>>Fizyka: Bieżące pole magnetyczne
Wokół są magnesy pole magnetyczne. Aby go wykryć, wystarczy umieścić w tym polu igłę magnetyczną, która może swobodnie obracać się pod działaniem tego pola (w tym celu jest zawieszona na nitce lub zamontowana na punkcie). Kiedy przyłożymy magnes do strzały, obraca się ona w jednym lub drugim kierunku. Czy można obrócić strzałę za pomocą prądu elektrycznego?
Przejdźmy do doświadczenia. Umieśćmy przewodnik podłączony do źródła prądu nad igłą magnetyczną równolegle do jej osi (ryc. 55). Zamknijmy łańcuch. Zobaczymy, jak strzała odchyli się, zajmując nową pozycję. Gdy obwód jest otwarty, wraca do poprzedniej pozycji.
Po raz pierwszy wpływ przewodnika przewodzącego prąd na igłę magnetyczną odkrył w 1820 r. Duński naukowiec G. X. Oersted. On sam nie znalazł poprawnego wyjaśnienia tego zjawiska. Zrobiono to później.
Wiemy, że prąd to ukierunkowany ruch naładowanych cząstek. Jeśli te cząstki są w spoczynku, to tworzą wokół siebie tylko pole elektryczne. Wokół poruszających się ładunków, na przykład prądu elektrycznego, oprócz pola elektrycznego istnieje również pole magnetyczne. To pole powoduje obracanie się igły magnetycznej znajdującej się obok przewodnika z prądem.
Pole magnetyczne istnieje wokół dowolnego przewodnika z prądem.. Prąd elektryczny można zatem uznać za źródło pole magnetyczne. Im większy prąd w przewodniku, tym silniejsze wytwarzane przez niego pole magnetyczne..
Ale jeśli źródłem pola magnetycznego są prądy elektryczne, to dlaczego istnieje ono wokół magnesów trwałych?
W 1820 roku francuski naukowiec AM Ampere zasugerował, że właściwości magnetyczne magnesów trwałych wynikają z wielu prądów kołowych krążących w cząsteczkach tych ciał. Prądy te zostały nazwane molekularny. W czasach Ampère natura tych prądów była nieznana. Teraz wiemy, że naładowane cząstki - elektrony - naprawdę poruszają się wewnątrz atomów i cząsteczek, dzięki czemu powstaje namagnesowanie ciała.
Aby uzyskać graficzną reprezentację pola magnetycznego, użyj linie pola magnetycznego. Tak nazywają się linie, wzdłuż których przebiegają osie małych strzałek magnetycznych umieszczonych w danym polu. Kierunek wskazany przez biegun północny tych strzałek jest traktowany jako kierunek linii pola magnetycznego.
Umieszczając strzałki magnetyczne wokół prostego przewodnika z prądem, możesz zobaczyć obraz pokazany na rysunku 56, a. Zamiast strzałek magnetycznych w tym eksperymencie możesz użyć opiłków żelaza rozsypanych na powierzchni kartonu. W polu magnetycznym przewodnika z prądem są one namagnesowane i podobnie jak igły magnetyczne są instalowane wzdłuż linii pola magnetycznego. Świadczy o tym obserwowany układ strzałek linie sił pola magnetycznego prądu prostoliniowego są okręgami pokrywającymi ten prąd(ryc. 56, b).
Kiedy zmienia się kierunek prądu w przewodniku, zmienia się również orientacja igieł magnetycznych. To znaczy, że kierunek linie pola magnetycznego są związane z kierunkiem prądu w przewodniku.
Kierunek linii sił pola magnetycznego prądu prostoliniowego określa się za pomocą zasada pierwszej prawej ręki:
jeśli chwycisz przewodnik dłonią prawej ręki, kierując kciuk na bok wzdłuż prądu, wówczas pozostałe palce tej ręki wskażą kierunek linii pola magnetycznego tego prądu(Rys. 57).
???
1. Opisz doświadczenie, w którym obserwuje się działanie prądu elektrycznego na igłę magnetyczną. Kto i kiedy jako pierwszy ją wdrożył?
2. Co jest źródłem pola magnetycznego?
3. W jaki sposób igły magnetyczne znajdują się w polu magnetycznym prądu stałego?
4. Co nazywamy magnetycznymi liniami sił?
5. Jaki kształt mają linie sił pola magnetycznego prądu prostoliniowego?
6. Sformułuj pierwszą regułę prawej ręki.
Jeśli masz poprawki lub sugestie dotyczące tej lekcji,
Pole magnetyczne przewodnika z prądem. Kiedy prąd przepływa przez prosty przewodnik, wokół niego powstaje pole magnetyczne (ryc. 38). Magnetyczne linie sił tego pola układają się wzdłuż koncentrycznych okręgów, w środku których znajduje się przewodnik z prądem.
Kierunek pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem jest zawsze ściśle zgodny z kierunkiem prądu przepływającego przez przewodnik. Można określić kierunek linii pola magnetycznego zgodnie z regułą świdra. Formułuje się go w następujący sposób. Jeśli ruch do przoduświder / (ryc. 39, A) zgodne z obecnym kierunkiem 2 w eksploratorze 3, wówczas obrót jego rączki wskaże kierunek linii sił 4 pole magnetyczne wokół przewodnika. Na przykład, jeśli prąd przepływa przez przewodnik w kierunku od nas poza płaszczyznę arkusza książki (ryc. 39, b), wówczas pole magnetyczne, które powstaje wokół tego przewodnika, jest skierowane zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Jeśli prąd przepływa przez przewodnik w kierunku od płaszczyzny arkusza książki do nas, wówczas pole magnetyczne wokół przewodnika jest skierowane przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Jak bardziej aktualny przechodząc przez przewodnik, tym silniejsze jest wokół niego pole magnetyczne. Kiedy zmienia się kierunek prądu, zmienia się również pole magnetyczne.
W miarę oddalania się od przewodnika linie sił magnetycznych są rzadsze. W konsekwencji zmniejsza się indukcja pola magnetycznego i jego intensywność. Siła pola magnetycznego w przestrzeni otaczającej przewodnik, gdzie G- odległość od rozpatrywanego punktu do osi przewodnika.
Maksymalne napięcie I, | topór odbywa się na zewnętrznej powierzchni przewodnika / (ryc. 40). Wewnątrz dyrygenta również
powstaje pole magnetyczne, ale jego siła maleje liniowo w kierunku od powierzchni zewnętrznej do osi (krzywa 2). Indukcja magnetyczna pola wokół i wewnątrz przewodnika zmienia się w taki sam sposób jak natężenie.
Sposoby wzmacniania pól magnetycznych. Aby uzyskać silne pola magnetyczne przy niskich prądach, zwykle zwiększa się liczbę przewodników przewodzących prąd i wykonuje się je w postaci szeregu zwojów; nazywa się takie urządzenie meandrowy, Lub cewka.
Przy przewodzie wygiętym w postaci cewki (ryc. 41, a) pola skali utworzone przez wszystkie sekcje tego przewodu będą miały ten sam kierunek wewnątrz cewki. Dlatego natężenie pola magnetycznego wewnątrz cewki będzie większe niż wokół prostoliniowego przewodnika. Kiedy zwoje są połączone w cewkę, pola magnetyczne wytwarzane przez poszczególne zwoje sumują się (ryc. 41.6), a ich linie sił są połączone we wspólny strumień magnetyczny. W tym przypadku zwiększa się koncentracja linii pola wewnątrz cewki, tj. Zwiększa się wewnątrz niej pole magnetyczne. Im większy prąd przepływa przez cewkę i im więcej ma ona zwojów, tym silniejsze jest pole magnetyczne wytwarzane przez cewkę.
Na pole magnetyczne na zewnątrz cewki składają się również pola magnetyczne poszczególnych zwojów, jednak linie sił magnetycznych nie są tak gęste, przez co natężenie pola magnetycznego nie jest tam tak duże jak wewnątrz cewki. Pole magnetyczne cewki, w której płynie prąd, ma taki sam kształt jak pole prostoliniowe trwały magnes(patrz rys. 35, A): magnetyczne linie siły wychodzą z jednego końca cewki i wchodzą na drugi koniec. Dlatego cewka, opływana prądem, jest sztucznym magnesem elektrycznym. Zwykle do cewki wkładany jest stalowy rdzeń w celu wzmocnienia pola magnetycznego; nazywa się takie urządzenie elektromagnes.
Elektromagnesy znalazły niezwykle szerokie zastosowanie w technice. Wytwarzają pole magnetyczne niezbędne do działania maszyn elektrycznych, a także siły elektrodynamiczne niezbędne do działania różnych urządzeń elektrycznych. urządzenia pomiarowe i aparatura elektryczna.
Elektromagnesy mogą mieć otwarty lub zamknięty obwód magnetyczny (ryc. 42). Biegunowość końca cewki elektromagnesu można określić, podobnie jak biegunowość magnesu trwałego, za pomocą igły magnetycznej. Do bieguna północnego skręca na południowy kraniec. Aby określić kierunek pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę lub cewkę, możesz również użyć reguły świdra. Jeśli połączysz kierunek obrotu rękojeści z kierunkiem prądu w cewce lub cewce, wówczas ruch postępowy świdra wskaże kierunek pola magnetycznego.
Biegunowość elektromagnesu można również określić za pomocą prawej ręki. Aby to zrobić, połóż dłoń na cewce (ryc. 43) i połącz cztery palce z kierunkiem prądu w niej, podczas gdy zgięty kciuk wskaże kierunek pola magnetycznego
Pole magnetyczne prądu elektrycznego
Pole magnetyczne jest tworzone nie tylko przez naturalne lub sztuczne, ale także przez przewodnik, jeśli przepływa przez niego prąd elektryczny. Dlatego istnieje związek między zjawiskami magnetycznymi i elektrycznymi.
Nietrudno jest upewnić się, że wokół przewodnika, przez który przepływa prąd, powstaje pole magnetyczne. Nad ruchomą igłą magnetyczną umieść równolegle do niej prosty przewodnik i przepuść przez niego prąd elektryczny. Strzałka zajmie pozycję prostopadłą do przewodnika.
Jakie siły mogą sprawić, że igła magnetyczna się obróci? Oczywiście siła pola magnetycznego, które powstało wokół przewodnika. Wyłącz prąd, a igła magnetyczna powróci do swojej normalnej pozycji. Sugeruje to, że po wyłączeniu prądu pole magnetyczne przewodnika również zniknęło.
W ten sposób prąd elektryczny przepływający przez przewodnik wytwarza pole magnetyczne. Aby dowiedzieć się, w którym kierunku odchyli się igła magnetyczna, zastosuj regułę prawej ręki. Jeśli prawą rękę położymy nad przewodnikiem dłonią skierowaną w dół, tak aby kierunek prądu pokrywał się z kierunkiem palców, to zgięty kciuk wskaże kierunek odchylenia bieguna północnego igły magnetycznej umieszczonej pod przewodnikiem . Korzystając z tej zasady i znając biegunowość strzałki, możesz również określić kierunek prądu w przewodniku.
Pole magnetyczne przewodnika prostego ma postać koncentrycznych okręgów. Jeśli położysz prawą rękę na przewodniku dłonią w dół, tak że prąd wydaje się wypływać z twoich palców, zgięty kciuk wskaże północny biegun igły magnetycznej.Takie pole nazywa się kołowym polem magnetycznym.
Kierunek linii sił pola kołowego zależy od tego w przewodniku i jest określony przez tzw Reguła „świderka”.. Jeśli świder jest mentalnie skręcony w kierunku prądu, to kierunek obrotu jego rączki będzie pokrywał się z kierunkiem linii sił pola magnetycznego. Stosując tę zasadę, możesz znaleźć kierunek prądu w przewodniku, jeśli znasz kierunek linii pola utworzonego przez ten prąd.
Wracając do eksperymentu z igłą magnetyczną, możemy się upewnić, że jest ona zawsze ustawiona północnym końcem w kierunku linii pola magnetycznego.
Więc, Prosty przewodnik, w którym płynie prąd elektryczny, wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Ma postać koncentrycznych kręgów i jest nazywane kołowym polem magnetycznym.
Ogórki konserwowe e. Pole magnetyczne solenoidu
Pole magnetyczne powstaje wokół dowolnego przewodnika, niezależnie od jego kształtu, pod warunkiem, że przepływa przez niego prąd elektryczny.
W elektrotechnice mamy do czynienia z, składającym się z kilku zwojów. Aby zbadać pole magnetyczne interesującej nas cewki, najpierw zastanówmy się, jaki kształt ma pole magnetyczne jednego zwoju.
Wyobraź sobie cewkę z grubego drutu przechodzącą przez arkusz tektury i podłączoną do źródła prądu. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez cewkę, wokół każdej części cewki powstaje okrągłe pole magnetyczne. Zgodnie z regułą „świderka” łatwo stwierdzić, że magnetyczne linie sił wewnątrz cewki mają ten sam kierunek (do nas lub od nas, w zależności od kierunku prądu w cewce) i wychodzą z jednego stronie cewki i wejść na drugą stronę. Szereg takich cewek, mających kształt spirali, to tzw cewka).
Wokół solenoidu, gdy przepływa przez niego prąd, powstaje pole magnetyczne. Uzyskuje się go przez dodanie pól magnetycznych każdej cewki i przypomina kształtem pole magnetyczne prostoliniowego magnesu. Linie siły pola magnetycznego solenoidu, a także magnesu prostoliniowego, wychodzą z jednego końca solenoidu i wracają do drugiego. Wewnątrz solenoidu mają ten sam kierunek. Zatem końce solenoidu mają biegunowość. Koniec, z którego wychodzą linie sił, jest biegun północny solenoidu, a końcem, do którego wchodzą linie sił, jest jego biegun południowy.
Bieguny elektromagnesu można określić wg reguła prawej ręki, ale do tego trzeba znać kierunek prądu na jego zwojach. Jeśli położysz prawą rękę na elektromagnesie dłonią w dół, tak aby prąd wydawał się wypływać z twoich palców, to zgięty kciuk wskaże biegun północny solenoidu. Z tej reguły wynika, że biegunowość solenoidu zależy od kierunku prądu w nim płynącego. Łatwo to sprawdzić w praktyce, przykładając igłę magnetyczną do jednego z biegunów elektromagnesu, a następnie zmieniając kierunek prądu w elektromagnesie. Strzałka natychmiast obróci się o 180°, co oznacza, że bieguny solenoidu uległy zmianie.
Solenoid ma właściwość przyciągania do siebie lekkich żelaznych przedmiotów. Jeżeli wewnątrz solenoidu zostanie umieszczony stalowy pręt, to po pewnym czasie, pod wpływem pola magnetycznego solenoidu, pręt ten zostanie namagnesowany. Ta metoda jest stosowana w produkcji.
Elektromagnesy
Jest to cewka (solenoid) z umieszczonym w niej żelaznym rdzeniem. Kształty i rozmiary elektromagnesów są jednak zróżnicowane ogólne urządzenie wszystkie takie same.
Cewka elektromagnesu jest ramą, najczęściej wykonaną z preszpanu lub włókna i posiadającą różne formy w zależności od przeznaczenia elektromagnesu. Miedziany drut izolowany jest nawinięty na ramę w kilku warstwach - uzwojenie elektromagnesu. Ma różną liczbę zwojów i jest wykonany z drutu o różnych średnicach, w zależności od przeznaczenia elektromagnesu.
Aby chronić izolację uzwojenia przed uszkodzenie mechaniczne uzwojenie jest pokryte jedną lub kilkoma warstwami papieru lub innego materiału izolacyjnego. Początek i koniec uzwojenia jest wyprowadzony i podłączony do zacisków wyjściowych zamontowanych na ramie lub do giętkich przewodów z oczkami na końcach.
Cewka elektromagnesu jest osadzona na rdzeniu wykonanym z miękkiego, wyżarzonego żelaza lub stopów żelaza z krzemem, niklem itp. Takie żelazo ma najmniej pozostałości. Rdzenie wykonywane są najczęściej kompozytowo z cienkich blach, odizolowany przyjaciel od przyjaciela. Kształt rdzeni może być różny, w zależności od przeznaczenia elektromagnesu.
Jeśli przez uzwojenie elektromagnesu przepływa prąd elektryczny, wokół uzwojenia powstaje pole magnetyczne, które magnesuje rdzeń. Ponieważ rdzeń jest wykonany z miękkiego żelaza, zostanie natychmiast namagnesowany. Jeśli następnie prąd zostanie wyłączony, właściwości magnetyczne rdzenia również szybko znikną i przestanie on być magnesem. Bieguny elektromagnesu, podobnie jak solenoidu, określa reguła prawej dłoni. Jeśli uzwojenie elektromagnesu zostanie zmienione, biegunowość elektromagnesu odpowiednio się zmieni.
Działanie elektromagnesu jest podobne do działania magnesu stałego. Jednak między nimi tam duża różnica. Magnes trwały zawsze ma właściwości magnetyczne, a elektromagnes tylko wtedy, gdy przez jego uzwojenie przepływa prąd elektryczny.
Ponadto siła przyciągania magnesu trwałego pozostaje niezmieniona, ponieważ strumień magnetyczny magnesu trwałego pozostaje niezmieniony. Siła przyciągania elektromagnesu nie jest wartością stałą. Ten sam elektromagnes może mieć różne siły przyciągania. Siła przyciągania dowolnego magnesu zależy od wielkości jego strumienia magnetycznego.
Siła przyciągania, a tym samym jego strumień magnetyczny, zależy od wielkości prądu przepływającego przez uzwojenie tego elektromagnesu. Im większy prąd, tym większa siła przyciągania elektromagnesu i odwrotnie, im mniejszy prąd w uzwojeniu elektromagnesu, tym mniejsza siła przyciąga do siebie ciała magnetyczne.
Ale w przypadku elektromagnesów o różnej konstrukcji i wielkości siła ich przyciągania zależy nie tylko od wielkości prądu w uzwojeniu. Jeśli na przykład weźmiemy dwa elektromagnesy tego samego urządzenia i wymiarów, ale jeden z małą liczbą zwojów uzwojenia, a drugi z dużo większą liczbą zwojów, to łatwo zauważyć, że przy tym samym prądzie siła przyciągania ten ostatni będzie znacznie większy. Rzeczywiście, im większa liczba zwojów uzwojenia, tym większe przy danym prądzie pole magnetyczne jest tworzone wokół tego uzwojenia, ponieważ składa się ono z pól magnetycznych każdego zwoju. Oznacza to, że strumień magnetyczny elektromagnesu, a co za tym idzie siła jego przyciągania, będzie tym większy, im większa będzie liczba zwojów uzwojenia.
Jest jeszcze jeden powód, który wpływa na wielkość strumienia magnetycznego elektromagnesu. To jest jakość jego obwodu magnetycznego. Obwód magnetyczny to ścieżka, wzdłuż której zamyka się strumień magnetyczny. Obwód magnetyczny ma pewien odporność magnetyczna. Opór magnetyczny zależy od przenikalności magnetycznej ośrodka, przez który przepływa strumień magnetyczny. Im większa przenikalność magnetyczna tego ośrodka, tym mniejszy jest jego opór magnetyczny.
od m przenikalność magnetyczna ciał ferromagnetycznych (żelazo, stal) jest wielokrotnie większa niż przenikalność magnetyczna powietrza, dlatego bardziej opłaca się wykonać elektromagnesy tak, aby ich obwód magnetyczny nie zawierał sekcji powietrznych. Iloczyn prądu i liczby zwojów w uzwojeniu elektromagnesu nazywa się siła magnetomotoryczna. Siła magnetomotoryczna jest mierzona liczbą zwojów ampera.
Na przykład w uzwojeniu elektromagnesu mającego 1200 zwojów płynie prąd o natężeniu 50 mA. Magnetyczna siła napędowa taki elektromagnes równa się 0,05 x 1200 = 60 amperowych obrotów.
Działanie siły magnetomotorycznej jest podobne do działania siła elektromotoryczna V obwód elektryczny. Tak jak EMF powoduje prąd elektryczny, siła magnetomotoryczna wytwarza strumień magnetyczny w elektromagnesie. Tak jak w obwodzie elektrycznym wraz ze wzrostem pola elektromagnetycznego wzrasta cena prądu, tak w obwodzie magnetycznym wraz ze wzrostem siły magnetomotorycznej wzrasta strumień magnetyczny.
Działanie odporność magnetyczna podobne do działania oporu elektrycznego obwodu. Ponieważ prąd maleje wraz ze wzrostem rezystancji obwodu elektrycznego, tak i w obwodzie magnetycznym wzrost oporu magnetycznego powoduje spadek strumienia magnetycznego.
Zależność strumienia magnetycznego elektromagnesu od siły magnetomotorycznej i jego oporu magnetycznego można wyrazić wzorem podobnym do wzoru na prawo Ohma: siła magnetomotoryczna \u003d (strumień magnetyczny / opór magnetyczny)
Strumień magnetyczny jest równy sile magnetomotorycznej podzielonej przez opór magnetyczny.
Liczba zwojów uzwojenia i rezystancja magnetyczna każdego elektromagnesu jest wartością stałą. Dlatego strumień magnetyczny danego elektromagnesu zmienia się tylko wraz ze zmianą prądu przepływającego przez uzwojenie. Ponieważ siła przyciągania elektromagnesu jest określona przez jego strumień magnetyczny, aby zwiększyć (lub zmniejszyć) siłę przyciągania elektromagnesu, należy odpowiednio zwiększyć (lub zmniejszyć) prąd w jego uzwojeniu.
spolaryzowany elektromagnes
Elektromagnes spolaryzowany to połączenie magnesu trwałego i elektromagnesu. Jest to ustawione w taki sposób. Tak zwane przedłużenia biegunów z miękkiego żelaza są przymocowane do biegunów magnesu trwałego. Każde przedłużenie bieguna służy jako rdzeń elektromagnesu, na którym zamontowana jest cewka z uzwojeniem. Oba uzwojenia są połączone szeregowo.
Ponieważ przedłużenia biegunów są bezpośrednio przymocowane do biegunów magnesu trwałego, mają właściwości magnetyczne nawet przy braku prądu w uzwojeniach; jednocześnie ich siła przyciągania pozostaje niezmieniona i jest określana przez strumień magnetyczny magnesu trwałego.
Działanie spolaryzowanego elektromagnesu polega na tym, że gdy prąd przepływa przez jego uzwojenia, siła przyciągania jego biegunów wzrasta lub maleje w zależności od wielkości i kierunku prądu w uzwojeniach. Na tej właściwości spolaryzowanego elektromagnesu działanie innych urządzenia elektryczne.
Działanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem
Jeśli przewodnik zostanie umieszczony w polu magnetycznym tak, że znajduje się prostopadle do linii pola, a prąd elektryczny przepływa przez ten przewodnik, wówczas przewodnik poruszy się i zostanie wypchnięty z pola magnetycznego.
W wyniku oddziaływania pola magnetycznego z wstrząs elektryczny przewodnik jest wprawiany w ruch, tj. energia elektryczna jest zamieniana na energię mechaniczną.
Siła, z jaką przewodnik jest wypychany z pola magnetycznego, zależy od wielkości strumienia magnetycznego magnesu, natężenia prądu w przewodniku i długości tej części przewodnika, przez którą przecinają się linie pola. Kierunek tej siły, czyli kierunek ruchu przewodnika, zależy od kierunku prądu w przewodniku i jest określony przez reguła lewej ręki.
Jeśli trzymasz lewą dłoń tak, aby zawierała linie pola magnetycznego, a wyciągnięte cztery palce są skierowane w stronę prądu w przewodniku, to zgięty kciuk wskaże kierunek ruchu przewodnika. Stosując tę zasadę, musimy pamiętać, że linie pola wychodzą z bieguna północnego magnesu.
Prąd elektryczny przepływający przez przewodnik wytwarza pole magnetyczne wokół tego przewodnika (ryc. 7.1). Kierunek powstającego pola magnetycznego jest określony przez kierunek prądu.
Sposób oznaczenia kierunku prądu elektrycznego w przewodniku pokazano na ryc. 7.2: kropka na ryc. 7.2(a) można traktować jako wierzchołek strzałki wskazujący kierunek prądu w kierunku obserwatora, a krzyż jako koniec strzałki wskazujący kierunek prądu od obserwatora.
Pole magnetyczne, które powstaje wokół przewodnika z prądem, pokazano na ryc. 7.3. Kierunek tego pola można łatwo określić za pomocą reguły prawej śruby (lub reguły świdra): jeśli końcówka świdra jest ustawiona zgodnie z kierunkiem prądu, to po wkręceniu kierunek obrotu uchwyt zbiegnie się z kierunkiem pola magnetycznego.
Ryż. 7.1. Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem.
Ryż. 7.2. Oznaczenie kierunku prądu to (a) w kierunku obserwatora i (b) od obserwatora.
Pole generowane przez dwa równoległe przewodniki
1. Kierunki prądów w przewodnikach są takie same. na ryc. 7.4(a) przedstawia dwa równoległe przewodniki oddalone od siebie, z polem magnetycznym każdego przewodnika pokazanym oddzielnie. W szczelinie między przewodnikami pola magnetyczne, które wytwarzają, mają przeciwny kierunek i znoszą się nawzajem. Powstałe pole magnetyczne pokazano na ryc. 7.4(b). Jeśli zmienisz kierunek obu prądów na przeciwny, wówczas kierunek wynikowego pola magnetycznego również zmieni się na przeciwny (ryc. 7.4 (b)).
Ryż. 7.4. Dwa przewodniki o tych samych kierunkach prądu (a) i wynikającym z nich polu magnetycznym (6, c).
2. Kierunki prądów w przewodnikach są przeciwne. na ryc. 7.5(a) pokazuje pola magnetyczne dla każdego przewodnika z osobna. W tym przypadku w szczelinie między przewodami ich pola sumują się i tutaj wynikowe pole (ryc. 7.5 (b)) jest maksymalne.
Ryż. 7,5. Dwa przewodniki o przeciwnych kierunkach prądu (a) i wynikające z nich pole magnetyczne (b).
Ryż. 7.6. Pole magnetyczne solenoidu.
Solenoid to cylindryczna cewka składająca się z dużej liczby zwojów drutu (ryc. 7.6). Kiedy prąd przepływa przez cewki solenoidu, solenoid zachowuje się jak magnes sztabkowy z biegunami północnym i południowym. Magnetyczne polo, które tworzy, niczym nie różni się od zera magnesu trwałego. Pole magnetyczne wewnątrz solenoidu można zwiększyć, nawijając cewkę wokół rdzenia magnetycznego wykonanego ze stali, żelaza lub innego materiału magnetycznego. Siła (wartość) pola magnetycznego solenoidu zależy również od siły przesyłanego prądu elektrycznego i liczby zwojów.
Elektromagnes
Solenoid może być używany jako elektromagnes, podczas gdy rdzeń jest wykonany z magnetycznie miękkiego materiału, takiego jak żeliwo ciągliwe. Solenoid zachowuje się jak magnes tylko wtedy, gdy przez cewkę przepływa prąd elektryczny. Elektromagnesy są stosowane w dzwonkach elektrycznych i przekaźnikach.
Przewodnik w polu magnetycznym
na ryc. 7.7 przedstawia przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym. Można zauważyć, że pole magnetyczne tego przewodnika jest dodawane do pola magnetycznego magnesu trwałego w obszarze nad przewodnikiem i odejmowane w obszarze pod przewodnikiem. Zatem silniejsze pole magnetyczne znajduje się nad przewodnikiem, a słabsze poniżej (ryc. 7.8).
Jeśli zmienisz kierunek prądu w przewodniku na przeciwny, wówczas kształt pola magnetycznego pozostanie taki sam, ale jego wielkość będzie większa pod przewodnikiem.
Pole magnetyczne, prąd i ruch
Jeśli przewodnik z prądem zostanie umieszczony w polu magnetycznym, to zadziała na niego siła, która próbuje przesunąć przewodnik z obszaru silniejszego pola do obszaru słabszego, jak pokazano na ryc. 7.8. Kierunek tej siły zależy od kierunku prądu, jak również od kierunku pola magnetycznego.
Ryż. 7.7. Przewodnik z prądem w polu magnetycznym.
Ryż. 7.8. Pole wyników
Wielkość siły działającej na przewodnik z prądem jest określona zarówno przez wielkość pola magnetycznego, jak i siłę wysięgnika przepływającego przez ten przewodnik.
Ruch przewodnika umieszczonego w polu magnetycznym, gdy przepływa przez niego prąd, nazywa się zasadą silnika. Na tej zasadzie opiera się działanie silników elektrycznych, magnetoelektrycznych przyrządów pomiarowych z ruchomą cewką i innych urządzeń. Jeśli przewodnik porusza się w polu magnetycznym, generowany jest w nim prąd. Zjawisko to nazywane jest zasadą generatora. Zasada ta opiera się na działaniu generatorów o stałej i prąd przemienny.
Do tej pory rozważaliśmy pole magnetyczne związane tylko z bezpośrednim prądem elektrycznym. W tym przypadku kierunek pola magnetycznego pozostaje niezmieniony i jest określony przez kierunek stałego doku. Gdy płynie prąd przemienny, powstaje zmienne pole magnetyczne. Jeśli w tym zmiennym polu zostanie umieszczona oddzielna cewka, wówczas zostanie w niej indukowana (indukowana) siła elektromotoryczna (napięcie). Lub jeśli dwie oddzielne cewki są umieszczone blisko siebie, jak pokazano na ryc. 7.9. i przyłożyć napięcie przemienne do jednego uzwojenia (W1), wtedy między zaciskami drugiego uzwojenia (W2) pojawi się nowe napięcie przemienne (indukowane pole elektromagnetyczne). Taka jest zasada działania transformatora..
Ryż. 7.9. indukowane emf.
Ten film mówi o koncepcji magnetyzmu i elektromagnetyzmu:
