Sul campo magnetico, solenoidi ed elettromagneti

Campo magnetico della corrente elettrica

Il campo magnetico non è solo creato da naturale o artificiale magneti permanenti, ma anche conduttore se attraversato da corrente elettrica. Pertanto, esiste una connessione tra fenomeni magnetici ed elettrici.

Non è difficile assicurarsi che attorno al filo attraverso il quale scorre la corrente si formi un campo magnetico. Posizionare un filo dritto sopra l'ago magnetico mobile parallelo ad esso e far passare una corrente elettrica attraverso di esso. La freccia assumerà una posizione perpendicolare al filo.

Quali forze potrebbero far ruotare l'ago magnetico? Ovviamente, la forza del campo magnetico creato attorno al filo. Spegnere l'alimentazione e l'ago magnetico tornerà alla sua posizione normale. Ciò suggerisce che quando la corrente viene interrotta, anche il campo magnetico del filo scompare.

Pertanto, la corrente elettrica che passa attraverso il filo crea un campo magnetico. Per scoprire in quale direzione devierà l'ago magnetico, applica la regola della mano destra.Se si pone la mano destra sul filo, con il palmo rivolto verso il basso, in modo che la direzione della corrente coincida con la direzione delle dita, allora il pollice piegato indicherà la direzione di deflessione del polo nord dell'ago magnetico posto sotto il filo . Usando questa regola e conoscendo la polarità della freccia, puoi anche determinare la direzione della corrente nel filo.

Un campo igneo filo rettilineo ha la forma di cerchi concentrici. Se metti la mano destra sul filo, con il palmo rivolto verso il basso, in modo che la corrente scorra dalle dita, il pollice piegato indicherà il polo nord dell'ago magnetico, un tale campo è chiamato campo magnetico circolare.

La direzione delle linee di forza del campo circolare dipende da direzioni della corrente elettrica nel conduttore ed è determinato dalla cosiddetta regola cardanica. Se il gimbal è attorcigliato mentalmente nella direzione della corrente, la direzione di rotazione della sua maniglia coinciderà con la direzione delle linee del campo magnetico del campo. Applicando questa regola, puoi scoprire la direzione della corrente nel filo se conosci la direzione delle linee di campo del campo creato da quella corrente.

Tornando all'esperimento dell'ago magnetico, puoi assicurarti che sia sempre posizionato con l'estremità nord nella direzione delle linee del campo magnetico.

Pertanto, un campo magnetico si forma attorno a un filo rettilineo attraverso il quale passa una corrente elettrica. Ha la forma di cerchi concentrici ed è chiamato campo magnetico circolare.

Suole ecc. Campo magnetico del solenoide

Un campo magnetico si forma attorno a qualsiasi filo, indipendentemente dalla sua forma, a condizione che una corrente elettrica scorra attraverso il filo.

V ingegneria elettrica di cui ci occupiamo diversi tipi di bobinecostituito da un numero di giri.Per studiare il campo magnetico della bobina di interesse, consideriamo prima quale forma ha il campo magnetico di una spira.

Immagina una bobina di filo spesso che attraversa un pezzo di cartone e collegata a una fonte di alimentazione. Quando una corrente elettrica passa attraverso la bobina, attorno a ogni singola parte della bobina si forma un campo magnetico circolare. Secondo la regola del «gimbal», è facile determinare che le linee del campo magnetico all'interno della spira hanno la stessa direzione (verso di noi o in allontanamento da noi, a seconda della direzione della corrente nella spira) ed escono da un lato dell'anello ed entrare dall'altro lato Una serie di tali bobine, a forma di spirale, è un cosiddetto solenoide (bobina).

Attorno al solenoide si forma un campo magnetico quando la corrente lo attraversa. Si ottiene sommando i campi magnetici di ogni giro e nella forma ricorda il campo magnetico di un magnete rettilineo. Le linee del campo magnetico del solenoide, come con un magnete rettilineo, lasciano un'estremità del solenoide e ritornano all'altra. All'interno del solenoide hanno lo stesso verso. Pertanto, le estremità del solenoide sono polarizzate. L'estremità da cui escono le linee elettriche è il Polo Nord del solenoide e l'estremità da cui entrano le linee elettriche è il suo Polo Sud.

I poli del solenoide possono essere determinati dalla regola della mano destra, ma per questo è necessario conoscere la direzione della corrente nei suoi giri. Se metti la mano destra sul solenoide, con il palmo rivolto verso il basso, in modo che la corrente scorra dalle dita, allora il pollice piegato indicherà il polo nord del solenoide... Da questa regola ne consegue che la polarità del solenoide dipende sulla direzione della corrente in esso.Questo è facile da verificare in pratica portando un ago magnetico su uno dei poli del solenoide e poi cambiando la direzione della corrente nel solenoide. La freccia ruoterà immediatamente di 180 °, cioè mostrerà che i poli del solenoide sono cambiati.

Il solenoide ha la capacità di attirare nei polmoni oggetti utili. Se un'asta d'acciaio viene inserita all'interno del solenoide, dopo qualche tempo, sotto l'influenza del campo magnetico del solenoide, l'asta verrà magnetizzata. Questo metodo è utilizzato nella produzione magneti permanenti.

Elettromagneti

Elettromagnete è una bobina (solenoide) con un nucleo di ferro posto al suo interno. Le forme e le dimensioni degli elettromagneti sono diverse, ma la struttura generale di tutti è la stessa.

La bobina di un elettromagnete è un telaio realizzato molto spesso in cartone pressato o fibra e ha forme diverse a seconda dello scopo dell'elettromagnete. Un filo isolato in rame è avvolto sul telaio in più strati: la bobina dell'elettromagnete. Ha un numero diverso di giri ed è realizzato con fili di diverso diametro, a seconda dello scopo dell'elettromagnete.

Per proteggere l'isolamento della bobina da danni meccanici, la bobina è ricoperta da uno o più strati di carta o altro materiale isolante. L'inizio e la fine dell'avvolgimento vengono portati fuori e collegati ai terminali di uscita fissati sul telaio oa fili flessibili con orecchie alle estremità.

La bobina dell'elettromagnete è montata su un nucleo di ferro dolce ricotto o leghe di ferro con silicio, nichel, ecc. Questo ferro ha il minor residuo magnetismo... I nuclei sono spesso costituiti da fogli sottili, isolati l'uno dall'altro.Le forme del nucleo possono essere diverse, a seconda dello scopo dell'elettromagnete.

Se una corrente elettrica passa attraverso la bobina di un elettromagnete, attorno alla bobina si forma un campo magnetico che magnetizza il nucleo. Poiché il nucleo è in ferro dolce, verrà immediatamente magnetizzato. Se poi spegni la corrente, anche le proprietà magnetiche del nucleo scompariranno rapidamente e cesserà di essere un magnete. I poli di un elettromagnete, come un solenoide, sono determinati dalla regola della mano destra. Se nella bobina dell'elettromagnete egmEat direzione attuale, allora la polarità dell'elettromagnete cambierà di conseguenza.

L'azione di un elettromagnete è simile a quella di un magnete permanente. Tuttavia, c'è una grande differenza tra i due. Un magnete permanente è sempre magnetico e un elettromagnete solo quando una corrente elettrica passa attraverso la sua bobina.

Inoltre, la forza di attrazione del magnete permanente rimane invariata, poiché il flusso magnetico di un magnete permanente rimane invariato. La forza di attrazione di un elettromagnete non è costante, lo stesso elettromagnete può avere gravità diversa. La forza di attrazione di qualsiasi magnete dipende dalla grandezza del suo flusso magnetico.

L'attrazione di un elettromagnete di limo, e quindi il suo flusso magnetico, dipende dall'entità della corrente che passa attraverso la bobina di questo elettromagnete. Maggiore è la corrente, maggiore è la forza di attrazione dell'elettromagnete e, viceversa, minore è la corrente nella bobina dell'elettromagnete, minore è la forza che attrae a sé i corpi magnetici.

Ma per elettromagneti di diverso design e dimensione, la forza della loro attrazione dipende non solo dall'entità della corrente nella bobina.Se, ad esempio, prendiamo due elettromagneti dello stesso dispositivo e dimensione, ma uno con un piccolo numero di spire e l'altro con un numero molto maggiore, allora è facile vedere che alla stessa corrente la forza di attrazione di quest'ultimo sarà molto maggiore. Infatti, maggiore è il numero delle spire, maggiore, ad una data corrente, è il campo magnetico creato intorno a quella spira, poiché è costituito dai campi magnetici di ogni spira. Ciò significa che il flusso magnetico dell'elettromagnete e, di conseguenza, la forza della sua attrazione sarà maggiore, maggiore è il numero di giri della bobina.

C'è un altro motivo che influenza l'entità del flusso magnetico di un elettromagnete. Questa è la qualità del suo circuito magnetico. Un circuito magnetico è il percorso lungo il quale si chiude il flusso magnetico. Il circuito magnetico ha una certa resistenza magnetica... La resistenza magnetica dipende dalla permeabilità magnetica del mezzo attraverso il quale passa il flusso magnetico. Maggiore è la permeabilità magnetica di questo mezzo, minore è la sua resistenza magnetica.

Poiché la permeabilità magnetica dei corpi ferromagnetici (ferro, acciaio) è molte volte maggiore della permeabilità magnetica dell'aria, è quindi più vantaggioso realizzare elettromagneti in modo che il loro circuito magnetico non contenga sezioni d'aria. Viene chiamato il prodotto della forza della corrente e il numero di giri della bobina dell'elettromagnete forza magnetomotrice... La forza magnetomotrice è misurata dal numero di ampere-giri.

Ad esempio, una corrente di 50 mA scorre attraverso la bobina di un elettromagnete con 1200 spire. Forza magnetomotrice di tale elettromagnete pari a 0,05 NS 1200 = 60 ampere.

L'azione della forza magnetomotrice è simile all'azione della forza elettromotrice in un circuito elettrico. Proprio come EMF è la causa della corrente elettrica, la forza magnetomotrice crea un flusso magnetico in un elettromagnete. Proprio come in un circuito elettrico, all'aumentare dell'EMF, aumenta il valore della corrente, così in un circuito magnetico, all'aumentare della forza magnetomotrice, aumenta il flusso magnetico.

Azione di resistenza magnetica simile all'azione della resistenza del circuito elettrico. Proprio come quando la resistenza di un circuito elettrico aumenta, la corrente diminuisce, così in un circuito magnetico, un aumento della resistenza magnetica provoca una diminuzione del flusso magnetico.

La dipendenza del flusso magnetico di un elettromagnete dalla forza magnetomotrice e dalla sua resistenza magnetica può essere espressa da una formula simile alla formula della legge di Ohm: forza magnetomotrice = (flusso magnetico / riluttanza)

Il flusso magnetico è uguale alla forza magnetomotrice divisa per la riluttanza.

Il numero di spire della bobina e la resistenza magnetica per ciascun elettromagnete è un valore costante. Pertanto, il flusso magnetico di un dato elettromagnete cambia solo con una variazione della corrente che scorre attraverso la bobina. Poiché la forza di attrazione di un elettromagnete è determinata dal suo flusso magnetico, per aumentare (o diminuire) la forza di attrazione di un elettromagnete, è necessario aumentare (o diminuire) di conseguenza la corrente nella sua bobina.

Elettromagnete polarizzato

Un elettromagnete polarizzato è l'accoppiamento di un magnete permanente a un elettromagnete. È disposto in questo modo: le cosiddette estensioni dei poli di ferro dolce sono attaccate ai poli del magnete permanente.Ogni polo funge da nucleo elettromagnetico su cui è posizionata una bobina con una bobina. Entrambe le bobine sono collegate in serie.

Poiché le estensioni polari sono collegate direttamente ai poli di un magnete permanente, hanno proprietà magnetiche anche in assenza di corrente nelle bobine; allo stesso tempo, la loro forza di attrazione è invariata ed è determinata dal flusso magnetico di un magnete permanente.

L'azione di un elettromagnete polarizzato è che mentre la corrente scorre attraverso le sue bobine, la forza di attrazione dei suoi poli aumenta o diminuisce a seconda dell'intensità e della direzione della corrente nelle bobine. Questa proprietà di un elettromagnete polarizzato si basa sull'azione relè polarizzato elettromagnetico e altri dispositivi elettrici.

L'azione di un campo magnetico su un conduttore percorso da corrente

Se un filo viene posizionato in un campo magnetico in modo che sia perpendicolare alle linee del campo e una corrente elettrica passa attraverso quel filo, il filo inizierà a muoversi e ad essere spinto dal campo magnetico.

Come risultato dell'interazione del campo magnetico con la corrente elettrica, il conduttore inizia a muoversi, cioè l'energia elettrica viene convertita in energia meccanica.

La forza con cui il filo viene respinto dal campo magnetico dipende dall'intensità del flusso magnetico del magnete, dalla corrente nel filo e dalla lunghezza della porzione di filo attraversata dalle linee di forza. La direzione di azione di questa forza, cioè la direzione del movimento del conduttore, dipende dalla direzione della corrente nel conduttore ed è determinata dalla regola della mano sinistra.

Se tieni il palmo della mano sinistra in modo che le linee del campo magnetico vi entrino e le quattro dita estese siano girate nella direzione della corrente nel conduttore, il pollice piegato indicherà la direzione del movimento del conduttore ... Nell'applicare questa regola, devi ricordare che le linee di campo si estendono dal polo nord del magnete.