Egy vezető mágneses térvonalai árammal. Egyenes vezető mágneses tere. Mágneses vonalak (Grebenyuk Yu.V.). Körkörös áramú mágneses tér

A USE kódoló témái: mágnesek kölcsönhatása, egy vezető mágneses tere az árammal.

Az anyag mágneses tulajdonságait régóta ismerik az emberek. A mágnesek nevüket Magnesia ősi városáról kapták: környékén elterjedt egy ásvány (később mágneses vasércnek vagy magnetitnek nevezték), amelynek darabjai vonzották a vastárgyakat.

Mágnesek kölcsönhatása

Mindegyik mágnes két oldalán találhatók északi sarkés Déli-sark. Két mágnest ellentétes pólusok vonzzák egymáshoz, és hasonló pólusok taszítják. A mágnesek vákuumon keresztül is hatnak egymásra! Mindez azonban az elektromos töltések kölcsönhatására emlékeztet a mágnesek kölcsönhatása nem elektromos. Ezt bizonyítják a következő kísérleti tények.

A mágneses erő gyengül, ha a mágnest felmelegítik. A ponttöltések kölcsönhatásának erőssége nem függ a hőmérsékletüktől.

A mágneses erő gyengül a mágnes rázásával. Az elektromosan töltött testekkel semmi hasonló nem történik.

A pozitív elektromos töltések elválaszthatók a negatívoktól (például amikor a testeket villamosítják). A mágnes pólusait azonban nem lehet szétválasztani: ha a mágnest két részre vágod, akkor a vágás helyén pólusok is megjelennek, és a mágnes két ellentétes pólusú (pontosan orientált) mágnesre bomlik fel. ugyanúgy, mint az eredeti mágnes pólusai).

Szóval a mágnesek mindig bipoláris, csak formában léteznek dipólusok. Elszigetelt mágneses pólusok (ún mágneses monopólusok- az elektromos töltés analógjai) a természetben nem léteznek (mindenesetre kísérletileg még nem észlelték őket). Talán ez a leglenyűgözőbb aszimmetria az elektromosság és a mágnesesség között.

Az elektromosan töltött testekhez hasonlóan a mágnesek is hatnak az elektromos töltésekre. A mágnes azonban csak rá hat mozgó díj; Ha a töltés nyugalomban van a mágneshez képest, akkor nem hat mágneses erő a töltésre. Éppen ellenkezőleg, egy villamosított test bármilyen töltésre hat, függetlenül attól, hogy nyugalomban van-e vagy mozgásban van.

A rövid hatótávolságú cselekvés elméletének modern koncepciói szerint a mágnesek kölcsönhatása keresztül megy végbe mágneses mező Egy mágnes ugyanis mágneses teret hoz létre a környező térben, amely egy másik mágnesre hat, és látható vonzást vagy taszítást okoz ezeknek a mágneseknek.

Példa a mágnesre mágneses tű iránytű. A mágneses tű segítségével meg lehet ítélni a mágneses tér jelenlétét a tér adott tartományában, valamint a tér irányát.

A Föld bolygónk egy óriási mágnes. A Föld földrajzi északi pólusától nem messze található a déli mágneses pólus. Ezért az iránytű tű északi vége a Föld déli mágneses pólusa felé fordulva a földrajzi északra mutat. Valójában ezért keletkezett a mágnes „északi pólusának” a neve.

Mágneses erővonalak

Emlékezünk szerint az elektromos teret kis próbatöltések segítségével vizsgálják, amelyek alapján meg lehet ítélni a tér nagyságát és irányát. A teszttöltés analógja mágneses tér esetén egy kis mágneses tű.

Például geometriai képet kaphat a mágneses mezőről, ha nagyon kis iránytűtűket helyez el a tér különböző pontjain. A tapasztalat azt mutatja, hogy a nyilak bizonyos vonalak mentén sorakoznak majd – az ún mágneses erővonalak. Határozzuk meg ezt a fogalmat a következő három bekezdés formájában.

1. A mágneses tér vonalai vagy mágneses erővonalak olyan irányított vonalak a térben, amelyek a következő tulajdonságokkal rendelkeznek: egy kis iránytű, amely az ilyen vonal minden pontjában van elhelyezve, érintőlegesen irányul ehhez a vonalhoz..

2. A mágneses erővonal iránya az iránytűk északi végeinek iránya, amelyek ennek a vonalnak a pontjain találhatók.

3. Minél vastagabbak a vonalak, annál erősebb a mágneses tér a tér adott régiójában..

Az iránytűtűk szerepét a vasreszelék sikeresen betölthetik: a mágneses térben a kis reszelékek mágneseződnek, és pontosan úgy viselkednek, mint a mágneses tűk.

Tehát, miután vasreszeléket öntünk egy állandó mágnes köré, körülbelül a következő képet fogjuk látni a mágneses erővonalakról (1. ábra).

Rizs. 1. Állandó mágneses tér

A mágnes északi pólusa kékkel és betűvel van jelölve; a déli pólus - pirossal és a betűvel . Vegye figyelembe, hogy a térvonalak kilépnek a mágnes északi pólusából, és belépnek a déli pólusba, mivel az iránytű tű északi vége a mágnes déli pólusára mutat.

Oersted tapasztalata

Annak ellenére, hogy az elektromos és mágneses jelenségeket az ókor óta ismerték az emberek, hosszú ideig nem figyeltek meg köztük kapcsolatot. Az elektromosság és a mágnesesség kutatása több évszázadon keresztül párhuzamosan és egymástól függetlenül folyt.

Arra a figyelemre méltó tényre, hogy az elektromos és a mágneses jelenségek valójában kapcsolatban állnak egymással, először 1820-ban fedezték fel Oersted híres kísérletében.

Az Oersted-féle kísérlet sémája az 1. ábrán látható. 2 (kép az rt.mipt.ru webhelyről). A mágnestű (és - a nyíl északi és déli pólusa) felett egy áramforráshoz csatlakoztatott fémvezető található. Ha lezárja az áramkört, akkor a nyíl merőlegesen fordul a vezetőre!
Ez az egyszerű kísérlet közvetlenül az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatára mutatott rá. Az Oersted tapasztalatait követő kísérletek szilárdan a következő mintát erősítették meg: a mágneses mezőt elektromos áramok hozzák létre, és az áramokra hat.

Rizs. 2. Oersted kísérlete

Az árammal működő vezető által generált mágneses mező vonalainak képe a vezető alakjától függ.

Egyenes vezeték mágneses tere árammal

Az áramot hordozó egyenes vezeték mágneses erővonalai koncentrikus körök. Ezeknek a köröknek a középpontja a vezetéken fekszik, síkjaik pedig merőlegesek a vezetékre (3. ábra).

Rizs. 3. Egyenáramú vezeték mezeje

Az egyenáramú mágneses erővonalak irányának meghatározására két alternatív szabály létezik.

óramutató szabály. A mezővonalak az óramutató járásával ellentétes irányba haladnak, ha nézzük, így az áram felénk folyik..

csavaros szabály(vagy gimlet szabály, vagy dugóhúzó szabály- ez közelebb áll valakihez ;-)). A mezővonalak oda mennek, ahol a csavart (hagyományos jobbmenetes) el kell forgatni, hogy a menet mentén az áram irányába mozogjon.

Használja azt a szabályt, amelyik a legjobban megfelel Önnek. Jobb, ha megszokja az óramutató járásával megegyező irányú szabályt – később maga is látni fogja, hogy univerzálisabb és könnyebben használható (majd hálásan emlékszik rá az első évben, amikor analitikus geometriát tanul).

ábrán 3, valami új is megjelent: ez egy vektor, amit ún mágneses tér indukció, vagy mágneses indukció. A mágneses indukciós vektor az elektromos térerősség vektorának analógja: szolgál teljesítmény jellemző mágneses tér, amely meghatározza azt az erőt, amellyel a mágneses tér a mozgó töltésekre hat.

A mágneses térben fellépő erőkről később lesz szó, de egyelőre csak annyit jegyezzük meg, hogy a mágneses tér nagyságát és irányát a mágneses indukciós vektor határozza meg. A tér minden pontjában a vektor ugyanabba az irányba van irányítva, mint az erre a pontra elhelyezett iránytűtű északi vége, nevezetesen a terepvonal érintője ennek a vonalnak az irányában. A mágneses indukció mértéke teslach(Tl).

Mint az elektromos tér esetében, a mágneses tér indukciójához, szuperpozíció elve. Ez abban rejlik, hogy Az adott ponton különböző áramok által létrehozott mágneses mezők indukcióját vektorosan összeadjuk, és a kapott mágneses indukció vektorát adjuk meg:.

Egy tekercs mágneses tere árammal

Vegyünk egy kör alakú tekercset, amelyen keresztül egyenáram kering. Az ábrán nem mutatjuk be az áramot létrehozó forrást.

A kanyarunk mezőjének vonalainak képe megközelítőleg a következő alakú lesz (4. ábra).

Rizs. 4. A tekercs mezeje árammal

Fontos lesz, hogy meg tudjuk határozni, melyik féltérbe (a tekercs síkjához viszonyítva) irányul a mágneses tér. Ismét két alternatív szabályunk van.

óramutató szabály. A mezővonalak oda mennek, onnan nézve, ahonnan az áram az óramutató járásával ellentétes irányban kering.

csavaros szabály. A térvonalak oda mennek, ahol a csavar (hagyományos jobbmenettel) elmozdulna, ha az áram irányába forgatják.

Mint látható, az áram és a mező szerepe felcserélődik - összehasonlítva ezen szabályok egyenáram esetén megfogalmazott megfogalmazásával.

Egy tekercs mágneses tere árammal

Tekercs kiderül, ha szorosan, tekercs a tekercs, tekerje fel a vezetéket egy kellően hosszú spirálba (5. ábra - kép az en.wikipedia.org webhelyről). A tekercsnek több tíz, száz vagy akár több ezer fordulata is lehet. A tekercset is hívják szolenoid.

Rizs. 5. Tekercs (szolenoid)

Egy fordulat mágneses tere, mint tudjuk, nem tűnik túl egyszerűnek. Mezők? A tekercs egyes menetei egymásra vannak helyezve, és úgy tűnik, hogy az eredmény nagyon zavaros lesz. Ez azonban nem így van: egy hosszú tekercs mezője váratlanul egyszerű szerkezetű (6. ábra).

Rizs. 6. tekercs mező árammal

Ezen az ábrán a tekercs árama balról nézve az óramutató járásával ellentétes irányba halad (ez akkor történik meg, ha az 5. ábrán a tekercs jobb vége az áramforrás „pluszához”, a bal vége pedig az áramforráshoz csatlakozik. a „mínusz”). Látjuk, hogy a tekercs mágneses tere két jellemző tulajdonsággal rendelkezik.

1. A tekercs belsejében, a széleitől távol, a mágneses tér van homogén: minden pontban a mágneses indukciós vektor nagysága és iránya azonos. A mezővonalak párhuzamos egyenesek; csak a tekercs szélei közelében hajlanak meg, amikor kimennek.

2. A tekercsen kívül a mező nullához közelít. Minél több fordulat van a tekercsben, annál gyengébb a mező rajta kívül.

Vegyük észre, hogy egy végtelenül hosszú tekercs egyáltalán nem bocsát ki teret: a tekercsen kívül nincs mágneses tér. Egy ilyen tekercsen belül a mező mindenhol egységes.

Nem emlékeztet semmire? A tekercs a kondenzátor "mágneses" megfelelője. Emlékszel, hogy a kondenzátor egységes elektromos mezőt hoz létre magában, amelynek vonalai csak a lemezek szélei közelében görbültek, és a kondenzátoron kívül a mező közel nulla; a végtelen lemezes kondenzátor egyáltalán nem engedi ki a mezőt, és a mező mindenhol egységes benne.

És most - a fő megfigyelés. Hasonlítsa össze a tekercsen kívüli mágneses erővonalak képét (6. ábra) a 2. ábrán látható mágnes erővonalaival. egy . Ez ugyanaz, nem? És most elérkeztünk egy olyan kérdéshez, amely valószínűleg már régen felmerült benned: ha egy mágneses mezőt áramok generálnak, és az áramokra hat, akkor mi az oka annak, hogy az állandó mágnes közelében mágneses tér jelenik meg? Végül is ez a mágnes nem tűnik áramvezetőnek!

Ampère hipotézise. Elemi áramok

Eleinte úgy gondolták, hogy a mágnesek kölcsönhatása a pólusokon koncentrálódó speciális mágneses töltéseknek köszönhető. De az elektromossággal ellentétben senki sem tudta elkülöníteni a mágneses töltést; végül is, mint már említettük, nem lehetett külön megszerezni a mágnes északi és déli pólusát - a pólusok mindig párban vannak a mágnesben.

A mágneses töltésekkel kapcsolatos kételyeket Oersted tapasztalata fokozta, amikor kiderült, hogy a mágneses teret elektromos áram hozza létre. Ezenkívül kiderült, hogy bármely mágneshez kiválasztható egy megfelelő konfigurációjú áramú vezető úgy, hogy ennek a vezetőnek a tere egybeesik a mágnes mezőjével.

Ampere merész hipotézist állított fel. Nincsenek mágneses töltések. A mágnes működését a benne lévő zárt elektromos áramok magyarázzák..

Mik ezek az áramlatok? Ezek elemi áramok keringenek az atomokban és molekulákban; az elektronok atomi pályán való mozgásához kapcsolódnak. Bármely test mágneses tere ezen elemi áramok mágneses mezőiből áll.

Az elemi áramok egymáshoz képest véletlenszerűen helyezkedhetnek el. Ekkor a mezőik kioltják egymást, és a test nem mutat mágneses tulajdonságokat.

De ha az elemi áramok koordináltak, akkor mezőik, összeadva, erősítik egymást. A test mágnessé válik (7. ábra; a mágneses tér felénk, a mágnes északi pólusa is felénk irányul).

Rizs. 7. Elemi mágnesáramok

Ampere elemi áramokra vonatkozó hipotézise tisztázta a mágnesek tulajdonságait: a mágnes hevítése és rázása tönkreteszi elemi áramainak elrendezését, a mágneses tulajdonságok gyengülnek. Nyilvánvalóvá vált a mágnespólusok szétválaszthatatlansága: a mágnes elvágásának helyén ugyanazokat az elemi áramokat kapjuk a végén. A test mágneses térben való mágnesezhetőségét a megfelelően „forduló” elemi áramok összehangolt elrendezése magyarázza (a köráram mágneses térben történő forgását a következő lapon olvashatja).

Ampere hipotézise bevált – ezt mutatta a fizika továbbfejlődése. Az elemi áramok fogalma az atomelmélet szerves részévé vált, amelyet már a huszadik században - csaknem száz évvel Ampère briliáns sejtése után - fejlesztettek ki.

Az elektromos áram mágneses tere

Mágneses mezőt nemcsak természetes vagy mesterséges, hanem egy vezető is létrehoz, ha elektromos áram halad át rajta. Ezért van kapcsolat a mágneses és az elektromos jelenségek között.

Nem nehéz megbizonyosodni arról, hogy mágneses tér képződik a vezető körül, amelyen az áram áthalad. A mozgatható mágnestű fölé helyezzünk vele párhuzamosan egy egyenes vezetőt, és vezessenek át rajta elektromos áramot. A nyíl a vezetőre merőleges helyzetet vesz fel.

Milyen erők mozgathatják a mágnestűt? Nyilvánvalóan a vezető körül keletkezett mágneses tér erőssége. Kapcsolja ki az áramot, és a mágneses tű visszatér normál helyzetébe. Ez arra utal, hogy az áram kikapcsolásával a vezető mágneses tere is eltűnt.

Így a vezetőn áthaladó elektromos áram mágneses mezőt hoz létre. Alkalmazza a jobbkéz szabályt, hogy megtudja, melyik irányba mozdul el a mágneses tű. Ha a jobb kezét tenyérrel lefelé helyezzük a vezető fölé úgy, hogy az áram iránya egybeessen az ujjak irányával, akkor a behajlított hüvelykujj a vezető alá helyezett mágnestű északi pólusának eltérési irányát mutatja. . Ezzel a szabálysal és a nyíl polaritásának ismeretében meghatározhatja a vezetőben lévő áram irányát is.

Egyenes vezető mágneses tere koncentrikus körök alakja van. Ha a jobb kezét a vezető fölé helyezi tenyerével lefelé úgy, hogy az áram az ujjaiból jön ki, akkor a meghajlított hüvelykujj a mágnestű északi pólusára mutat.Az ilyen mezőt körkörös mágneses térnek nevezzük.

A kör alakú tér erővonalainak iránya a vezetőben függ és az ún "Gimlet" szabály. Ha a kardánt mentálisan az áram irányába csavarják, akkor fogantyújának forgásiránya egybeesik a mágneses erővonalak irányával. Ezt a szabályt alkalmazva megtudhatja az áram irányát a vezetőben, ha ismeri az ezen áram által létrehozott mező térvonalainak irányát.

Visszatérve a mágnestűvel végzett kísérlethez, meggyőződhetünk arról, hogy az északi végével mindig a mágneses erővonalak irányába helyezkedjen el.

Így, Az elektromos áramot hordozó egyenes vezető mágneses teret hoz létre maga körül. Koncentrikus körök alakja van, és körkörös mágneses térnek nevezik.

Savanyúság e. Mágneses mágneses tér

Bármely vezető körül mágneses tér keletkezik, függetlenül annak alakjától, feltéve, hogy elektromos áram halad át a vezetőn.

Az elektrotechnikában számos fordulatból állóval van dolgunk. A számunkra érdekes tekercs mágneses mezejének tanulmányozásához először is meg kell vizsgálnunk, hogy egy kör mágneses tere milyen alakú.

Képzeljen el egy vastag dróttekercset, amely áthatol egy kartonlapon, és egy áramforráshoz csatlakozik. Amikor elektromos áram halad át egy tekercsen, a tekercs minden egyes része körül körkörös mágneses tér jön létre. A „gimlet” szabály szerint könnyen megállapítható, hogy a tekercsen belüli mágneses erővonalak azonos irányúak (a tekercsben lévő áram irányától függően felénk vagy tőlünk távolodnak), és egyből lépnek ki. a tekercs oldalán, és lépjen be a másik oldalra. Az ilyen, spirál alakú tekercsek sorozata az ún mágnesszelep (tekercs).

A mágnesszelep körül, amikor áram halad át rajta, mágneses tér jön létre. Az egyes tekercsek mágneses mezőinek összeadásával kapjuk, és alakjában egy egyenes mágnes mágneses terére hasonlít. A szolenoid mágneses terének erővonalai, valamint egy egyenes mágnesben a mágnesszelep egyik végéből kilépnek és visszatérnek a másikba. A mágnesszelep belsejében azonos irányuk van. Így a mágnesszelep végei polaritással rendelkeznek. A vég, ahonnan az erővonalak kijönnek, az északi sark mágnesszelep, és a vége, amelybe az erővonalak belépnek, a déli pólus.

Mágneses pólusok alapján határozható meg jobb kéz szabálya, de ehhez ismerni kell az áram irányát a fordulataiban. Ha tenyerével lefelé helyezi a jobb kezét a mágnesszelepre úgy, hogy az áram az ujjaiból jön ki, akkor a behajlított hüvelykujj a mágnesszelep északi pólusára mutat.. Ebből a szabályból az következik, hogy a mágnesszelep polaritása a benne lévő áram irányától függ. Ezt a gyakorlatban könnyű ellenőrizni úgy, hogy egy mágnestűt viszünk a szolenoid egyik pólusára, majd megváltoztatjuk az áram irányát a szolenoidban. A nyíl azonnal 180°-kal elfordul, vagyis azt jelzi, hogy a mágnesszelep pólusai megváltoztak.

A mágnesszelepnek megvan az a tulajdonsága, hogy könnyű vas tárgyakat vonjon magába. Ha a szolenoid belsejébe egy acélrudat helyeznek, akkor egy idő után a szolenoid mágneses mezőjének hatására a rúd mágnesezetté válik. Ezt a módszert használják a gyártás során.

Elektromágnesek

Ez egy tekercs (szolenoid), benne vasmaggal. Az elektromágnesek alakja és mérete változatos, de általános elrendezése mindegyiknek ugyanaz.

Az elektromágneses tekercs egy keret, amely leggyakrabban préslemezből vagy rostból készül, és az elektromágnes céljától függően különböző formájú. A keretre több rétegben rézszigetelt huzal van feltekerve - elektromágnes tekercselése. Különböző fordulatszámú, és különböző átmérőjű huzalból készül, az elektromágnes rendeltetésétől függően.

A tekercsszigetelés mechanikai sérülésektől való védelme érdekében a tekercset egy vagy több réteg papírral vagy más szigetelőanyaggal borítják. A tekercselés elejét és végét ki kell hozni és a keretre szerelt kimeneti kapcsokhoz, vagy a végén füles flexibilis vezetékekhez kell csatlakoztatni.

Az elektromágneses tekercset lágy, lágyított vasból vagy szilíciummal, nikkellel stb. tartalmazó vasötvözetekből készült magra szerelik. Az ilyen vasban van a legkevesebb maradék. A magokat leggyakrabban egymástól elszigetelt vékony lapokból készítik. A magok alakja az elektromágnes rendeltetésétől függően eltérő lehet.

Ha egy elektromágnes tekercsén elektromos áramot vezetünk át, akkor a tekercs körül mágneses tér képződik, amely mágnesezi a magot. Mivel a mag lágyvasból készült, azonnal mágneses lesz. Ha ezután kikapcsolják az áramot, a mag mágneses tulajdonságai is gyorsan eltűnnek, és megszűnik mágnes lenni. Az elektromágnes pólusait a mágnesszelephez hasonlóan a jobbkéz szabály határozza meg. Ha az elektromágnes tekercsét megváltoztatják, akkor az elektromágnes polaritása ennek megfelelően megváltozik.

Az elektromágnes hatása hasonló az állandó mágneséhez. Azonban nagy különbség van köztük. Az állandó mágnes mindig mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, az elektromágnes pedig csak akkor, ha elektromos áram halad át a tekercsén.

Ezenkívül az állandó mágnes vonzó ereje változatlan, mivel az állandó mágnes mágneses fluxusa változatlan. Az elektromágnes vonzási ereje nem állandó érték. Ugyanaz az elektromágnes különböző vonzóerőkkel bír. Bármely mágnes vonzási ereje a mágneses fluxusának nagyságától függ.

A vonzás ereje és így a mágneses fluxusa az elektromágnes tekercsén áthaladó áram nagyságától függ. Minél nagyobb az áramerősség, annál nagyobb az elektromágnes vonzási ereje, és fordítva, minél kisebb az áram az elektromágnes tekercsében, annál kisebb erővel vonzza magához a mágneses testeket.

De a különböző kialakítású és méretű elektromágnesek vonzási ereje nem csak a tekercsben lévő áram nagyságától függ. Ha például veszünk két azonos szerkezetű és méretű elektromágnest, de az egyiket kis tekercsfordulatszámmal, a másikat pedig sokkal nagyobb számmal, akkor könnyen belátható, hogy azonos áramerősség mellett az utóbbi sokkal nagyobb lesz. Valójában minél több a tekercs menetszáma, adott áram mellett annál nagyobb mágneses tér jön létre e tekercs körül, mivel az minden menet mágneses mezőiből áll. Ez azt jelenti, hogy az elektromágnes mágneses fluxusa és ezáltal vonzási ereje annál nagyobb lesz, minél nagyobb a tekercselés fordulatszáma.

Van egy másik ok, amely befolyásolja az elektromágnesek mágneses fluxusának nagyságát. Ez a mágneses áramkör minősége. A mágneses áramkör egy olyan út, amely mentén a mágneses fluxus bezárul. A mágneses áramkörnek van egy bizonyos mágneses ellenállás. A mágneses ellenállás annak a közegnek a mágneses permeabilitásától függ, amelyen a mágneses fluxus áthalad. Minél nagyobb ennek a közegnek a mágneses permeabilitása, annál kisebb a mágneses ellenállása.

Mivel a m a ferromágneses testek (vas, acél) mágneses permeabilitása sokszorosa a levegő mágneses permeabilitásának, ezért kifizetődőbb úgy elektromágneseket készíteni, hogy azok mágneses köre ne tartalmazzon légmetszeteket. Az elektromágnes tekercselésének áramának és fordulatszámának szorzatát nevezzük magnetomotoros erő. A magnetomotoros erőt az amperfordulatok számával mérjük.

Például egy 1200 fordulatú elektromágnes tekercselése 50 mA áramot vezet. Mágneses mozgatóerő olyan elektromágnes 0,05 x 1200 = 60 amperes fordulat.

A magnetomotoros erő hatása hasonló az elektromotoros erő hatásához egy elektromos áramkörben. Ahogy az EMF elektromos áramot okoz, a magnetomotoros erő mágneses fluxust hoz létre az elektromágnesben. Ahogyan egy elektromos áramkörben az EMF növekedésével az ár növekszik, úgy a mágneses áramkörben a magnetomotoros erő növekedésével nő a mágneses fluxus.

Akció mágneses ellenállás az áramkör elektromos ellenállásának hatásához hasonló. Ahogy az áram csökken az elektromos áramkör ellenállásának növekedésével, úgy a mágneses áramkörben is a mágneses ellenállás növekedése a mágneses fluxus csökkenését okozza.

Az elektromágnes mágneses fluxusának a magnetomotoros erőtől és mágneses ellenállásától való függése az Ohm-törvény képletéhez hasonló képlettel fejezhető ki: magnetomotoros erő \u003d (mágneses fluxus / mágneses ellenállás)

A mágneses fluxus egyenlő a magnetomotoros erő és a mágneses ellenállás osztva.

A tekercs fordulatszáma és az egyes elektromágnesek mágneses ellenállása állandó érték. Ezért egy adott elektromágnes mágneses fluxusa csak a tekercsen áthaladó áram változásával változik. Mivel az elektromágnes vonzási erejét a mágneses fluxusa határozza meg, az elektromágnes vonzási erejének növeléséhez (vagy csökkentéséhez) ennek megfelelően növelni (vagy csökkenteni) kell a tekercsében lévő áramot.

polarizált elektromágnes

A polarizált elektromágnes egy állandó mágnes és egy elektromágnes kombinációja. Úgy van elrendezve. Az állandó mágnes pólusaira úgynevezett lágyvas pólushosszabbítások vannak rögzítve. Mindegyik pólushosszabbítás egy elektromágnes magjaként szolgál, erre egy tekercs van felszerelve. Mindkét tekercs sorba van kötve.

Mivel a pólushosszabbítások közvetlenül az állandó mágnes pólusaihoz vannak rögzítve, mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek még akkor is, ha nincs áram a tekercsekben; ugyanakkor vonzási erejük változatlan, és egy állandó mágnes mágneses fluxusa határozza meg.

A polarizált elektromágnes hatása abban rejlik, hogy amikor az áram áthalad a tekercselésein, a pólusok vonzási ereje a tekercsekben lévő áram nagyságától és irányától függően nő vagy csökken. A polarizált elektromágnes ezen tulajdonságán más elektromos eszközök.

Mágneses tér hatása áramvezető vezetőre

Ha egy vezetőt úgy helyezünk mágneses térbe, hogy merőlegesen helyezkedjen el az erővonalakra, és ezen a vezetőn elektromos áram halad át, akkor a vezető elmozdul és kiszorul a mágneses térből.

A mágneses tér és az elektromos áram kölcsönhatása következtében a vezető mozgásba lendül, azaz az elektromos energia mechanikai energiává alakul.

Az az erő, amellyel a vezető kiszorul a mágneses térből, függ a mágnes mágneses fluxusának nagyságától, a vezetőben lévő áramerősségtől és a vezető azon részének hosszától, amelyet a térvonalak kereszteznek. Ennek az erőnek az iránya, vagyis a vezető mozgási iránya a vezetőben lévő áram irányától függ, és a bal kéz szabály.

Ha bal kezed tenyerét úgy tartod, hogy az tartalmazza a mágneses erővonalakat, és a kinyújtott négy ujj a vezetőben lévő áram iránya felé néz, akkor a behajlított hüvelykujj jelzi a vezető mozgásának irányát.. Ennek a szabálynak az alkalmazásakor emlékeznünk kell arra, hogy a mezővonalak a mágnes északi pólusából jönnek ki.

Elektromágneses jelenségek

Az elektromágneses jelenségek az elektromos áram és a mágneses tér kapcsolatát tükrözik. Minden fizikai törvényük jól ismert, és nem próbáljuk meg kijavítani őket; más a célunk: megmagyarázni e jelenségek fizikai természetét.

Egy dolog már világos előttünk: sem elektromosság, sem mágnesesség nem létezhet elektronok nélkül; és itt jön képbe az elektromágnesesség. Arról is beszéltünk az árammal rendelkező tekercs mágneses teret hoz létre. Időzzünk el az utolsó jelenségnél, és határozzuk meg, hogyan fordul elő.

A tekercset a végéről nézzük, és hagyjuk, hogy az elektromos áram átfolyjon rajta az óramutató járásával ellentétes irányba. Az áram a vezető felületén csúszó elektronok áramlása (csak a felületen - nyitott szívóvályúk). Az elektronok áramlása magával rántja a szomszédos étert, és az óramutató járásával ellentétes irányba is elkezd mozogni. A vezető melletti éter sebességét a vezetőben lévő elektronok sebessége határozza meg, ez pedig az éternyomás különbségétől (a tekercs elektromos feszültségétől) és az áramlási területtől függ. a karmestertől. Az áram által elszállított éter hatással lesz a szomszédos rétegekre, és ezek körben mozognak a tekercsen belül és kívül is. Az örvénylő éter sebessége a következőképpen oszlik meg: legnagyobb értéke természetesen a fordulatok tartományában van; középre tolva egy lineáris törvény szerint csökken, így a középpontban nulla lesz; a kanyaroktól a periféria felé távolodva a sebesség is csökkenni fog, de nem lineáris, hanem bonyolultabb törvény szerint.

Az áram által megcsavart éter-makroörvény elkezdi úgy orientálni az elektronokat, hogy mindegyik addig forog, amíg a forgástengelyek párhuzamosak nem lesznek a tekercs tengelyével; míg a tekercs belsejében az óramutató járásával ellentétes irányban, kívül pedig az óramutató járásával megegyezően forognak; ugyanakkor az elektronok hajlamosak lesznek koaxiális elrendeződésre, azaz mágneses zsinórokban gyűlnek össze. Az elektronorientáció folyamata eltart egy ideig, és ennek befejeztével egy mágneses sugár jelenik meg a tekercs belsejében, az északi pólus felénk, a tekercsen kívül pedig éppen ellenkezőleg, az északi pólus távol lesz tőlünk. Ezzel bebizonyítottuk az elektrotechnikában jól ismert csavar- vagy karikatúra-szabály érvényességét, amely kapcsolatot létesít az áram iránya és az általa keltett mágneses tér iránya között.

A mágneses erőt (erősséget) a mágneses tér minden pontjában az éter sebességének ezen a ponton bekövetkezett változása határozza meg, vagyis a sebesség deriváltja a tekercs fordulataitól való távolság függvényében.: Minél meredekebb a sebességváltozás, annál nagyobb a feszültség. Ha a tekercs mágneses erejét összefüggésbe hozzuk elektromos és geometriai paramétereivel, akkor annak közvetlen függése van az áram nagyságától és fordított függése a tekercs átmérőjétől. Minél nagyobb az áramerősség és minél kisebb az átmérő, annál nagyobb a lehetőség az elektronok összegyűjtésére egy bizonyos forgási irányú zsinórban, és annál nagyobb a tekercs mágneses ereje. Arról már szó esett, hogy a mágneses tér erőssége a közeggel erősíthető vagy gyengíthető.

Az egyenáramú elektromosság mágnesessé alakításának folyamata nem visszafordítható: ha mágnest helyeznek a tekercsbe, akkor nem keletkezik benne áram. A mágnes körül létező makroörvény energiája olyan kicsi, hogy nem tudja rákényszeríteni az elektronokat, hogy a legkisebb ellenállás mellett mozogjanak a fordulatok mentén. Emlékezzünk még egyszer arra, hogy a fordított folyamatban az étermakroörvény közvetítőként csak az elektronokat orientálta, semmi több, vagyis csak a mágneses teret szabályozta, a térerősséget pedig az egyirányúak száma határozta meg. mágneses zsinórok.

Amikor az áram áthalad egy egyenes vezetőn, mágneses tér keletkezik körülötte (26. ábra). Ennek a mezőnek a mágneses erővonalai koncentrikus körök mentén helyezkednek el, amelyek közepén egy áramvezető található.

H
A mágneses erővonalak iránya a gimlet szabály alapján határozható meg. Ha a gimlet transzlációs mozgása (27. ábra) egybeesik a vezetőben folyó áram irányával, akkor a fogantyújának forgása jelzi a vezető körüli mágneses erővonalak irányát. Minél nagyobb az áram, amely áthalad a vezetőn, annál erősebb a körülötte keletkező mágneses tér. Amikor az áram iránya megváltozik, a mágneses tér is megváltoztatja az irányát.

Ahogy távolodik a vezetőtől, a mágneses erővonalak ritkábban jelennek meg.

A mágneses mezők erősítésének módjai. Erős mágneses mezők kis áramerősségnél történő eléréséhez általában növelik az áramvezető vezetékek számát, és fordulatsorok formájában hajtják végre; az ilyen eszközt tekercsnek nevezik.

Egy tekercs alakban hajlított vezető esetén (28. ábra, a) a vezető összes szakasza által alkotott mágneses mezők azonos irányúak lesznek a tekercsen belül. Ezért a tekercs belsejében a mágneses tér intenzitása nagyobb lesz, mint az egyenes vonalú vezető körül. Egyesítéskor tekercssé alakul, mágneses mezők, s
egyedi fordulatokkal létrejött, összeadódnak (28. ábra, b) és ezek erővonalai közös mágneses fluxusba kapcsolódnak. Ebben az esetben a tekercsen belüli erővonalak koncentrációja nő, vagyis a benne lévő mágneses tér megnő. Minél több áram halad át a tekercsen, és minél több fordulattal rendelkezik, annál erősebb a tekercs által létrehozott mágneses tér.

Az áram által keringtetett tekercs mesterséges elektromos mágnes. A mágneses tér fokozására egy acélmagot helyeznek a tekercs belsejébe; az ilyen eszközt elektromágnesnek nevezik.

O

a tekercs vagy tekercs által keltett mágneses tér irányának korlátozásához használhatja a jobb kezét (29. ábra) és egy karmantyút (30. ábra).

18. Különféle anyagok mágneses tulajdonságai.

Minden anyag, a mágneses tulajdonságoktól függően, három csoportra osztható: ferromágneses, paramágneses és diamágneses.

A ferromágneses anyagok közé tartozik a vas, a kobalt, a nikkel és ötvözeteik. Magas mágneses permeabilitással rendelkeznek µ és jól vonzódik a mágnesekhez és az elektromágnesekhez.

A paramágneses anyagok közé tartozik az alumínium, ón, króm, mangán, platina, volfrám, vassók oldata stb. A paramágneses anyagokat a ferromágneses anyagoknál sokszor gyengébb mágnesek és elektromágnesek vonzzák.

A diamágneses anyagokat nem vonzzák a mágnesek, hanem éppen ellenkezőleg, taszítják. Ide tartozik a réz, ezüst, arany, ólom, cink, gyanta, víz, a legtöbb gáz, levegő stb.

A ferromágneses anyagok mágneses tulajdonságai. A ferromágneses anyagokat mágnesezhetőségük miatt széles körben használják elektromos gépek, egyéb elektromos berendezésekben lévő eszközök gyártásában.

Mágnesezési görbe. A ferromágneses anyag mágnesezési folyamata mágnesezési görbeként ábrázolható (31. ábra), amely az indukció függősége. NÁL NÉL a feszültségtől H mágneses mező (mágnesező áramból én ).

A mágnesezési görbe három részre osztható: Oh-ah , amelyen a mágneses indukció a mágnesező árammal csaknem arányosan növekszik; a-b , amelyen a mágneses indukció növekedése lelassul, és a mágneses telítési terület a ponton túl b , ahol függőség NÁL NÉL tól től H ismét egyenes vonalúvá válik, de a mágneses indukció lassú növekedése jellemzi a térerősség növekedésével.

P
ferromágneses anyagok újramágnesezése, hiszterézis hurok. A ferromágneses anyagok mágnesezettségének megfordításának folyamata különösen az elektromos gépeknél és a váltakozó áramú berendezésekben nagy gyakorlati jelentőséggel bír. ábrán A 32. ábra egy ferromágneses anyag mágnesezése és lemágnesezése során bekövetkező indukció változásának grafikonját mutatja (a mágnesező áram változásával én . Amint az ebből a grafikonból látható, a mágneses térerősség azonos értékeinél a ferromágneses test lemágnesezésével kapott mágneses indukció (szakasz a B C ), több indukció érhető el a mágnesezés során (szakaszok Oh-ah és Igen ). Amikor a mágnesező áramot nullára csökkentjük, a ferromágneses anyagban az indukció nem csökken nullára, de megtart valamilyen értéket NÁL NÉL r szegmensnek megfelelő Ról ről . Ezt az értéket hívják maradék indukció.

A mágneses térerősség megfelelő változásaiból eredő mágneses indukció változásának késleltetését vagy késleltetését mágneses hiszterézisnek nevezzük, és a mágneses tér megőrzését egy ferromágneses anyagban, miután a mágnesező áram áramlása leáll. maradék mágnesesség.

P
A mágnesező áram irányának megváltoztatásával lehetséges a ferromágneses test teljes lemágnesezése és a benne lévő mágneses indukció nullára állítása. Fordított feszültség H val vel , amelynél a ferromágneses anyagban az indukció nullára csökken, az úgynevezett kényszerítő erő. ív Oh-ah , amelyet azzal a feltétellel kapunk, hogy a ferromágneses anyagot előzőleg lemágnesezték, kezdeti mágnesezési görbének nevezzük. Az indukciós görbét ún hiszterézis hurok.

A ferromágneses anyagok hatása a mágneses tér eloszlására. Ha egy ferromágneses anyagból álló testet mágneses térbe helyezünk, akkor a mágneses erővonalak derékszögben lépnek be és távoznak belőle. Magában a testben és körülötte erővonalak kondenzációja következik be, vagyis a test belsejében és közelében megnő a mágneses tér indukciója. Ha egy ferromágneses testet gyűrű formájában készítenek, akkor a mágneses erővonalak gyakorlatilag nem hatolnak be a belső üregébe (33. ábra), és a gyűrű mágneses képernyőként szolgál, amely megvédi a belső üreget egy mágneses mező. A ferromágneses anyagok ezen tulajdonságán alapul az elektromos mérőműszereket, elektromos kábeleket és egyéb elektromos eszközöket a külső mágneses mezők káros hatásaitól védő különféle képernyők működése.

Számítsuk ki a végtelen hosszúságú vékony, egyenes vezetéken átfolyó áram által létrehozott mezőt.

Mágneses tér indukció tetszőleges pontban DE(6.12. ábra) a vezetőelem által létrehozott d l , egyenlő lesz

Rizs. 6.12. Egyenes vezető mágneses tere

A különböző elemekből származó mezők iránya azonos (a sugarú kört érintőlegesen). R a vezetőre merőleges síkban fekvő). Tehát összeadhatjuk (integrálhatjuk) az abszolút értékeket

Expressz rés sin az integrációs változón keresztül l

Ezután a (6.7) átírásra kerül a formába

És így,

Egy végtelen hosszú egyenes vonalú áramvezető vezető mágneses terének erővonalainak mintázata a 1. ábrán látható. 6.13.

Rizs. 6.13. Egyenes vonalú vezető erőterének mágneses erővonalai árammal:
1 - oldalnézet; 2, 3 - a vezető metszete a vezetőre merőleges síkkal

Rizs. 6.14. Az áram irányának megjelölése a vezetőben

Az ábra síkjára merőleges vezetőben az áram irányának jelzésére a következő jelölést használjuk (6.14. ábra):

Emlékezzünk vissza egy lineáris töltéssűrűséggel töltött vékony izzószál elektromos térerősségének kifejezésére

A kifejezések hasonlósága nyilvánvaló: az izzószál távolságától (áramtól) azonos a függőségünk, a lineáris töltéssűrűséget felváltotta az áramerősség. De a mezők iránya eltérő. Egy izzószál esetében az elektromos tér a sugarak mentén irányul. Egy végtelen egyenes vonalú vezető mágneses terének erővonalai árammal a vezetőt lefedő koncentrikus körök rendszerét alkotják. Az erővonalak irányai jobb oldali rendszert alkotnak az áram irányával.

ábrán 6.15 bemutatja a mágneses erővonalak eloszlásának tanulmányozásának tapasztalatait egy egyenes vonalú áramvezető vezeték körül. Egy vastag rézvezetőt vezetnek át egy átlátszó lemezen lévő lyukakon, amelyre vasreszeléket öntenek. A 25 A-es egyenáram bekapcsolása és a lemez megkopogtatása után a fűrészpor láncokat képez, amelyek megismétlik a mágneses erővonalak alakját.

A lemezre merőleges egyenes vezeték körül gyűrűs erővonalak figyelhetők meg, amelyek a legsűrűbben a vezeték közelében helyezkednek el. Ahogy távolodsz tőle, a mező csökken.

Rizs. 6.15. Egyenes vezető körüli mágneses erővonalak megjelenítése

ábrán A 6.16 kísérleteket mutat be a mágneses erővonalak eloszlásának tanulmányozására a kartonlemezt keresztező vezetékek körül. A lemezre szórt vasreszelék a mágneses erővonalak mentén sorakoznak.