Campo magnetico della bobina con corrente. Elettromagneti e loro applicazione

L'elettromagnetismo è una combinazione di fenomeni,A causa dell'accoppiamento di correnti elettriche e campi magnetici. A volte questa connessione porta a effetti indesiderati. Ad esempio, la corrente che fluisce attraverso i cavi elettrici sulla nave causa una deviazione non necessaria della bussola della nave. Tuttavia, spesso l'elettricità viene deliberatamente utilizzata per creare campi magnetici ad alta intensità. Ad esempio, possiamo menzionare gli elettromagneti. Ne parleremo oggi.

Corrente elettrica e flusso magnetico

L'intensità del campo magnetico può essere determinatanumero di linee di flusso magnetico, che è per unità di superficie. Un campo magnetico sorge ovunque dove scorre una corrente elettrica, e il flusso magnetico nell'aria è proporzionale a quest'ultimo. Un filo diritto che trasporta una corrente può essere piegato in una bobina. Con un raggio sufficientemente piccolo della svolta, questo porta ad un aumento del flusso magnetico. La corrente non aumenta.

L'effetto della concentrazione del flusso magnetico può essereaumentare, aumentando il numero di giri, cioè torcendo il filo nella bobina. È vero anche il contrario. Il campo magnetico della bobina con corrente può essere indebolito se il numero di giri viene ridotto.

Deriviamo una relazione importante. Al punto di massima densità del flusso magnetico (la maggior parte delle linee di flusso per unità di area), il rapporto tra la corrente elettrica I, il numero di spire del filo n e il flusso magnetico B è espresso come segue: In è proporzionale a B. Corrente in 12 A, corrente lungo la bobina di 3 giri , crea esattamente lo stesso campo magnetico della corrente di 3 A, che scorre attraverso una bobina di 12 giri. È importante saperlo risolvendo problemi pratici.

solenoide

Bobina di filo avvolto, creandoun campo magnetico, è chiamato solenoide. I fili possono essere avvolti su ferro (nucleo di ferro). È anche adatta una base non magnetica (ad esempio, un nucleo d'aria). Come puoi vedere, puoi usare non solo il ferro per creare una bobina di campo magnetico con una corrente. Dal punto di vista della grandezza del flusso, ogni nucleo non magnetico è equivalente all'aria. Cioè, la relazione di cui sopra che riguarda la corrente, il numero di giri e il flusso, in questo caso, viene eseguita in modo abbastanza accurato. Pertanto, il campo magnetico di una bobina con una corrente può essere indebolito applicando questa regolarità.

Uso del ferro in un solenoide

A cosa serve il ferro in un solenoide? La sua presenza influisce sul campo magnetico della bobina corrente sotto due aspetti. Aumenta l'azione magnetica della corrente, spesso migliaia di volte e più. Tuttavia, una relazione proporzionale importante può essere violata. Questo è quello che esiste tra il flusso magnetico e la corrente nelle bobine con un nucleo d'aria.

Domini microscopici nella ghiandola, domini(più precisamente, i loro momenti magnetici), sotto l'azione del campo magnetico generato dalla corrente, sono costruiti in una direzione. Di conseguenza, in presenza di un nucleo di ferro, questa corrente crea un flusso magnetico più grande per unità di sezione trasversale del filo. Pertanto, la densità di flusso aumenta sostanzialmente. Quando tutti i domini sono allineati in una direzione, un ulteriore aumento della corrente (o numero di spire nella bobina) aumenta solo leggermente la densità del flusso magnetico.

Parliamo un po 'di induzione. Questa è una parte importante dell'argomento che ci interessa.

Induzione del campo magnetico di una bobina con una corrente

Sebbene il campo magnetico di un solenoide con un ferroIl nucleo è molto più forte del campo magnetico di un solenoide con un nucleo d'aria, la sua magnitudine è limitata dalle proprietà del ferro. La dimensione di quella che viene creata dalla bobina con il nucleo dell'aria, teoricamente non ha limiti. Tuttavia, di regola, è molto difficile e costoso ottenere le enormi correnti necessarie per creare un campo paragonabile in grandezza al campo di un solenoide con un nucleo di ferro. Non andare sempre in questo modo.

Cosa succederà se cambi il campo magnetico della bobina conattuale? Questa azione può generare una corrente elettrica nello stesso modo in cui una corrente crea un campo magnetico. Quando il magnete si avvicina al conduttore, le linee magnetiche di forza che attraversano il conduttore inducono una tensione in esso. La polarità della tensione indotta dipende dalla polarità e dalla direzione del cambiamento nel flusso magnetico. Questo effetto è molto più pronunciato nella bobina rispetto a una bobina separata: è proporzionale al numero di spire nell'avvolgimento. In presenza di un nucleo di ferro, la tensione indotta nel solenoide aumenta. Con questo metodo, è necessario spostare il conduttore rispetto al flusso magnetico. Se il conduttore non attraversa le linee di flusso magnetico, non ci sarà tensione.

Come ottenere energia

I generatori elettrici producono corrente abasato sugli stessi principi. Di solito, il magnete ruota tra le bobine. La grandezza della tensione indotta dipende dalla grandezza del campo del magnete e dalla velocità della sua rotazione (determinano la velocità di cambiamento del flusso magnetico). La tensione nel conduttore è direttamente proporzionale alla velocità del flusso magnetico in esso.

In molti generatori, il magnete è sostituito da un solenoide. Per creare una bobina di campo magnetico con una corrente, il solenoide è collegato a una sorgente di corrente. Cosa, in questo caso, sarà l'energia elettrica prodotta dal generatore? È uguale al prodotto della tensione alla corrente. D'altra parte, l'interconnessione della corrente nel conduttore e il flusso magnetico rende possibile utilizzare una corrente generata da una corrente elettrica in un campo magnetico per ottenere un movimento meccanico. Questo principio è seguito da motori elettrici e alcuni apparecchi elettrici. Tuttavia, per creare movimento in loro, è necessario spendere ulteriore energia elettrica.

Forti campi magnetici

Attualmente, utilizzando il fenomeno disuperconduttività, è possibile ottenere un'intensità senza precedenti del campo magnetico della bobina con corrente. Gli elettromagneti possono essere molto potenti. In questo caso, la corrente scorre senza perdite, cioè non causa il riscaldamento del materiale. Ciò rende possibile applicare una grande tensione nei solenoidi con un nucleo d'aria ed evitare i vincoli causati dall'effetto di saturazione. Prospettive molto grandi aprono una corrente così potente con un campo magnetico. Gli elettromagneti e il loro uso non sono invano interessati a molti scienziati. Dopo tutto, i campi forti possono essere utilizzati per spostarsi su un "cuscinetto" magnetico e creare nuovi tipi di motori elettrici e generatori. Sono capaci di alta potenza a basso costo.

L'energia del campo magnetico della bobina con corrente è attivausato dall'umanità. È stato ampiamente utilizzato per molti anni, in particolare sulle ferrovie. Parleremo ora di come le linee del campo magnetico della bobina con corrente vengono utilizzate per regolare il movimento dei treni.

Magneti sulle ferrovie

Le ferrovie di solito usanoche per maggiore sicurezza, elettromagneti e magneti permanenti si completano a vicenda. Come funzionano questi sistemi? Un forte magnete permanente è fissato vicino al binario ad una certa distanza dal semaforo. Durante il passaggio del treno sul magnete, l'asse del magnete piatto permanente nella cabina del conducente ruota di un piccolo angolo, dopo di che il magnete rimane nella nuova posizione.

Regolazione del traffico sulla ferrovia

Il movimento di un magnete piatto include un allarmecampana o sirena. Quindi accade il seguente. Dopo un paio di secondi conducente taxi passa sopra l'elettromagnete, che è associato con il semaforo. Se il treno dà la luce verde, il solenoide è eccitato e l'asse del magnete permanente nel veicolo è posizionata nella sua posizione originale, disattivando l'allarme nel pozzetto. Quando il semaforo è rosso o giallo chiaro, l'elettromagnete viene spento, e poi, dopo un ritardo, applica automaticamente i freni, naturalmente, se dimenticato di rendere conducente. circuito di frenatura (e audio) è collegato alla rete, in quanto l'asse di rotazione del magnete. Se il magnete durante il ritardo ritorna nella sua posizione originale, il freno non viene attivato.