>>Физика: Текущо магнитно поле
Наоколо има магнити магнитно поле. За да го откриете, достатъчно е да поставите в това поле магнитна игла, която може свободно да се върти под действието на това поле (за това тя се окачва на конец или се монтира на точка). Когато поднесем магнит към стрелката, тя се завърта в една или друга посока. Възможно ли е да завъртите стрелката с помощта на електрически ток?
Да се обърнем към опита. Нека поставим проводник, свързан с източник на ток над магнитната стрелка, успоредно на нейната ос (фиг. 55). Да затворим веригата. Ще видим как стрелката се отклонява, заемайки нова позиция. Когато веригата се отвори, тя се връща в предишното си положение.
За първи път въздействието на проводник с ток върху магнитна стрелка е открито през 1820 г. от датския учен G. X. Oersted. Самият той не е намерил правилно обяснение за това явление. Това беше направено по-късно.
Знаем, че токът е насочено движение на заредени частици. Ако тези частици са в покой, тогава те създават около себе си само електрическо поле. Около движещи се заряди, например електрически ток, в допълнение към електрическото поле има и магнитно поле. Това поле кара магнитната стрелка, разположена до проводника с ток, да се върти.
Около всеки проводник с ток съществува магнитно поле.. Следователно електрическият ток може да се разглежда като източник магнитно поле. Колкото по-голям е токът в проводника, толкова по-силно е създаденото от него магнитно поле..
Но ако източникът на магнитното поле е електрически ток, тогава защо то съществува около постоянни магнити?
През 1820 г. френският учен А. М. Ампер предполага, че магнитните свойства на постоянните магнити се дължат на множеството кръгови токове, циркулиращи вътре в молекулите на тези тела. Тези течения бяха наречени молекулярно. По времето на Ампер природата на тези токове е била неизвестна. Сега знаем, че заредените частици - електроните - наистина се движат вътре в атомите и молекулите, поради което възниква намагнитването на тялото.
За графично представяне на магнитното поле използвайте линии на магнитното поле. Това е името на линиите, по които са разположени осите на малки магнитни стрелки, поставени в дадено поле. Посоката, посочена от северния полюс на тези стрелки, се приема като посока на линиите на магнитното поле.
Като поставите магнитни стрелки около прав проводник с ток, можете да видите картината, показана на фигура 56, а. Вместо магнитни стрелки в този експеримент можете да използвате железни стружки, разпръснати по повърхността на картона. В магнитното поле на проводник с ток те се магнетизират и като магнитни игли се монтират по линиите на магнитното поле. Наблюдаваното разположение на стрелките показва това силовите линии на магнитното поле на праволинеен ток са окръжности, покриващи този ток(Фиг. 56, b).
При промяна на посоката на тока в проводника се променя и ориентацията на магнитните стрелки. Означава, че посокаСиловите линии на магнитното поле са свързани с посоката на тока в проводника.
Посоката на силовите линии на магнитното поле на праволинейния ток се определя с помощта на правило на първата дясна ръка:
ако хванете проводника с дланта на дясната си ръка, насочвайки палеца настрани по протежение на тока, тогава останалите пръсти на тази ръка ще покажат посоката на линиите на магнитното поле на този ток(фиг. 57).
???
1. Опишете експеримент, при който се наблюдава действието на електрически ток върху магнитна стрелка. Кой и кога пръв го приложи?
2. Какъв е източникът на магнитното поле?
3. Как се разполагат магнитните игли в магнитно поле с постоянен ток?
4. Какво се нарича магнитни силови линии?
5. Каква форма имат силовите линии на магнитното поле на праволинеен ток?
6. Формулирайте първото правило на дясната ръка.
Ако имате корекции или предложения за този урок,
Магнитното поле на проводник с ток.Когато токът преминава през прав проводник, около него възниква магнитно поле (фиг. 38). Магнитните силови линии на това поле са разположени по концентрични кръгове, в центъра на които има проводник с ток.
Посоката на магнитното поле около проводник с ток винаги е в строго съответствие с посоката на тока, преминаващ през проводника. Може да се определи посоката на линиите на магнитното поле според правилото на гимлета.Формулира се по следния начин. Ако движение напредгимлет / (фиг. 39, а)съответстват на текущата посока 2 в Explorer 3, тогава въртенето на дръжката му ще покаже посоката на силовите линии 4 магнитно поле около проводника. Например, ако токът преминава през проводника в посока от нас отвъд равнината на листа на книгата (фиг. 39, b), тогава магнитното поле, което възниква около този проводник, е насочено по посока на часовниковата стрелка. Ако токът през проводника преминава в посока от равнината на книжния лист към нас, тогава магнитното поле около проводника е насочено обратно на часовниковата стрелка. как по-актуаленпреминавайки през проводника, толкова по-силно е магнитното поле около него. Когато посоката на тока се промени, магнитното поле също променя посоката си.
Когато се отдалечите от проводника, магнитните силови линии са по-редки. Следователно индукцията на магнитното поле и неговият интензитет намаляват. Силата на магнитното поле в пространството около проводника, където Ж- разстояние от разглежданата точка до оста на проводника.
Максимално напрежение I, | брадва се извършва върху външната повърхност на проводника / (фиг. 40). Вътре в проводника също
възниква магнитно поле, но силата му намалява линейно в посока от външната повърхност към оста (крива 2). Магнитната индукция на полето около и вътре в проводника се променя по същия начин като интензитета.
Начини за усилване на магнитни полета.За да се получат силни магнитни полета при ниски токове, броят на тоководещите проводници обикновено се увеличава и се изпълнява под формата на серия от завои; такова устройство се нарича навиване,или бобина.
С проводник, огънат под формата на намотка (фиг. 41, а), мащабните полета, образувани от всички секции на този проводник, ще имат една и съща посока вътре в намотката. Следователно интензитетът на магнитното поле вътре в бобината ще бъде по-голям, отколкото около праволинейния проводник. Когато навивките се комбинират в намотка, магнитните полета, създадени от отделните навивки, се сумират (фиг. 41.6) и техните силови линии се свързват в общ магнитен поток. В този случай концентрацията на силови линии вътре в намотката се увеличава, т.е. магнитното поле вътре в нея се увеличава. Колкото повече ток преминава през намотката и колкото повече навивки има, толкова по-силно е магнитното поле, създадено от намотката.
Магнитното поле извън намотката също се състои от магнитните полета на отделните завъртания, но магнитните силови линии не са толкова плътни, в резултат на което интензитетът на магнитното поле там не е толкова голям, колкото вътре в намотката. Магнитното поле на намотка, в която циркулира ток, има същата форма като полето на праволинейна постоянен магнит(виж фиг. 35, А):магнитните силови линии излизат от единия край на бобината и влизат в другия край. Следователно намотката, обтекаема с ток, е изкуствен електрически магнит. Обикновено вътре в бобината се вкарва стоманена сърцевина, за да се засили магнитното поле; такова устройство се нарича електромагнит.
Електромагнитите са намерили изключително широко приложение в техниката. Те създават магнитното поле, необходимо за работата на електрическите машини, както и електродинамичните сили, необходими за работата на различни електрически измервателни уредии електрически апарати.
Електромагнитите могат да имат отворена или затворена магнитна верига (фиг. 42). Полярността на края на електромагнитна намотка може да се определи, като полярността на постоянен магнит, с помощта на магнитна стрелка. Към северния полюс завива в южния край. За да определите посоката на магнитното поле, създадено от намотка или намотка, можете също да използвате правилото на гимлета. Ако комбинирате посоката на въртене на дръжката с посоката на тока в намотката или намотката, тогава транслационното движение на гимлета ще покаже посоката на магнитното поле.
Полярността на електромагнита може да се определи и с помощта на дясната ръка. За да направите това, поставете ръката си върху бобината с дланта си (фиг. 43) и комбинирайте четири пръста с посоката на тока в нея, докато огънатият палец ще покаже посоката на магнитното поле
Магнитно поле на електрически ток
Магнитно поле се създава не само от естествени или изкуствени, но и от проводник, ако през него преминава електрически ток. Следователно има връзка между магнитните и електрическите явления.
Не е трудно да се уверите, че около проводника, през който преминава токът, се образува магнитно поле. Над подвижната магнитна стрелка поставете успореден на нея прав проводник и през него прокарайте електрически ток. Стрелката ще заеме позиция, перпендикулярна на проводника.
Какви сили могат да накарат магнитната стрелка да се завърти? Очевидно силата на магнитното поле, възникнало около проводника. Изключете тока и магнитната стрелка ще се върне в нормалното си положение. Това предполага, че с изключване на тока, магнитното поле на проводника също изчезна.
По този начин електрическият ток, преминаващ през проводника, създава магнитно поле. За да разберете в каква посока ще се отклони магнитната стрелка, приложете правилото на дясната ръка. Ако дясната ръка се постави върху проводника с дланта надолу, така че посоката на тока да съвпада с посоката на пръстите, тогава огънатият палец ще покаже посоката на отклонение на северния полюс на магнитната стрелка, поставена под проводника .Използвайки това правило и знаейки полярността на стрелката, можете също да определите посоката на тока в проводника.
Магнитно поле на прав проводник има формата на концентрични кръгове.Ако поставите дясната си ръка върху проводника с дланта надолу, така че токът сякаш излиза от пръстите ви, тогава огънатият палец ще сочи към северния полюс на магнитната стрелка.Такова поле се нарича кръгово магнитно поле.
Посоката на силовите линии на кръгово поле зависи от в проводника и се определя от т.нар. Правило "Gimlet".. Ако гилетът се завинти мислено по посока на тока, тогава посоката на въртене на дръжката му ще съвпадне с посоката на силовите линии на магнитното поле.Прилагайки това правило, можете да разберете посоката на тока в проводника, ако знаете посоката на силовите линии на полето, създадено от този ток.
Връщайки се към експеримента с магнитната стрелка, можем да се уверим, че тя винаги е разположена със северния си край по посока на силовите линии на магнитното поле.
Така, Прав проводник, по който протича електрически ток, създава около себе си магнитно поле. То има формата на концентрични кръгове и се нарича кръгово магнитно поле.
кисели краставички д. Магнитно поле на соленоид
Магнитно поле възниква около всеки проводник, независимо от неговата форма, при условие че през него преминава електрически ток.
В електротехниката имаме работа с, състоящ се от няколко завоя. За да изследваме магнитното поле на намотката, която ни интересува, първо разглеждаме каква форма има магнитното поле на един завой.
Представете си намотка от дебела тел, която прониква през лист картон и е свързана към източник на ток. Когато електрически ток преминава през намотка, около всяка отделна част от намотката се образува кръгово магнитно поле. Съгласно правилото на „Gimlet“ е лесно да се определи, че магнитните силови линии вътре в бобината имат една и съща посока (към или далеч от нас, в зависимост от посоката на тока в бобината) и те излизат от една страна на намотката и влезте от другата страна. Поредица от такива намотки, имащи формата на спирала, е т.нар соленоид (бобина).
Около соленоида, когато през него преминава ток, се образува магнитно поле. Получава се чрез събиране на магнитните полета на всяка бобина и наподобява по форма магнитното поле на праволинеен магнит. Силовите линии на магнитното поле на соленоида, както и в праволинейния магнит, излизат от единия край на соленоида и се връщат в другия. Вътре в соленоида те имат една и съща посока. По този начин краищата на соленоида имат полярност. Краят, от който излизат силовите линии, е Северен полюссоленоид, а краят, в който влизат силовите линии, е южният му полюс.
Електромагнитни полюсиможе да се определи от правило на дясната ръка, но за това трябва да знаете посоката на тока в неговите завои. Ако поставите дясната си ръка върху соленоида с дланта надолу, така че токът да изглежда като че ли излиза от пръстите ви, тогава свитият палец ще сочи към северния полюс на соленоида. От това правило следва, че полярността на соленоида зависи от посоката на тока в него. Лесно е да се провери това на практика, като се постави магнитна стрелка към един от полюсите на соленоида и след това се промени посоката на тока в соленоида. Стрелката моментално ще се завърти на 180°, т.е. ще покаже, че полюсите на соленоида са се променили.
Соленоидът има свойството да привлича леки железни предмети в себе си. Ако вътре в соленоида се постави стоманена пръчка, след известно време, под въздействието на магнитното поле на соленоида, прътът ще се намагнетизира. Този метод се използва в производството.
електромагнити
Това е намотка (соленоид) с желязна сърцевина, поставена вътре в нея. Формите и размерите на електромагнитите обаче са разнообразни общо устройствовсички са еднакви.
Електромагнитната намотка е рамка, най-често изработена от пресован картон или влакна и имаща различни формив зависимост от предназначението на електромагнита. Медна изолирана жица е навита върху рамката на няколко слоя - намотката на електромагнит. Той има различен брой навивки и е направен от тел с различни диаметри, в зависимост от предназначението на електромагнита.
За защита на изолацията на намотката от механични поврединамотката е покрита с един или повече слоя хартия или някакъв друг изолационен материал. Началото и краят на намотката се извеждат и свързват към изходните клеми, монтирани на рамката, или към гъвкави проводници с накрайници в краищата.
Електромагнитната бобина е монтирана върху сърцевина, направена от меко, загрято желязо или железни сплави със силиций, никел и др. Такова желязо има най-малко остатъци. Сърцевините най-често са съставени от тънки листове, изолиран приятелот приятел. Формата на сърцевините може да бъде различна в зависимост от предназначението на електромагнита.
Ако електрически ток премине през намотката на електромагнит, тогава около намотката се образува магнитно поле, което магнетизира ядрото. Тъй като сърцевината е направена от меко желязо, тя ще се магнетизира моментално. Ако след това токът бъде изключен, магнитните свойства на ядрото също бързо ще изчезнат и то ще престане да бъде магнит. Полюсите на електромагнит, подобно на соленоид, се определят от правилото на дясната ръка. Ако намотката на електромагнита се промени, полярността на електромагнита ще се промени съответно.
Действието на електромагнита е подобно на това на постоянния магнит. Между тях обаче има голяма разлика. Постоянният магнит винаги има магнитни свойства, а електромагнитът само когато през намотката му преминава електрически ток.
В допълнение, силата на привличане на постоянния магнит е непроменена, тъй като магнитният поток на постоянния магнит е непроменен. Силата на привличане на електромагнита не е постоянна стойност. Един и същ електромагнит може да има различни притегателни сили. Силата на привличане на всеки магнит зависи от големината на неговия магнитен поток.
Силата на привличане, а оттам и неговият магнитен поток, зависи от големината на тока, преминаващ през намотката на този електромагнит. Колкото по-голям е токът, толкова по-голяма е силата на привличане на електромагнита и, обратно, колкото по-малък е токът в намотката на електромагнита, толкова по-малко сила привлича магнитните тела към себе си.
Но за електромагнити с различен дизайн и размер силата на тяхното привличане зависи не само от големината на тока в намотката. Ако, например, вземем два електромагнита с едно и също устройство и размери, но единият с малък брой намотки, а другият с много по-голям брой, тогава е лесно да се види, че при същия ток силата на привличане на последното ще бъде много по-голямо. Наистина, колкото по-голям е броят на намотките на намотката, толкова по-голямо е магнитното поле при даден ток около тази намотка, тъй като тя е съставена от магнитните полета на всяка намотка. Това означава, че магнитният поток на електромагнита, а оттам и силата на неговото привличане, ще бъде толкова по-голям, колкото по-голям е броят на завъртанията на намотката.
Има и друга причина, която влияе върху големината на магнитния поток на електромагнита. Това е качеството на неговата магнитна верига. Магнитната верига е път, по който се затваря магнитен поток. Магнитната верига има определена магнитно съпротивление. Магнитното съпротивление зависи от магнитната проницаемост на средата, през която преминава магнитният поток. Колкото по-голяма е магнитната проницаемост на тази среда, толкова по-ниско е нейното магнитно съпротивление.
Тъй като ммагнитната проницаемост на феромагнитните тела (желязо, стомана) е многократно по-голяма от магнитната проницаемост на въздуха, следователно е по-изгодно да се правят електромагнити, така че тяхната магнитна верига да не съдържа въздушни секции. Продуктът на тока и броя на навивките в намотката на електромагнита се нарича магнитодвижеща сила. Магнитодвижещата сила се измерва с броя на ампер навивките.
Например намотката на електромагнит с 1200 навивки носи ток от 50 mA. Магнитна движеща сила такъв електромагните равно на 0,05 x 1200 = 60 ампер оборота.
Действието на магнитодвижещата сила е подобно на действието електродвижеща сила V електрическа верига. Точно както ЕМП предизвиква електрически ток, магнитодвижещата сила създава магнитен поток в електромагнита. Точно както в електрическа верига, с увеличаване на ЕМП, токът в цената се увеличава, така и в магнитна верига, с увеличаване на магнитодвижещата сила, магнитният поток се увеличава.
Действие магнитно съпротивлениеподобно на действието на електрическото съпротивление на веригата. Тъй като токът намалява с увеличаване на съпротивлението на електрическа верига, така и в магнитна верига увеличаването на магнитното съпротивление води до намаляване на магнитния поток.
Зависимостта на магнитния поток на електромагнит от магнитодвижещата сила и неговото магнитно съпротивление може да се изрази с формула, подобна на формулата на закона на Ом: магнитодвижеща сила \u003d (магнитен поток / магнитно съпротивление)
Магнитният поток е равен на магнитодвижещата сила, разделена на магнитното съпротивление.
Броят на навивките на намотката и магнитното съпротивление за всеки електромагнит е постоянна стойност. Следователно магнитният поток на даден електромагнит се променя само с промяна на тока, преминаващ през намотката. Тъй като силата на привличане на електромагнита се определя от неговия магнитен поток, за да се увеличи (или намали) силата на привличане на електромагнита, е необходимо съответно да се увеличи (или намали) токът в неговата намотка.
поляризиран електромагнит
Поляризираният електромагнит е комбинация от постоянен магнит и електромагнит. Подреден е по такъв начин. Така наречените полюсни удължители от меко желязо са прикрепени към полюсите на постоянния магнит. Всеки полюсен удължител служи като сърцевина на електромагнит, върху него е монтирана намотка с намотка. И двете намотки са свързани последователно.
Тъй като удълженията на полюсите са директно прикрепени към полюсите на постоянен магнит, те имат магнитни свойства дори при липса на ток в намотките; в същото време тяхната сила на привличане е непроменена и се определя от магнитния поток на постоянен магнит.
Действието на поляризиран електромагнит е, че когато токът преминава през неговите намотки, силата на привличане на неговите полюси се увеличава или намалява в зависимост от големината и посоката на тока в намотките. Върху това свойство на поляризиран електромагнит действието на др електрически устройства.
Действието на магнитно поле върху проводник с ток
Ако проводник се постави в магнитно поле, така че да е разположен перпендикулярно на линиите на полето, и през този проводник премине електрически ток, тогава проводникът ще се движи и ще бъде изтласкан извън магнитното поле.
В резултат на взаимодействието на магнитното поле с токов ударпроводникът се привежда в движение, т.е. електрическата енергия се преобразува в механична.
Силата, с която проводникът се изтласква от магнитното поле, зависи от големината на магнитния поток на магнита, силата на тока в проводника и дължината на тази част от проводника, която пресичат силовите линии.Посоката на тази сила, т.е. посоката на движение на проводника, зависи от посоката на тока в проводника и се определя от правило на лявата ръка.
Ако държите дланта на лявата си ръка така, че да включва линиите на магнитното поле, а протегнатите четири пръста са обърнати към посоката на тока в проводника, тогава свитият палец ще покаже посоката на движение на проводника. Когато прилагаме това правило, трябва да помним, че силовите линии излизат от северния полюс на магнита.
Електрически ток, протичащ през проводник, създава магнитно поле около този проводник (фиг. 7.1). Посоката на възникващото магнитно поле се определя от посоката на тока.
Начинът за определяне на посоката на електрическия ток в проводника е показан на фиг. 7.2: точка на фиг. 7.2(a) може да се разглежда като върха на стрелката, показваща посоката на тока към наблюдателя, а кръстът като опашката на стрелката, показваща посоката на тока далеч от наблюдателя.
Магнитното поле, което възниква около проводник с ток, е показано на фиг. 7.3. Посоката на това поле се определя лесно с помощта на правилото на десния винт (или правилото на гимлета): ако върхът на гилето е подравнен с посоката на тока, тогава, когато се завинти, посоката на въртене на дръжката ще съвпадне с посоката на магнитното поле.
Ориз. 7.1. Магнитно поле около проводник с ток.
Ориз. 7.2. Обозначението на посоката на тока е (а) към наблюдателя и (б) далеч от наблюдателя.
Поле, генерирано от два успоредни проводника
1. Посоките на токовете в проводниците са еднакви. На фиг. 7.4(a) показва два паралелни проводника, разположени един от друг, като магнитното поле на всеки проводник е показано отделно. В пролуката между проводниците създаваните от тях магнитни полета са противоположни по посока и взаимно се компенсират. Полученото магнитно поле е показано на фиг. 7.4(b). Ако промените посоката на двата тока на противоположната, тогава посоката на полученото магнитно поле също ще се промени на противоположната (фиг. 7.4 (b)).
Ориз. 7.4. Два проводника с еднакви посоки на тока (а) и произтичащото от тях магнитно поле (6, в).
2. Посоките на токовете в проводниците са противоположни. На фиг. 7.5(a) показва магнитните полета за всеки проводник поотделно. В този случай в пролуката между проводниците техните полета се сумират и тук полученото поле (фиг. 7.5 (b)) е максимално.
Ориз. 7.5. Два проводника с противоположни посоки на тока (a) и произтичащото от тях магнитно поле (b).
Ориз. 7.6. Магнитното поле на соленоида.
Соленоидът е цилиндрична намотка, състояща се от голям брой навивки тел (фиг. 7.6). Когато токът протича през намотките на соленоида, соленоидът се държи като прътов магнит със северен и южен полюс. Магнитното поло, което създава, не се различава от нулата на постоянен магнит. Магнитното поле вътре в соленоида може да се увеличи чрез навиване на намотката около магнитна сърцевина, изработена от стомана, желязо или друг магнитен материал. Силата (стойността) на магнитното поле на соленоида също зависи от силата на предавания електрически ток и броя на завоите.
Електромагнит
Соленоидът може да се използва като електромагнит, докато сърцевината е направена от магнитно мек материал, като ковко желязо. Соленоидът се държи като магнит само когато през намотката протича електрически ток. Електромагнитите се използват в електрически звънци и релета.
Проводник в магнитно поле
На фиг. 7.7 е показан проводник с ток, поставен в магнитно поле. Може да се види, че магнитното поле на този проводник се добавя към магнитното поле на постоянния магнит в областта над проводника и се изважда в областта под проводника. По този начин по-силното магнитно поле е над проводника, а по-слабото е отдолу (фиг. 7.8).
Ако промените посоката на тока в проводника на противоположната, тогава формата на магнитното поле ще остане същата, но неговата величина ще бъде по-голяма под проводника.
Магнитно поле, ток и движение
Ако проводник с ток се постави в магнитно поле, тогава върху него ще действа сила, която се опитва да премести проводника от област с по-силно поле в област с по-слабо, както е показано на фиг. 7.8. Посоката на тази сила зависи от посоката на тока, както и от посоката на магнитното поле.
Ориз. 7.7. Проводник с ток в магнитно поле.
Ориз. 7.8. Поле за резултат
Големината на силата, действаща върху проводник с ток, се определя както от големината на магнитното поле, така и от силата на стрелата, протичаща през този проводник.
Движението на проводник, поставен в магнитно поле, когато през него преминава ток, се нарича принцип на двигателя. На този принцип се основава работата на електродвигатели, магнитоелектрически измервателни уреди с подвижна намотка и други устройства. Ако проводник се движи в магнитно поле, в него се генерира ток. Това явление се нарича принцип на генератора. Този принцип се основава на работата на генератори на постоянни и променлив ток.
Досега разглеждахме магнитно поле, свързано само с постоянен електрически ток. В този случай посоката на магнитното поле е непроменена и се определя от посоката на постоянния док. Когато протича променлив ток, се създава променливо магнитно поле. Ако в това променливо поле се постави отделна намотка, тогава в нея ще се индуцира (индуцира) ЕМП (напрежение). Или ако две отделни бобини са поставени в непосредствена близост една до друга, както е показано на фиг. 7.9. и приложете променливо напрежение към една намотка (W1), след което между клемите на втората намотка (W2) ще се появи ново променливо напрежение (индуцирана ЕМП). Това е принципът на работа на трансформатора..
Ориз. 7.9. индуцирана емф.
Това видео говори за концепцията за магнетизъм и електромагнетизъм:
