Соленоид. Соленоидно магнитно поле
Магнитно поле възниква около всеки проводник, независимо от неговата форма, при условие че през него преминава електрически ток.
В електротехниката имаме работа с различни видове намотки, състоящи се от няколко навивки. За да изследваме магнитното поле на намотката, която ни интересува, първо разглеждаме каква форма има магнитното поле на един завой.
Представете си намотка от дебела тел, която прониква през лист картон и е свързана към източник на ток. Когато електрически ток преминава през намотка, около всяка отделна част от намотката се образува кръгово магнитно поле. Съгласно правилото на „Gimlet“ е лесно да се определи, че магнитните силови линии вътре в намотката имат една и съща посока (към или далеч от нас, в зависимост от посоката на тока в намотката) и те излизат от едната страна на намотката и влизат от другата страна. Поредица от такива намотки, имащи формата на спирала, представлява така наречениясоленоид (намотка).
Около соленоида, когато през него преминава ток, се образува магнитно поле. Получава се чрез събиране на магнитните полета на всяка бобина и наподобява по форма магнитното поле на праволинеен магнит. Силовите линии на магнитното поле на соленоида, както и в праволинейния магнит, излизат от единия край на соленоида и се връщат в другия. Вътре в соленоида те имат една и съща посока. По този начин краищата на соленоида имат полярност. Краят, от който излизат силовите линии, есеверният полюс на соленоида, а краят, в който влизат силовите линии, е неговиятюжен полюс.
Полюсите на соленоида могат да се определят чрезправилото на дясната ръка, но за това трябва да знаете посоката на тока в неговите завои.Ако поставите дясната си ръка върху соленоида с дланта надолу, така че токът да изглежда, че излиза от пръстите, тогава свитият палецсочи към северния полюс на соленоида. От това правило следва, че полярността на соленоида зависи от посоката на тока в него. Лесно е да се провери това на практика, като се постави магнитна стрелка към един от полюсите на соленоида и след това се промени посоката на тока в соленоида. Стрелката моментално ще се завърти на 180°, т.е. ще покаже, че полюсите на соленоида са се променили.
Соленоидът има свойството да привлича леки железни предмети в себе си. Ако вътре в соленоида се постави стоманена пръчка, след известно време, под въздействието на магнитното поле на соленоида, прътът ще се намагнетизира. Този метод се използва при производството на постоянни магнити.
Електромагнити
Електромагнитът е намотка (соленоид) с желязна сърцевина, поставена вътре в нея. Формите и размерите на електромагнитите са разнообразни, но общото разположение на всички е едно и също.
Намотката на електромагнита е рамка, най-често изработена от пресован картон или влакна, и има различни форми в зависимост от предназначението на електромагнита. Медна изолирана жица е навита върху рамката на няколко слоя - намотката на електромагнит. Той има различен брой навивки и е направен от тел с различни диаметри, в зависимост от предназначението на електромагнита.
За да се предпази изолацията на намотката от механични повреди, намотката е покрита с един или повече слоя хартия или някакъв друг изолационен материал. Началото и краят на намотката се извеждат и свързват към изходните клеми, монтирани на рамката, или към гъвкави проводници с накрайници в краищата.
Електромагнитната намотка е монтирана върху сърцевина, направена от меко, отгрято желязо или железни сплави със силиций, никел и др. Такова желязо има най-нисък остатъчен магнетизъм. Сърцата са най-честоизработени от тънки листове, изолирани един от друг. Формата на сърцевините може да бъде различна в зависимост от предназначението на електромагнита.
Ако електрически ток премине през намотката на електромагнит, тогава около намотката се образува магнитно поле, което магнетизира ядрото. Тъй като сърцевината е направена от меко желязо; тогава ще се магнетизира мигновено. Ако след това токът бъде изключен, магнитните свойства на ядрото също бързо ще изчезнат и то ще престане да бъде магнит. Полюсите на електромагнит, подобно на соленоид, се определят от правилото на дясната ръка. Ако посоката на тока в намотката на електромагнита се промени, тогава полярността на електромагнита ще се промени съответно.
Действието на електромагнита е подобно на това на постоянния магнит. Между тях обаче има голяма разлика.Постоянният магнит винаги е магнитен, но електромагнитът е магнитен само когато през намотката му протича електрически ток.
В допълнение, силата на привличане на постоянния магнит е непроменена, тъй като магнитният поток на постоянния магнит е непроменен. Силата на привличане на електромагнита не е постоянна стойност. Един и същ електромагнит може да има различни притегателни сили.Силата на привличане на всеки магнит зависи от големината на неговия магнитен поток.
Силата на привличане на електромагнита и следователно неговият магнитен поток зависи от големината на тока, преминаващ през намотката на този електромагнит. Колкото по-голям е токът, толкова по-голяма е силата на привличане на електромагнита и, обратно, колкото по-малък е токът в намотката на електромагнита, толкова по-малко сила привлича магнитните тела към себе си.
Но за електромагнити с различен дизайн и размер силата на тяхното привличане зависи не само от големината на тока в намотката. Ако например вземем два еднакви електромагнитаустройство и размер, но единият с малък брой навивки на намотката, а другият с много по-голям брой, лесно се вижда, че при същия ток силата на привличане на последния ще бъде много по-голяма. Наистина, колкото по-голям е броят на намотките на намотката, толкова по-голямо е магнитното поле при даден ток около тази намотка, тъй като тя е съставена от магнитните полета на всяка намотка. Това означава, че магнитният поток на електромагнита, а оттам и силата на неговото привличане, ще бъде толкова по-голям, колкото по-голям е броят на завъртанията на намотката.
Има и друга причина, която влияе върху големината на магнитния поток на електромагнита. Това е качеството на неговата магнитна верига. Магнитната верига е път, по който се затваря магнитен поток. Магнитната верига има определеномагнитно съпротивление. Магнитното съпротивление зависи от магнитната проницаемост на средата, през която преминава магнитният поток.Колкото по-голяма е магнитната пропускливост на тази среда, толкова по-ниско е нейното магнитно съпротивление.
Тъй като магнитната проницаемост на феромагнитните тела (желязо, стомана) е многократно по-голяма от магнитната проницаемост на въздуха, следователно е по-изгодно да се направят електромагнити, така че тяхната магнитна верига да не съдържа въздушни секции. Продуктът от силата на тока и броя на навивките на намотката на електромагнита се наричамагнитодвижеща сила. Магнитодвижещата сила се измерва с броя на ампер навивките.
Например намотката на електромагнит с 1200 навивки носи ток от 50 mA. Магнитодвижещата сила на такъв електромагнит е 0,05 х 1200 = 60 ампера.
Действието на магнитодвижещата сила е подобно на действието на електродвижещата сила в електрическа верига. Точно както ЕМП предизвиква електрически ток, магнитодвижещата сила създава магнитен поток в електромагнита. Точно като вВ електрическа верига, с увеличаване на ЕМП, токът в цената се увеличава, а в магнитна верига, с увеличаване на магнитодвижещата сила, магнитният поток се увеличава.
Действието намагнитното съпротивление е подобно на действието на електрическото съпротивление на веригата. Точно както токът намалява с увеличаване на съпротивлението на електрическата верига, така и в магнитната веригаувеличаването на магнитното съпротивление води до намаляване на магнитния поток.
Зависимостта на магнитния поток на електромагнит от магнитодвижещата сила и неговото магнитно съпротивление може да се изрази с формула, подобна на формулата на закона на Ом: магнитодвижеща сила \u003d (магнитен поток / магнитно съпротивление)