kategória: Najlepšie články » Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 110313
Komentáre k článku: 4
Induktory a magnetické polia
Po príbehu o používaní kondenzátorov Bolo by logické hovoriť o ďalšom predstaviteľovi pasívnych rádioelementov - induktoroch. Ale príbeh o nich bude musieť začať od diaľky, aby sme si pamätali na existenciu magnetického poľa, pretože cievky fungujú, pretože obklopuje a preniká do cievok magnetické pole. Stručne povedané, toto je ich prostredie.
Magnetizmus ako vlastnosť hmoty
Magnetizmus je jednou z najdôležitejších vlastností hmoty, ako aj napríklad hmotnostné alebo elektrické pole. Javy magnetizmu sú však, podobne ako elektrina, známe už dlho, ale veda nedokázala vysvetliť podstatu týchto javov. Nepochopiteľný fenomén sa nazýval „magnetizmus“ menom mesta Magnesia, ktoré bolo kedysi v Malej Ázii. Z rudy vyťaženej v okolí sa získali trvalé magnety.
Ale permanentné magnety v tomto článku nie sú nijak zvlášť zaujímavé. Akonáhle to bolo sľúbené hovoriť o induktoroch, potom s najväčšou pravdepodobnosťou budeme hovoriť o elektromagnetizme, pretože nie je ani zďaleka tajomstvom, že aj okolo drôtu s prúdom je magnetické pole.
V moderných podmienkach je pomerne ľahké skúmať jav magnetizmu na počiatočnej, prinajmenšom úrovni. Na tento účel je potrebné zostaviť jednoduchý elektrický obvod z batérie a žiarovky na baterku. Ako indikátor magnetického poľa, jeho smeru a intenzity môžete použiť obvyklý kompas.
DC magnetické pole
Ako viete, kompas ukazuje smer na sever. Ak umiestnite káble z najjednoduchšieho obvodu uvedeného vyššie a zapnete svetlo, ihla kompasu sa trochu odchýli od svojej normálnej polohy.
Paralelným pripojením inej žiarovky môžete zdvojnásobiť prúd v obvode, čo mierne zväčší uhol natočenia šípky. To naznačuje, že magnetické pole drôtu s prúdom sa zväčšilo. Na tomto princípe fungujú meracie prístroje so šípkami.
Ak je polarita zapnutia batérie opačná, kompasová ihla sa otočí na druhý koniec - zmenil sa aj smer magnetického poľa v drôtoch. Keď je obvod vypnutý, ihla kompasu sa vráti do správnej polohy. V cievke nie je žiadny prúd a neexistuje magnetické pole.
Vo všetkých týchto experimentoch hrá kompas úlohu testovacej magnetickej ihly, rovnako ako sa štúdia konštantného elektrického poľa uskutočňuje pomocou testovacieho elektrického náboja.
Na základe týchto najjednoduchších experimentov môžeme dospieť k záveru, že magnetizmus sa rodí v dôsledku elektrického prúdu: čím silnejší je tento prúd, tým silnejšie sú magnetické vlastnosti vodiča. A odkiaľ pochádza magnetické pole permanentných magnetov, pretože k nim nikto nepripojil batériu pomocou vodičov?
Základný vedecký výskum preukázal, že permanentný magnetizmus je založený na elektrických javoch: každý elektrón je vo svojom vlastnom elektrickom poli a má základné magnetické vlastnosti. Iba vo väčšine látok sú tieto vlastnosti vzájomne neutralizované az nejakého dôvodu z nejakého dôvodu tvoria jeden veľký magnet.
Samozrejme, všetko nie je také primitívne a jednoduché, ale vo všeobecnosti majú aj permanentné magnety svoje úžasné vlastnosti v dôsledku pohybu elektrických nábojov.
A aké sú to magnetické linky?
Magnetické línie sú viditeľné vizuálne. V školských skúsenostiach sa v hodinách fyziky kovové piliny nalievajú na kartón a pod nimi sa nachádza permanentný magnet. Ľahkým poklepaním na lepenku sa dá dosiahnuť obrázok znázornený na obrázku 1.
Obrázok 1
Je ľahké vidieť, že magnetické línie sily opúšťajú severný pól a vstupujú na juh bez prerušenia. Môžeme samozrejme povedať, že je to naopak, od juhu na sever, ale je to tak obvyklé od severu na juh. Rovnakým spôsobom, ako kedysi prijali smer prúdu od plusu po mínus.
Ak namiesto permanentného magnetu prechádza prúdový drôt cez lepenku, kovový materiál to ukáže, vodič, magnetické pole. Toto magnetické pole má tvar sústredných kruhových čiar.
Ak chcete študovať magnetické pole, môžete to urobiť bez pilín. Stačí pohybovať testovanou magnetickou šípkou okolo vodiča prúdu, aby ste videli, že magnetické siločiary sú skutočne uzavreté sústredné kruhy. Ak posuneme testovaciu šípku na stranu, kde ju magnetické pole vychýli, určite sa vrátime do toho istého bodu, odkiaľ sa pohyb začal. Podobne ako pri chôdzi po Zemi: ak nikam nechodíte bez toho, aby ste sa otočili, skôr alebo neskôr prídete na rovnaké miesto.
Obrázok 2
Pravidlo Gimlet
Smer magnetického poľa vodiča s prúdom je určený pravítkom, nástrojom na vŕtanie otvorov do stromu. Tu je všetko veľmi jednoduché: prst sa musí otáčať tak, aby sa jeho translačný pohyb zhodoval so smerom prúdu v drôte, potom smer otáčania rukoväte ukáže, kam smeruje magnetické pole.
Obrázok 3
„Prúd prichádza od nás“ - krížik v strede kruhu je perom šípky, ktorá letí nad rovinu obrázka a kde „Prúd prichádza smerom k nám“, je zobrazený koniec šípu, ktorý letí rovinou listu. Takéto vysvetlenie bolo prinajmenšom poskytnuté na hodinách fyziky v škole.
Interakcia magnetických polí dvoch vodičov s prúdom
Obrázok 4
Ak použijeme pravidlo gimlet na každý vodič, potom, čo sme určili smer magnetického poľa v každom vodiči, môžeme s istotou povedať, že vodiče s rovnakým smerom prúdu sú priťahované a ich magnetické polia sa sčítajú. Vodiče s prúdmi rôznych smerov sú vzájomne odpudivé, ich magnetické pole je kompenzované.
induktor
Ak je prúdový vodič vyrobený vo forme krúžku (cievky), potom má svoje vlastné magnetické póly, sever a juh. Magnetické pole jednej zákruty je obyčajne malé. Lepšie výsledky môžete dosiahnuť obalením drôtu vo forme cievky. Takáto časť sa nazýva induktor alebo jednoducho indukčnosť. V tomto prípade sa magnetické polia jednotlivých zákrut sčítajú a vzájomne sa posilňujú.
Obrázok 5
Obrázok 5 ukazuje, ako získať súčet magnetických polí cievky. Zdá sa, že je možné napájať každú odbočku z jej zdroja, ako je znázornené na obr. 5.2, ale je ľahšie spojiť zákruty do série (stačí ich zabaliť jedným vodičom).
Je celkom zrejmé, že čím viac cievok má, tým silnejšie je jej magnetické pole. Magnetické pole tiež závisí od prúdu cievkou. Preto je legitímne vyhodnotiť schopnosť cievky vytvoriť magnetické pole jednoduchým vynásobením prúdu cievkou (A) počtom otáčok (W). Táto hodnota sa nazýva ampérzávery.
Cievka jadra
Magnetické pole generované cievkou sa môže výrazne zväčšiť, ak sa do cievky zavedie jadro feromagnetického materiálu. Obrázok 6 zobrazuje tabuľku s relatívnou magnetickou permeabilitou rôznych látok.
Napríklad transformátorová oceľ spôsobí, že magnetické pole bude približne 7,7,5 tisíc krát silnejšie ako v neprítomnosti jadra. Inými slovami, vnútri jadra bude magnetické pole rotovať magnetickou ihlou 7 000-krát silnejšie (to si možno len predstaviť mentálne).
Obrázok 6
Paramagnetické a diamagnetické látky sa nachádzajú v hornej časti tabuľky. Relatívna magnetická permeabilita µ je uvedená vo vzťahu k vákuu. V dôsledku toho paramagnetické látky mierne zlepšujú magnetické pole, zatiaľ čo diamagnetické látky mierne oslabujú.Všeobecne tieto látky nemajú špeciálny účinok na magnetické pole. Aj keď pri vysokých frekvenciách sa niekedy na úpravu obrysov používajú mosadzné alebo hliníkové jadrá.
V spodnej časti tabuľky sú feromagnetické látky, ktoré významne zvyšujú magnetické pole cievky prúdom. Napríklad jadro vyrobené z transformátorovej ocele posilní magnetické pole presne 7 500-krát.
Ako a ako merať magnetické pole
Keď boli potrebné jednotky na meranie elektrických veličín, elektrónový náboj sa považoval za referenčný. Z náboja elektrónu sa vytvorila veľmi skutočná a dokonca hmatateľná jednotka - na jej základe bolo všetko jednoduché: ampér, volt, ohm, joule, watt, farad.
A čo možno považovať za východiskový bod pre meranie magnetických polí? Nejako sa pripájať k magnetickému poľu elektrónu je veľmi problematické. Preto je vodič prijatý ako meracia jednotka magnetizmu, ktorou preteká jednosmerný prúd 1 A.
Charakteristiky magnetického poľa
Hlavnou charakteristikou je napätie (H). Ukazuje, s akou silou pôsobí magnetické pole na vyššie uvedený testovací vodič, ak k tomu dôjde vo vákuu. Vákuum má vylúčiť vplyv prostredia, preto je táto vlastnosť - napätie považované za absolútne čisté. Ampér na meter (a / m) sa považuje za jednotku napätia. Takéto napätie sa objavuje vo vzdialenosti 16 cm od vodiča, pozdĺž ktorého prúdi prúd 1A.
Intenzita poľa hovorí iba o teoretickej schopnosti magnetického poľa. Skutočná schopnosť konať odráža inú hodnotu magnetickej indukcie (B). Je to ona, ktorá ukazuje skutočnú silu, s ktorou magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom 1A.
Obrázok 7
Ak prúd 1A tečie vo vodiči dlhom 1 m a je vytlačený (pritiahnutý) silou 1 N (102 G), potom hovoria, že veľkosť magnetickej indukcie je v tomto bode presne 1 Tesla.
Magnetická indukcia je vektorová veličina, okrem číselnej hodnoty, má tiež smer, ktorý sa vždy zhoduje so smerom testovanej magnetickej ihly v skúmanom magnetickom poli.
Obrázok 8
Jednotkou magnetickej indukcie je Tesla (TL), hoci v praxi často používajú menšiu jednotku Gaussa: 1TL = 10 000 G. Je to veľa alebo málo? Magnetické pole v blízkosti výkonného magnetu môže dosiahnuť niekoľko T, v blízkosti magnetickej ihly kompasu nie viac ako 100 G, zemské magnetické pole v blízkosti povrchu je približne 0,01 G alebo dokonca nižšie.
Magnetický tok
Magnetický indukčný vektor B charakterizuje magnetické pole iba v jednom bode v priestore. Aby sa vyhodnotil účinok magnetického poľa v určitom priestore, zavádza sa ďalší pojem, ako je magnetický tok (Φ).
V skutočnosti predstavuje počet riadkov magnetickej indukcie prechádzajúcich daným priestorom, cez určitú oblasť: Φ = B * S * cosα. Tento obrázok môže byť znázornený vo forme dažďových kvapiek: jedna línia je jedna kvapka (B) a spolu je to magnetický tok Φ. Takto sú výkonové magnetické vedenia jednotlivých závitov cievok spojené do spoločného toku.
Obrázok 9
V systéme SI sa Weber (Wb) považuje za jednotku magnetického toku, k tomuto toku dochádza, keď indukcia 1 T pôsobí na plochu 1 m2.
Magnetický obvod
Magnetický tok v rôznych zariadeniach (motory, transformátory atď.) Spravidla prechádza určitým spôsobom, ktorý sa nazýva magnetický obvod alebo jednoducho magnetický obvod. Ak je magnetický obvod uzavretý (jadro kruhového transformátora), potom je jeho odpor malý, magnetický tok prechádza bez prekážok a je sústredený vo vnútri jadra. Obrázok nižšie ukazuje príklady cievok s uzavretými a otvorenými magnetickými obvodmi.
Obrázok 10
Odpor magnetického obvodu
Jadro však môže byť odrezané a z neho môže byť vytiahnutý kus, aby sa vytvorila magnetická medzera. Tým sa zvýši celkový magnetický odpor obvodu, preto sa zníži magnetický tok a všeobecne sa zníži indukcia v celom jadre.Je to rovnaké ako spájkovanie veľkého odporu v elektrickom obvode.
Obrázok 11.
Ak je výsledná medzera uzavretá kusom ocele, ukázalo sa, že paralelne so medzerou je pripojená ďalšia časť s nižším magnetickým odporom, ktorá obnoví narušený magnetický tok. Je to veľmi podobné skratu v elektrických obvodoch. Mimochodom, existuje aj zákon pre magnetický obvod, ktorý sa nazýva Ohmov zákon pre magnetický obvod.
Obrázok 12.
Hlavná časť magnetického toku prechádza magnetickým bočníkom. Tento jav sa používa pri magnetickom zázname zvukových alebo obrazových signálov: feromagnetická vrstva pásky zakrýva medzeru v jadre magnetických hláv a celý magnetický tok je cez pásku uzavretý.
Smer magnetického toku generovaného cievkou sa dá určiť pomocou pravidla pravej ruky: ak štyri natiahnuté prsty označujú smer prúdu v cievke, palec ukazuje smer magnetických čiar, ako je znázornené na obrázku 13.
Obrázok 13.
Predpokladá sa, že magnetické čiary opúšťajú severný pól a idú na juh. Preto palec v tomto prípade označuje umiestnenie južného pólu. Skontrolujte, či je to tak, môžete znova použiť kompasovú ihlu.
Ako elektrický motor funguje
Je známe, že elektrina môže vytvárať svetlo a teplo, zúčastňovať sa na elektrochemických procesoch. Po zoznámení sa so základmi magnetizmu môžete hovoriť o tom, ako fungujú elektrické motory.
Elektromotory môžu mať veľmi odlišný dizajn, výkon a princíp činnosti: napríklad jednosmerný a striedavý prúd, krok alebo kolektor. Ale so všetkými rôznymi návrhmi je princíp činnosti založený na interakcii magnetických polí rotora a statora.
Na získanie týchto magnetických polí prechádza vinutie prúd. Čím väčší je prúd a tým vyššia je magnetická indukcia vonkajšieho magnetického poľa, tým silnejší je motor. Na zosilnenie tohto poľa sa používajú magnetické jadrá, takže v elektrických motoroch je toľko oceľových častí. Niektoré modely jednosmerných motorov používajú permanentné magnety.
Obrázok 14.
Tu môžete povedať, že všetko je jasné a jednoduché: prešli prúdom drôtom, dostali magnetické pole. Vďaka interakcii s iným magnetickým poľom sa tento vodič pohybuje a dokonca vykonáva mechanickú prácu.
Smer otáčania môže byť určený pravidlom ľavej ruky. Ak štyri natiahnuté prsty označujú smer prúdu vo vodiči a magnetické čiary vstupujú do dlane vašej ruky, ohnutý palec bude ukazovať smer vystrekovania vodiča v magnetickom poli.
pokračoval: Induktory a magnetické polia. Časť 2. Elektromagnetická indukcia a indukčnosť
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: