Магнитное поле электрического тока

Магнитное поле создается не только естественными либо искусственными постоянными магнитами, но и проводником, если по нему проходит электрический ток. Как следует, существует связь меж магнитными и электронными явлениями.

Убедиться в том, что вокруг проводника, по которому проходит ток, появляется магнитное поле, несложно. Над подвижной магнитной стрелкой параллельно ей расположите прямолинейный проводник и пропустите через него электрический ток. Стрелка займет положение, перпендикулярное проводнику.

Какие же силы могли вынудить обернуться магнитную стрелку? Разумеется, силы магнитного поля, появившегося вокруг проводника. Выключите ток, и магнитная стрелка займет свое обычное положение. Это гласит о том, что с выключением тока пропало и магнитное поле проводника.

Таким образом, проходящий по проводнику электрический ток делает магнитное поле. Чтоб выяснить, в какую сторону отклонится магнитная стрелка, используют правило правой руки. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтоб направление тока совпадало с направлением пальцев, то отогнутый большой палец покажет направление отличия северного полюса магнитной стрелки, помещенной под проводником. Пользуясь этим правилом и зная полярность стрелки, можно найти также направление тока в проводнике.

Магнитное поле проводника имеет форму концентрических кругов. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтоб ток вроде бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс магнитной стрелки. Такое поле именуется радиальным магнитным полем.

Направление силовых линий радиального поля находится в зависимости от направления электронного тока в проводнике и определяется так именуемым правилом «буравчика». Если буравчик образно ввинчивать по направлению тока, то направление вращения его руки будет совпадать с направлением магнитных силовых линий поля. Применяя это правило, можно выяснить направление тока в проводнике, если понятно направление силовых линий поля, сделанного этим током.

Возвращаясь к опыту с магнитной стрелкой, можно убедиться в том, что она всегда размещается своим северным концом по направлению силовых линий магнитного поля.

Итак, вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, появляется магнитное поле. Оно имеет форму концентрических кругов и именуется радиальным магнитным полем.

Соленоид. Магнитное поле соленоида

Магнитное поле появляется вокруг любого проводника независимо от его формы при условии, что по проводнику проходит электрический ток.

В электротехнике мы имеем дело с различного рода катушками, состоящими из ряда витков. Для исследования интересующего нас магнитного поля катушки разсмотрим поначалу, какую форму имеет магнитное поле 1-го витка.

Представим себе виток толстого провода, пронизывающий лист картона и присоединенный к источнику тока. Когда через виток проходит электрический ток, то вокруг каждой отдельной части витка появляется радиальное магнитное поле. По правилу «буравчика» несложно найти, что магнитные силовые полосы внутри витка имеют однообразное направление (к нам либо от нас, зависимо от направления тока в витке), при этом они выходят с одной стороны витка и входят в другую сторону. Ряд таких витков, имеющий форму спирали, представляет собой так именуемый соленоид (катушку).

Вокруг соленоида, при прохождении через него тока, появляется магнитное поле. Оно выходит в итоге сложения магнитных полей каждого витка и по форме припоминает магнитное поле прямолинейного магнита. Силовые полосы магнитного поля соленоида, так же как и в прямолинейном магните, выходят из 1-го конца соленоида и входят в другой. Внутри соленоида они имеют однообразное направление. Таким образом, концы соленоида владеют полярностью. Тот конец, из которого выходят силовые полосы, является северным полюсом соленоида, а конец, в который силовые полосы входят, — его южным полюсом.

Полюса соленоида можно найти по правилу правой руки, но для этого нужно знать направление тока в его витках. Если наложить на соленоид правую руку ладонью вниз, так чтоб ток вроде бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс соленоида. Из этого правила следует, что полярность соленоида находится в зависимости от направления тока в нем. В этом несложно убедиться фактически, поднеся к одному из полюсов соленоида магнитную стрелку и потом изменив направление тока в соленоиде. Стрелка мгновенно оборотится на 180°, т. е. укажет на то, что полюсы соленоида поменялись.

Соленоид обладает свойством втягивать в себя легкие железные предметы. Если вовнутрь соленоида поместить металлической брусок, то через некое время под действием магнитного поля соленоида брусок намагнитится. Этот метод используют при изготовлении постоянных магнитов.

Электромагниты

Электромагнит представляет собой катушку (соленоид) с помещенным вовнутрь нее стальным сердечником. Формы и размеры электромагнитов многообразны, но общее устройство их всех идентично.

Катушка электромагнита представляет собой каркас, сделанный в большинстве случаев из прессшпана либо фибры и имеющий разные формы зависимо от предназначения электромагнита. На каркас намотана в пара слоев медная изолированная проволока — обмотка электромагнита. Она имеет различное число витков и изготовляется из проволоки различного сечения, зависимо от предназначения электромагнита.

Для предохранения изоляции обмотки от механических повреждений обмотку покрывают одним либо несколькими слоями бумаги либо любым другим изолирующим материалом. Начало и конец обмотки выводят наружу и присоединяют к выводным клеммам, укрепленным на каркасе, либо к гибким проводникам с наконечниками на концах.

Катушка электромагнита надета на сердечник из мягкого, отожженного железа либо сплавов железа с кремнием, никелем и т. д. Такое железо обладает минимальным остаточным магнетизмом. Сердечники в большинстве случаев делают составными из тонких листов, изолированных друг от друга. Формы сердечников могут быть разными, зависимо от предназначения электромагнита.

Если по обмотке электромагнита пропустить электрический ток, то вокруг обмотки появляется магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Так как сердечник изготовлен из мягкого железа, то он намагнитится моментально. Если потом выключить ток, то магнитные характеристики сердечника также быстро пропадут, и он перестанет быть магнитом. Полюсы электромагнита, как и соленоида, определяются по правилу правой руки. Если в обмотке электромагнита изменить направление тока, то в согласовании с этим поменяется и полярность электромагнита.

Действие электромагнита подобно действию постоянного магнита. Но между ними есть большая разница. Постоянный магнит всегда обладает магнитными качествами, а электромагнит — только тогда, когда по его обмотке проходит электрический ток.

Не считая этого, сила притяжения постоянного магнита неизменна, потому что неизменен магнитный поток постоянного магнита. Сила же притяжения электромагнита не является величиной неизменной. Один и тот же электромагнит может владеть различной силой притяжения. Сила притяжения любого магнита находится в зависимости от величины его магнитного потока.

Сила притяжения электромагнита, а как следует, и его магнитный поток зависят от величины тока, проходящего через обмотку этого электромагнита. Чем больше ток, тем больше сила притяжения электромагнита, и, напротив, чем меньше ток в обмотке электромагнита, тем с наименьшей силой он притягивает к для себя магнитные тела.

Но для разных по собственному устройству и размерам электромагнитов сила их притяжения зависит не только лишь от величины тока в обмотке. Если, к примеру, взять два электромагнита схожего устройства и размеров, но один с маленьким числом витков обмотки, а другой — с большим, то несложно убедиться, что при одном и том же токе сила притяжения последнего будет еще больше. Правда, чем больше число витков обмотки, тем большее при данном токе создается вокруг этой обмотки магнитное поле, потому что оно слагается из магнитных полей каждого витка. Это означает, что магнитный поток электромагнита, а как следует, и сила его притяжения будут тем больше, чем большее количество витков имеет обмотка.

Еще есть одна причина, влияющая на величину магнитного потока электромагнита это — качество его магнитной цепи. Магнитной цепью именуется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь обладает определенным магнитным сопротивлением. Магнитное сопротивление находится в зависимости от магнитной проницаемости среды, через которую проходит магнитный поток. Чем больше магнитная проницаемость этой среды, тем меньше ее магнитное сопротивление.

Так как магнитная проницаемость ферромагнитных тел (железа, стали) во много раз больше магнитной проницаемости воздуха, потому необходимо делать электромагниты так, чтоб их магнитная цепь не содержала внутри себя воздушных участков. Произведение силы тока на число витков обмотки электромагнита именуется магнитодвижущей силой. Магнитодвижущая сила измеряется числом ампер-витков.

К примеру, по обмотке электромагнита, имеющего 1200 витков, проходит ток силой 50 ма. Магнитодвижущая сила такового электромагнита равна 0,05 х 1200 = 60 ампер-витков.

Действие магнитодвижущей силы аналогично действию электродвижущей силы в электронной цепи. Подобно тому как ЭДС является предпосылкой появления электронного тока, магнитодвижущая сила делает магнитный поток в электромагните. Точно так же, как в электронной цепи с повышением ЭДС возрастает ток в цени, так и в магнитной цепи с повышением магнитодвижущей силы возрастает магнитный поток.

Действие магнитного сопротивления аналогично действию электронного сопротивления цепи. Как с повышением сопротивления электронной цепи миниатюризируется ток, так и в магнитной цепи повышение магнитного сопротивления вызывает уменьшение магнитного потока.

Зависимость магнитного потока электромагнита от магнитодвижущей силы и его магнитного сопротивления можно выразить формулой, аналогичной формуле закона Ома: магнитодвижущая сила = (магнитный поток/ магнитное сопротивление)

Магнитный поток равен магнитодвижущей силе, деленной на магнитное сопротивление.

Число витков обмотки и магнитное сопротивление для каждого электромагнита есть величина неизменная. Потому магнитный поток данного электромагнита меняется только с конфигурацией тока, проходящего по обмотке. Потому что сила притяжения электромагнита обусловливается его магнитным потоком, то, чтоб прирастить (либо уменьшить) силу притяжения электромагнита, нужно соответственно прирастить (либо уменьшить) ток в его обмотке.

Поляризованный электромагнит

Поляризованный электромагнит представляет собой соединение постоянного магнита с электромагнитом. Он устроен следующим образом. К полюсам постоянного магнита прикреплены так называемые полюсные надставки из мягкого железа. Любая полюсная надставка служит сердечником электромагнита, на нее насаживается катушка с обмоткой. Обе обмотки соединяются между собой поочередно.

Так как полюсные надставки конкретно присоединены к полюсам постоянного магнита, то они владеют магнитными качествами и при отсутствии тока в обмотках; при всем этом сила притяжения их неизменна и обусловливается магнитным потоком постоянного магнита.

Действие поляризованного электромагнита состоит в том, что при прохождении тока по его обмоткам сила притяжения его полюсов растет либо уменьшается зависимо от величины и направления тока в обмотках. На этом свойстве поляризованного электромагнита основано действие электрических поляризованных реле и других электротехнических устройств.

Действие магнитного поля на проводник с током

Если в магнитное поле поместить проводник так, чтоб он был размещен перпендикулярно силовым линиям поля, и пропустить по этому проводнику электрический ток, то проводник придет в движение и будет выталкиваться из магнитного поля.

В итоге взаимодействия магнитного поля с электрическим током проводник приходит в движение, т. е. электрическая энергия преобразуется в механическую.

Сила, с которой проводник выталкивается из магнитного поля, находится в зависимости от величины магнитного потока магнита, силы тока в проводнике и длины той части проводника, которую пересекают силовые полосы поля. Направление действия этой силы, т. е. направление движения проводника, находится в зависимости от направления тока в проводнике и определяется по правилу левой руки.

Если держать ладонь левой руки так, чтоб в нее входили магнитные силовые полосы поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника. Применяя это правило, нужно помнить, что силовые полосы поля выходят из северного полюса магнита.