>>物理学: 電流磁場
周りに磁石が付いている 磁場。 それを検出するには、この磁場の作用下で自由に回転できる磁針をこの磁場に配置するだけで十分です（このために、針は糸に吊るされるか、点に取り付けられます）。 磁石を矢印に近づけると、ある方向または別の方向に回転します。 電流を使って矢を回すことは可能ですか？
経験に目を向けましょう。 電流源に接続された導体を磁針の上にその軸と平行に配置しましょう (図 55)。 チェーンを閉じましょう。 矢印がどのように逸脱し、新しい位置を取るかを見てみましょう。 回路が開くと、前の位置に戻ります。
電流が流れる導体が磁針に与える影響は、1820 年にデンマークの科学者 G. X. エルステッドによって初めて発見されました。 彼自身、この現象の正しい説明を見つけられませんでした。 これは後で行われました。
電流は荷電粒子の方向性のある動きであることがわかっています。 これらの粒子が静止している場合、粒子は自身の周囲に電場のみを生成します。 電荷、たとえば電流が動く周囲には、電界に加えて磁気界も存在します。 この磁場により、電流が流れている導体の隣にある磁針が回転します。
電流が流れる導体の周囲には磁場が存在します。。 したがって、電流はソースとして考えることができます。 磁場. 導体を流れる電流が大きくなるほど、導体によって生成される磁場も強くなります。.
しかし、磁場の発生源が電流であるなら、なぜ永久磁石の周りに電流が存在するのでしょうか?
1820 年、フランスの科学者 A. M. アンペールは、永久磁石の磁気特性は、永久磁石の分子内を循環する多くの円形電流によるものであると示唆しました。 これらの流れには名前が付けられました 分子。 アンペールの時代には、これらの電流の性質は不明でした。 今では、荷電粒子、つまり電子が実際に原子や分子の内部を移動し、それによって物体の磁化が生じることがわかっています。
磁場のグラフ表示には、次を使用します。 磁力線。 これは、特定のフィールドに配置された小さな磁気矢印の軸が配置される線の名前です。 これらの矢印のＮ極が示す方向を磁力線の方向とする。
電流が流れる直線導体の周囲に磁気矢印を配置すると、図 56 の a に示す図が表示されます。 この実験では磁気矢印の代わりに、段ボールの表面に散らばった鉄粉を使用できます。 電流が流れる導体の磁場中では磁化され、磁針のように磁力線に沿って設置されます。 観察された矢印の配置は次のことを示しています。 直線的な電流の磁力線は、この電流を覆う円になります。(図56、b)。
導体に流れる電流の方向が変わると、磁針の向きも変わります。 だということだ 方向磁場の磁力線は、導体の電流の方向に関係します。
直線電流の磁場の力線の方向は次のように決定されます。 最初の右手の法則:
右手の手のひらで導体を掴み、親指を電流に沿って脇に向けると、この手の残りの指がこの電流の磁力線の方向を示します。(図57)。
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1. 磁針に対する電流の作用を観察する実験について説明してください。 それを最初に実装したのは誰ですか、いつですか?
2. 磁場の発生源は何ですか?
3. 磁針は直流磁場の中でどのように配置されますか?
4. 磁力線とは何ですか?
5. 直線電流の磁力線はどのような形になりますか?
6. 右手の最初の規則を定式化します。
このレッスンについて修正や提案がある場合は、
電流が流れる導体の磁場。電流が直線導体を通過すると、その周囲に磁場が発生します (図 38)。 この磁場の磁力線は同心円に沿って配置され、その中心には電流が流れる導体があります。
電流による導体の周囲の磁場の方向は、導体を流れる電流の方向と常に厳密に一致します。 磁力線の方向を決定できる ギムレットのルールに従って。それは次のように定式化される。 もしも 前進ギムレット / (図 39、 A)現在の方向と一致する 2 エクスプローラーで 3, ハンドルの回転により力線の方向が示されます。 4 導体の周りに磁場が発生します。 たとえば、電流が本の紙面を超えて私たちからの方向に導体を通過する場合（図39、b）、この導体の周囲に発生する磁場は時計回りに向けられます。 導体を流れる電流が本の紙面から私たちに向かう方向に流れる場合、導体の周囲の磁場は反時計回りに向きます。 どうやって より最新の導体を通過すると、その周囲の磁場が強くなります。 電流の方向が変わると、磁界の方向も変わります。
導体から遠ざかるにつれて、磁力線の発生頻度は減少します。 その結果、磁場の誘導とその強度が減少します。 導体の周囲の空間における磁場の強さ。 G- 考慮された点から導体の軸までの距離。
最大張力 I、 | 斧は導体の外面に発生します/（図40）。 車掌の中にも
磁場が発生しますが、その強さは外表面から軸方向に直線的に減少します（曲線） 2). 導体の周囲および内部の磁場の磁気誘導は、強度と同じように変化します。
磁場を増幅する方法。低電流で強力な磁場を得るには、通常、通電導体の数が増加し、一連の巻線の形で実行されます。 そのようなデバイスはと呼ばれます 巻き取り、また コイル。
導体をコイル状に曲げると (図 41、a)、この導体のすべてのセクションによって形成されるスケール フィールドは、コイル内で同じ方向になります。 したがって、コイル内部の磁場の強度は直線導体の周囲よりも大きくなります。 巻き線がコイルに結合されると、個々の巻き線によって生成される磁場が加算され (図 41.6)、それらの力線が共通の磁束に接続されます。 この場合、コイル内の磁力線の集中が増加します。つまり、コイル内の磁場が増加します。 コイルを通過する電流が多くなり、コイルの巻き数が増えるほど、コイルによって生成される磁場が強くなります。
コイルの外側の磁場も各巻の磁場から構成されていますが、磁力線はそれほど密ではないため、磁場の強さはコイルの内側ほど大きくありません。 電流によって循環されるコイルの磁場は、直線の磁場と同じ形状になります。 永久磁石(図 35 を参照) A):磁力線はコイルの一端から出て、もう一端に入ります。 したがって、電流によって流線化されたコイルは人工の電磁石です。 通常、磁場を強化するためにコイルの内側にスチールコアが挿入されます。 そのようなデバイスはと呼ばれます 電磁石。
電磁石は技術において非常に広範囲に応用されています。 これらは、電気機械の動作に必要な磁場と、さまざまな電気機器の動作に必要な電気力学的な力を生成します。 計測器そして電気機器。
電磁石には開磁気回路と閉磁気回路があります (図 42)。 電磁石コイルの端の極性は、永久磁石の極性と同様に、磁針を使用して決定できます。 北極に向かうと、南端に曲がります。 コイルまたはコイルによって生成される磁場の方向を決定するには、ギムレット規則を使用することもできます。 ハンドルの回転方向とコイルまたはコイル内の電流の方向を組み合わせると、ギムレットの並進運動が磁場の方向を示します。
電磁石の極性は右手を使って決定することもできます。 これを行うには、手のひらでコイルに手を置き (図 43)、4 本の指を電流の方向と組み合わせます。一方、曲げた親指は磁場の方向を示します。
電流の磁場
磁場は自然磁場や人工磁場だけでなく、電流が流れると導体からも発生します。 したがって、磁気現象と電気現象の間には関連性があります。
電流が流れる導体の周囲に磁界が確実に形成されるようにすることは難しくありません。 可動磁針の上に平行な直線導体を置き、電流を流します。 矢印は導体に対して垂直な位置になります。
磁針はどのような力で回転するのでしょうか? 明らかに、導体の周囲に発生した磁場の強さです。 電流を切ると磁針は通常の位置に戻ります。 これは、電流をオフにすると導体の磁場も消滅したことを示唆しています。
したがって、導体を流れる電流は磁場を生成します。 磁針がどの方向にずれるかを調べるには、右手の法則を適用します。 電流の方向が指の方向と一致するように、手のひらを下にして右手を導体の上に置くと、曲げた親指が導体の下に置いた磁針のN極の偏りの方向を示します。 。この規則を使用し、矢印の極性を知ることで、導体に流れる電流の方向を決定することもできます。
直線導体の磁界 同心円の形をしています。指から電流が流れるように右手を手のひらを下にして導体の上に置くと、曲がった親指が磁針の N 極を指します。このような磁場を円形磁場と呼びます。
円形磁場の力線の方向は導体に依存し、いわゆる 「ギムレット」ルール. ギムレットが電流の方向に精神的にねじ込まれている場合、ハンドルの回転方向は磁力線の方向と一致します。この規則を適用すると、この電流によって生成される場の磁力線の方向がわかっていれば、導体内の電流の方向を知ることができます。
磁針を使った実験に戻ると、針が常に磁力線の方向に北端を向けて配置されていることを確認できます。
それで、 電流が流れる直線導体は、その周囲に磁場を生成します。 それは同心円の形をしており、円形磁場と呼ばれます。
漬物 e. ソレノイド磁界
電流が導体を通過する限り、その形状に関係なく、導体の周囲に磁場が発生します。
電気工学では、私たちが扱っているのは、いくつかのターンで構成されています。 興味のあるコイルの磁場を研究するには、まず 1 ターンの磁場がどのような形をしているかを考えます。
ボール紙のシートを貫通し、電流源に接続されている太いワイヤのコイルを想像してください。 電流がコイルを通過すると、コイルの各部分の周囲に円形の磁場が形成されます。 「ギムレット」ルールによれば、コイル内の磁力線が同じ方向（コイルに流れる電流の方向に応じて、私たちに向かうか遠ざかる）を持っていることを簡単に判断でき、磁力線は一方から出ます。コイルの側から反対側に入ります。 このような一連のコイルは螺旋の形状をしており、いわゆる ソレノイド（コイル）.
ソレノイドの周囲には、電流が流れると磁界が形成されます。 それは各コイルの磁場を加算することによって得られ、形状は直線磁石の磁場に似ています。 ソレノイドの磁界の力線は、直線磁石と同様に、ソレノイドの一方の端から出て、もう一方の端に戻ります。 ソレノイド内では同じ方向になっています。 したがって、ソレノイドの両端には極性があります。 力線が出る端は 北極ソレノイドであり、力線が入る端がその S 極です。
ソレノイド極によって決定できます 右手の法則、ただし、そのためには、電流の曲がり角の方向を知る必要があります。 電流が指から流れ出るように右手を手のひらを下にしてソレノイドに置くと、曲がった親指がソレノイドの北極を指します。。 この規則から、ソレノイドの極性はソレノイド内の電流の方向に依存することがわかります。 これは、ソレノイドの極の 1 つに磁針を当ててソレノイド内の電流の方向を変えることで、実際に簡単に検証できます。 矢印は即座に 180° 回転します。つまり、ソレノイドの極が変化したことを示します。
ソレノイドには、軽い鉄の物体を引き込む特性があります。 鋼棒をソレノイドの内側に置くと、しばらくするとソレノイドの磁場の影響を受けて棒が磁化されます。 製作にはこの方法を採用しております。
電磁石
コイル（ソレノイド）の中に鉄心が入ったものです。 電磁石の形や大きさは様々ですが、 一般的なデバイスそれらはすべて同じです。
電磁石コイルはフレームであり、ほとんどの場合プレスボードまたはファイバーで作られており、 様々な形態電磁石の目的によります。 銅で絶縁されたワイヤがフレームにいくつかの層で巻かれています - 電磁石の巻線です。 電磁石の目的に応じて、巻き数が異なり、異なる直径のワイヤーで作られています。
巻線の絶縁体を保護するには 機械的損傷巻線は 1 層以上の紙またはその他の絶縁材料で覆われています。 巻線の始めと終わりは引き出され、フレームに取り付けられた出力端子、または端にラグが付いたフレキシブル導体に接続されます。
電磁石コイルは、軟質の焼きなまし鉄、またはシリコン、ニッケルなどを含む鉄合金で作られたコアに取り付けられています。このような鉄は残留物が最も少ないものです。 コアは、ほとんどの場合、薄いシートの複合材料で作られています。 孤立した友人友人から。 コアの形状は、電磁石の目的に応じて異なります。
電磁石の巻線に電流が流れると、巻線の周囲に磁界が形成され、コアが磁化されます。 コアが軟鉄なので瞬時に磁化されます。 その後電流を切ると、コアの磁気特性もすぐに消えてしまい、磁石ではなくなります。 ソレノイドと同様に、電磁石の極は右手の法則によって決まります。 電磁石の巻線が変更されると、それに応じて電磁石の極性も変わります。
電磁石の作用は永久磁石の作用と似ています。 しかし、彼らの間には 大きな違い. 永久磁石は常に磁気特性を持ちますが、電磁石は巻線に電流が流れる場合にのみ磁気特性を持ちます。
また、永久磁石の磁束は変化しないため、永久磁石の吸引力も変化しません。 電磁石の吸引力は一定の値ではありません。 同じ電磁石でも異なる吸引力を持つことができます。 磁石の吸引力は、その磁束の大きさによって決まります。
引力、つまりその磁束は、この電磁石の巻線を流れる電流の大きさに依存します。 電流が大きいほど電磁石の吸引力は大きくなり、逆に電磁石の巻線に流れる電流が小さいほど、磁性体を引き寄せる力は小さくなります。
しかし、さまざまな設計やサイズの電磁石の場合、その吸引力は巻線に流れる電流の大きさだけでは決まりません。 たとえば、同じデバイスと寸法の 2 つの電磁石を考えますが、1 つは巻線のターン数が少なく、もう 1 つははるかに多い数である場合、同じ電流での吸引力が次のとおりであることが簡単にわかります。後者の方がはるかに大きいでしょう。 実際、巻線の巻き数が増えるほど、所定の電流でこの巻線の周囲に生成される磁界が大きくなります。これは、巻線が各巻きの磁界で構成されるためです。 これは、巻線の巻き数が増えるほど、電磁石の磁束、つまりその吸引力が大きくなることを意味します。
電磁石の磁束の大きさに影響を与えるもう一つの理由があります。 これが彼の磁気回路の質だ。 磁気回路とは、磁束が通る経路です。 磁気回路には一定の特性があります。 磁気抵抗。 磁気抵抗は、磁束が通過する媒体の透磁率に依存します。 この媒体の透磁率が大きいほど、磁気抵抗は低くなります。
m以来強磁性体（鉄、鋼）の透磁率は空気の透磁率よりも何倍も大きいため、磁気回路に空気部分が含まれないように電磁石を作成する方が有益です。 電磁石の巻線の電流と巻き数の積をといいます。 起磁力。 起磁力はアンペアターン数で測定されます。
たとえば、1200 ターンの電磁石の巻線には 50 mA の電流が流れます。 起磁力 そんな電磁石 0.05 x 1200 = 60 アンペアのターンに相当します。
起磁力の作用は次の作用と似ています。 起電力 V 電子回路。 EMF が電流を引き起こすのと同じように、起磁力は電磁石内に磁束を生成します。 電気回路で起磁力が増加すると、価格に含まれる電流が増加するのと同じように、磁気回路でも起磁力が増加すると磁束が増加します。
アクション 磁気抵抗回路の電気抵抗の作用と同様です。 電気回路の抵抗が増加すると電流が減少するので、磁気回路でも同様です。 磁気抵抗の増加は磁束の減少を引き起こします。
電磁石の磁束の起磁力とその磁気抵抗への依存性は、オームの法則に似た式で表すことができます: 起磁力\u003d (磁束 / 磁気抵抗)
磁束は起磁力を磁気抵抗で割ったものに等しくなります。
各電磁石の巻線数と磁気抵抗は一定値です。 したがって、特定の電磁石の磁束は、巻線を流れる電流の変化によってのみ変化します。 電磁石の吸引力は磁束によって決まるため、電磁石の吸引力を大きく（または小さく）するには、巻線に流れる電流をそれに応じて大きく（または小さく）する必要があります。
偏極電磁石
有極電磁石は永久磁石と電磁石を組み合わせたものです。 このように整理されています。 いわゆる軟鉄ポールエクステンションが永久磁石の極に取り付けられます。 各極の延長部分は電磁石のコアとして機能し、巻線を備えたコイルがその上に取り付けられます。 両方の巻線が直列に接続されています。
延長極は永久磁石の極に直接取り付けられているため、巻線に電流が流れていない場合でも磁気特性を持ちます。 同時に、それらの吸引力は変化せず、永久磁石の磁束によって決まります。
分極電磁石の作用は、電流が巻線を通過するときに、巻線を流れる電流の大きさと方向に応じて、その極の引力が増加または減少することです。 分極電磁石のこの性質に対して、他の電磁石の作用 電子機器.
電流が流れる導体に対する磁場の作用
磁界の力線に対して垂直になるように導体を磁界内に置き、この導体に電流を流すと、導体は動き始めて磁界から押し出されます。
磁場の相互作用の結果として、 電気ショック導体が動き始めます。つまり、電気エネルギーが機械エネルギーに変換されます。
導体が磁場から押し出される力は、磁石の磁束の大きさ、導体内の電流の強さ、磁力線が交差する導体の部分の長さに依存します。この力の方向、つまり導体の移動方向は、導体に流れる電流の方向に依存し、次のように決定されます。 左手の法則。
磁力線が含まれるように左手の手のひらを持ち、伸ばした 4 本の指が導体の電流の方向を向く場合、曲がった親指が導体の移動方向を示します。。 このルールを適用するときは、磁力線が磁石の N 極から出ていることを覚えておく必要があります。
導体を流れる電流は、この導体の周囲に磁場を生成します (図 7.1)。 発生する磁場の方向は電流の方向によって決まります。
導体に流れる電流の方向を指定する方法を図に示します。 7.2: 図の点。 7.2(a) は観測者に向かう電流の方向を示す矢印の先端、十字は観測者から離れる電流の方向を示す矢印の尾部と考えることができます。
電流が流れる導体の周囲に発生する磁場を図に示します。 7.3. この場の方向は、右ネジの法則 (またはギムレットの法則) を使用して簡単に決定できます。ギムレットの先端が電流の方向と一致している場合、ギムレットがねじ込まれたときのギムレットの回転方向が決まります。ハンドルは磁場の方向と一致します。
米。 7.1. 電流が流れる導体の周囲の磁場。
米。 7.2. 現在の方向の指定は、(a) 観察者に向かう方向、(b) 観察者から離れる方向です。
2 本の平行な導体によって生成される場
1. 導体を流れる電流の方向は同じです。 図上。 7.4(a) は、間隔を置いて配置された 2 つの平行な導体を示しており、各導体の磁場は個別に示されています。 導体間のギャップでは、導体が生成する磁場の方向は反対であり、互いに打ち消し合います。 結果として得られる磁場を図に示します。 7.4(b)。 両方の電流の方向を逆に変えると、結果として生じる磁場の方向も逆に変わります (図 7.4 (b))。
米。 7.4. 同じ電流方向を持つ 2 つの導体 (a) とその結果生じる磁界 (6、c)。
2. 導体の電流の方向は逆です。 図上。 7.5(a) は、各導体の磁場を個別に示しています。 この場合、導体間のギャップでは、それらの磁場が合計され、ここで得られる磁場 (図 7.5 (b)) が最大になります。
米。 7.5。 逆の電流方向を持つ 2 本の導体 (a) とその結果生じる磁界 (b)。
米。 7.6. ソレノイドの磁界。
ソレノイドは、多数のワイヤを巻いた円筒形のコイルです (図 7.6)。 ソレノイドのコイルに電流が流れると、ソレノイドは N 極と S 極を持つ棒磁石のように動作します。 彼が作り出す磁気ポロは永久磁石のゼロと何ら変わりません。 ソレノイド内の磁場は、鋼、鉄、またはその他の磁性材料で作られた磁気コアの周りにコイルを巻くことによって増加させることができます。 ソレノイドの磁界の強さ（値）は、流す電流の強さや巻き数にも依存します。
電磁石
ソレノイドは電磁石として使用でき、コアは可鍛鉄などの磁気的に柔らかい材料で作られています。 ソレノイドは、コイルに電流が流れる場合にのみ磁石のように動作します。 電磁石は電気ベルやリレーに使用されています。
磁場中の導体
図上。 7.7 は、磁場内に置かれた通電導体を示しています。 この導体の磁場は、導体の上の領域では永久磁石の磁場に加算され、導体の下の領域では減算されることがわかります。 したがって、より強い磁場は導体の上にあり、より弱い磁場は導体の下にあります (図 7.8)。
導体中の電流の方向を反対に変更すると、磁場の形状は変わりませんが、その大きさは導体の下で大きくなります。
磁場、電流、運動
電流が流れる導体が磁界の中に置かれると、図に示すように、導体をより強い磁界の領域からより弱い磁界の領域に移動させようとする力がそれに作用します。 7.8. この力の方向は、磁場の方向だけでなく電流の方向にも依存します。
米。 7.7. 磁場中で電流が流れる導体。
米。 7.8. 結果フィールド
電流によって導体に作用する力の大きさは、磁場の大きさと、この導体を流れるブームの強さの両方によって決まります。
磁界中に電流を流すと導体が動くことをモーターの原理といいます。 電気モーター、可動コイルを備えた磁気電気測定器、その他の装置の動作は、この原理に基づいています。 磁場中で導体を動かすと、その中に電流が発生します。 この現象は発電機の原理と呼ばれます。 この原理は、定数および定数の発生器の動作に基づいています。 交流電流.
これまで、直流電流のみに関連する磁場について考えてきました。 この場合、磁場の方向は変化せず、永久ドックの方向によって決まります。 交流電流が流れると、交流磁界が発生します。 この交流磁場に別個のコイルを配置すると、そのコイルに EMF (電圧) が誘導 (誘導) されます。 または、図に示すように、2 つの別個のコイルが互いに近接して配置されている場合。 7.9. 1 つの巻線 (W1) に交流電圧を印加すると、2 番目の巻線 (W2) の端子間に新しい交流電圧 (誘導 EMF) が発生します。 これが変圧器の動作原理です。.
米。 7.9. 誘導起電力。
このビデオでは、磁気と電磁気の概念について説明します。
