobina, um campo magnético circular é formado em torno de cada parte individual da bobina. De acordo com a regra do “gimlet”, é fácil determinar que as linhas de força magnéticas dentro da bobina têm a mesma direção (para ou para longe de nós, dependendo da direção da corrente na bobina), e elas saem de um lado da bobina e entre no outro lado. Uma série de tais bobinas, tendo a forma de uma espiral, é o chamado bobina).

Ao redor do solenóide, quando uma corrente passa por ele, um campo magnético é formado. É obtido pela soma dos campos magnéticos de cada bobina e se assemelha ao campo magnético de um ímã retilíneo em forma. As linhas de força do campo magnético do solenóide, assim como em um ímã retilíneo, saem de uma extremidade do solenóide e retornam à outra. Dentro do solenóide, eles têm a mesma direção. Assim, as extremidades do solenóide têm polaridade. A extremidade de onde saem as linhas de força é Polo Norte solenóide, e a extremidade na qual as linhas de força entram é seu pólo sul.

Pólos solenoides pode ser determinado por regra da mão direita, mas para isso você precisa saber a direção da corrente em suas voltas. Se você colocar a mão direita no solenóide com a palma para baixo, de modo que a corrente pareça sair dos dedos, o polegar dobrado apontará para o pólo norte do solenóide. Desta regra segue-se que a polaridade do solenóide depende da direção da corrente nele. É fácil verificar isso na prática levando uma agulha magnética a um dos pólos do solenóide e, em seguida, alterando a direção da corrente no solenóide. A seta girará instantaneamente 180°, ou seja, indicará que os pólos do solenóide foram alterados.

O solenóide tem a propriedade de atrair objetos leves de ferro para dentro de si. Se uma barra de aço for colocada dentro do solenóide, depois de um tempo, sob a influência do campo magnético do solenóide, a barra ficará magnetizada. Este método é usado na fabricação.

Eletroímãs

É uma bobina (solenóide) com um núcleo de ferro colocado dentro dela. As formas e tamanhos dos eletroímãs são variados, mas a disposição geral de todos eles é a mesma.

Uma bobina de eletroímã é uma estrutura, na maioria das vezes feita de papelão ou fibra, e tem várias formas, dependendo da finalidade do eletroímã. Um fio isolado de cobre é enrolado no quadro em várias camadas - o enrolamento de um eletroímã. Tem um número diferente de voltas e é feito de fios de diâmetros diferentes, dependendo da finalidade do eletroímã.

Para proteger o isolamento do enrolamento de danos mecânicos, o enrolamento é coberto com uma ou mais camadas de papel ou algum outro material isolante. O início e o fim do enrolamento são retirados e conectados aos terminais de saída montados na carcaça ou a condutores flexíveis com terminais nas extremidades.

A bobina do eletroímã é montada em um núcleo feito de ferro macio e recozido ou ligas de ferro com silício, níquel, etc. Esse ferro tem o menor resíduo. Os núcleos são geralmente compostos de folhas finas isoladas umas das outras. A forma dos núcleos pode ser diferente, dependendo da finalidade do eletroímã.

Se uma corrente elétrica é passada através do enrolamento de um eletroímã, então um campo magnético é formado ao redor do enrolamento, que magnetiza o núcleo. Como o núcleo é feito de ferro macio, ele será magnetizado instantaneamente. Se a corrente for desligada, as propriedades magnéticas do núcleo também desaparecerão rapidamente e ele deixará de ser um ímã. Os pólos de um eletroímã, como um solenóide, são determinados pela regra da mão direita. Se o enrolamento do eletroímã for alterado, a polaridade do eletroímã mudará de acordo.

A ação de um eletroímã é semelhante à de um ímã permanente. No entanto, há uma grande diferença entre eles. Um ímã permanente sempre tem propriedades magnéticas e um eletroímã somente quando uma corrente elétrica passa por seu enrolamento.

Além disso, a força atrativa de um ímã permanente permanece inalterada, uma vez que o fluxo magnético de um ímã permanente permanece inalterado. A força de atração de um eletroímã não é um valor constante. O mesmo eletroímã pode ter diferentes forças atrativas. A força de atração de qualquer ímã depende da magnitude de seu fluxo magnético.

A força de atração e, portanto, seu fluxo magnético, depende da magnitude da corrente que passa pelo enrolamento desse eletroímã. Quanto maior a corrente, maior a força de atração do eletroímã e, inversamente, quanto menor a corrente no enrolamento do eletroímã, menos força atrai corpos magnéticos para si.

Mas para eletroímãs de vários modelos e tamanhos, a força de sua atração depende não apenas da magnitude da corrente no enrolamento. Se, por exemplo, pegarmos dois eletroímãs do mesmo dispositivo e dimensões, mas um com um pequeno número de voltas de enrolamento e outro com um número muito maior, é fácil ver que com a mesma corrente a força atrativa de este último será muito maior. De fato, quanto maior o número de espiras do enrolamento, maior a uma dada corrente um campo magnético é criado em torno desse enrolamento, pois é composto pelos campos magnéticos de cada espira. Isso significa que o fluxo magnético do eletroímã e, portanto, a força de sua atração, será tanto maior quanto maior for o número de voltas do enrolamento.

Há outra razão que afeta a magnitude do fluxo magnético de um eletroímã. Esta é a qualidade de seu circuito magnético. Um circuito magnético é um caminho ao longo do qual um fluxo magnético se fecha. O circuito magnético tem uma certa resistência magnética. A resistência magnética depende da permeabilidade magnética do meio através do qual o fluxo magnético passa. Quanto maior a permeabilidade magnética deste meio, menor a sua resistência magnética.

Desde m a permeabilidade magnética dos corpos ferromagnéticos (ferro, aço) é muitas vezes maior que a permeabilidade magnética do ar, portanto, é mais lucrativo fazer eletroímãs para que seu circuito magnético não contenha seções de ar. O produto da corrente pelo número de voltas no enrolamento de um eletroímã é chamado força magnetomotriz. A força magnetomotriz é medida pelo número de voltas em amperes.

Por exemplo, o enrolamento de um eletroímã com 1200 espiras conduz uma corrente de 50 mA. Força motriz magnética tal eletroímãé igual a 0,05 x 1200 = 60 amperes voltas.

A ação da força magnetomotriz é semelhante à ação da força eletromotriz em um circuito elétrico. Assim como o EMF causa uma corrente elétrica, a força magnetomotriz cria um fluxo magnético em um eletroímã. Assim como em um circuito elétrico, com o aumento da CEM, a corrente no preço aumenta, também em um circuito magnético, com o aumento da força magnetomotriz, o fluxo magnético aumenta.

Açao resistência magnética semelhante à ação da resistência elétrica do circuito. À medida que a corrente diminui com o aumento da resistência de um circuito elétrico, em um circuito magnético um aumento na resistência magnética causa uma diminuição no fluxo magnético.

A dependência do fluxo magnético de um eletroímã na força magnetomotriz e sua resistência magnética pode ser expressa por uma fórmula semelhante à fórmula da lei de Ohm: força magnetomotriz \u003d (fluxo magnético / resistência magnética)

O fluxo magnético é igual à força magnetomotriz dividida pela resistência magnética.

O número de voltas do enrolamento e a resistência magnética para cada eletroímã é um valor constante. Portanto, o fluxo magnético de um determinado eletroímã muda apenas com uma mudança na corrente que passa pelo enrolamento. Como a força de atração de um eletroímã é determinada pelo seu fluxo magnético, para aumentar (ou diminuir) a força de atração de um eletroímã, é necessário aumentar (ou diminuir) a corrente em seu enrolamento de acordo.

eletroímã polarizado

Um eletroímã polarizado é uma combinação de um ímã permanente e um eletroímã. Está organizado de tal forma. As chamadas extensões de pólo de ferro macio são presas aos pólos do ímã permanente. Cada extensão de pólo serve como o núcleo de um eletroímã; uma bobina com um enrolamento é montada nela. Ambos os enrolamentos são conectados em série.

Como as extensões dos pólos estão diretamente ligadas aos pólos de um ímã permanente, elas possuem propriedades magnéticas mesmo na ausência de corrente nos enrolamentos; ao mesmo tempo, sua força de atração permanece inalterada e é determinada pelo fluxo magnético de um ímã permanente.

A ação de um eletroímã polarizado reside no fato de que quando a corrente passa por seus enrolamentos, a força de atração de seus pólos aumenta ou diminui dependendo da magnitude e direção da corrente nos enrolamentos. Nesta propriedade de um eletroímã polarizado, a ação de outros dispositivos elétricos.

A ação de um campo magnético em um condutor de corrente

Se um condutor for colocado em um campo magnético de modo que esteja localizado perpendicularmente às linhas de campo e uma corrente elétrica passar por esse condutor, o condutor se moverá e será empurrado para fora do campo magnético.

Como resultado da interação do campo magnético com a corrente elétrica, o condutor entra em movimento, ou seja, a energia elétrica é convertida em energia mecânica.

A força com que o condutor é empurrado para fora do campo magnético depende da magnitude do fluxo magnético do ímã, da intensidade da corrente no condutor e do comprimento da parte do condutor que as linhas de campo cruzam. A direção dessa força, ou seja, a direção do movimento do condutor, depende da direção da corrente no condutor e é determinada por regra da mão esquerda.

Se você segurar a palma da mão esquerda de modo que inclua as linhas do campo magnético do campo, e os quatro dedos estendidos estiverem voltados para a direção da corrente no condutor, o polegar dobrado indicará a direção do movimento do condutor. Ao aplicar esta regra, devemos lembrar que as linhas de campo saem do pólo norte do ímã.