Liniile de câmp magnetic ale unui conductor purtător de curent. Magneții și câmpul magnetic al unui conductor purtător de curent

Dacă un ac magnetic este adus aproape de un conductor drept care transportă curent, acesta va tinde să devină perpendicular pe planul care trece prin axa conductorului și centrul de rotație al acului (Fig. 67). Acest lucru indică faptul că acul este supus unor forțe speciale numite forțe magnetice. Cu alte cuvinte, dacă un curent electric trece printr-un conductor, în jurul conductorului apare un câmp magnetic. Câmpul magnetic poate fi considerat ca stare speciala spațiul care înconjoară conductorii purtători de curent.

Dacă treceți un conductor gros printr-un card și treceți un curent electric prin acesta, atunci pilitura de oțel turnată pe carton va fi amplasată în jurul conductorului în cercuri concentrice, care în acest caz reprezintă așa-numitele linii magnetice (Fig. 68). . Putem muta cartonul în sus sau în jos pe conductor, dar locația piliturii de oțel nu se va schimba. În consecință, un câmp magnetic apare în jurul conductorului pe toată lungimea acestuia.

Dacă plasați mici săgeți magnetice pe carton, atunci schimbând direcția curentului în conductor, puteți vedea că săgețile magnetice se vor roti (Fig. 69). Aceasta arată că direcția liniilor magnetice se modifică odată cu direcția curentului în conductor.

Câmpul magnetic din jurul unui conductor purtător de curent are următoarele caracteristici: linii magnetice conductor drept au forma unor cercuri concentrice; cu cât mai aproape de conductor, cu atât liniile magnetice sunt mai dense, cu atât este mai mare inducția magnetică; inducția magnetică (intensitatea câmpului) depinde de mărimea curentului din conductor; Direcția liniilor magnetice depinde de direcția curentului din conductor.

Pentru a arăta direcția curentului în conductorul prezentat în secțiune, a fost adoptat un simbol, pe care îl vom folosi în viitor. Dacă plasați mental o săgeată într-un conductor în direcția curentului (Fig. 70), atunci într-un conductor în care curentul este direcționat departe de noi, vom vedea coada penelor săgeții (o cruce); dacă curentul este îndreptat spre noi, vom vedea vârful unei săgeți (punct).

Direcția liniilor magnetice în jurul unui conductor purtător de curent poate fi determinată folosind „regula brațului”. Dacă un șurub (tibușon) cu filet din dreapta se deplasează înainte în direcția curentului, atunci sensul de rotație al mânerului va coincide cu direcția liniilor magnetice din jurul conductorului (Fig. 71).

Orez. 71. Determinarea direcției liniilor magnetice în jurul unui conductor purtător de curent folosind „regula brațului”

Un ac magnetic introdus în câmpul unui conductor care poartă curent este situat de-a lungul liniilor magnetice. Prin urmare, pentru a determina locația sa, puteți utiliza și „regula gimlet” (Fig. 72).

Orez. 72. Determinarea direcției de deviere a unui ac magnetic adus la un conductor cu curent, conform „regula gimletului”

Câmpul magnetic este una dintre cele mai importante manifestări ale curentului electric și nu poate fi obținut independent și separat de curent.

La magneții permanenți, câmpul magnetic este cauzat și de mișcarea electronilor care formează atomii și moleculele magnetului.

Intensitate câmp magneticîn fiecare dintre punctele sale este determinată de mărimea inducției magnetice, care este de obicei notă cu litera B. Inducția magnetică este o mărime vectorială, adică este caracterizată nu numai de o anumită valoare, ci și de o anumită direcție la fiecare punct al câmpului magnetic. Direcția vectorului de inducție magnetică coincide cu tangenta la linia magnetică într-un punct dat al câmpului (Fig. 73).

Ca urmare a generalizării datelor experimentale, oamenii de știință francezi Biot și Savard au stabilit că inducția magnetică B (intensitatea câmpului magnetic) la o distanță r de un conductor drept infinit de lung cu curent este determinată de expresia

unde r este raza cercului trasat prin punctul de câmp luat în considerare; centrul cercului este pe axa conductorului (2πr este circumferința);

I este cantitatea de curent care trece prin conductor.

Valoarea μ a, care caracterizează proprietățile magnetice ale mediului, se numește permeabilitatea magnetică absolută a mediului.

Pentru vid, permeabilitatea magnetică absolută are o valoare minimă și este de obicei notă cu μ 0 și numită permeabilitatea magnetică absolută a vidului.

1 H = 1 ohm⋅sec.

Raportul μ a / μ 0, care arată de câte ori este mai mare permeabilitatea magnetică absolută a unui mediu dat decât permeabilitatea magnetică absolută a vidului, se numește permeabilitate magnetică relativă și este notat cu litera μ.

Sistemul Internațional de Unități (SI) folosește unitățile de măsură ale inducției magnetice B - tesla sau weber pe metru pătrat (tl, wb/m2).

În practica ingineriei, inducția magnetică este de obicei măsurată în gauss (gs): 1 t = 10 4 gs.

Dacă în toate punctele câmpului magnetic vectorii de inducție magnetică sunt egali ca mărime și paraleli între ei, atunci un astfel de câmp se numește uniform.

Produsul inducției magnetice B și aria S perpendiculară pe direcția câmpului (vector de inducție magnetică) se numește fluxul vectorului de inducție magnetică, sau pur și simplu flux magnetic, și este notat cu litera Φ (Fig. 74):

Sistemul Internațional folosește weber (wb) ca unitate de măsură pentru fluxul magnetic.

În calculele de inginerie, fluxul magnetic este măsurat în maxwells (μs):

1 vb = 10 8 μs.

Când se calculează câmpurile magnetice, se folosește și o cantitate numită puterea câmpului magnetic (notat H). Inducția magnetică B și intensitatea câmpului magnetic H sunt legate prin relație

Unitatea de măsură pentru intensitatea câmpului magnetic este N - amperi pe metru (a/m).

Intensitatea câmpului magnetic într-un mediu omogen, precum și inducția magnetică, depind de mărimea curentului, de numărul și forma conductorilor prin care trece curentul. Dar, spre deosebire de inducția magnetică, intensitatea câmpului magnetic nu ține cont de influența proprietăților magnetice ale mediului.

Puteți arăta cum să utilizați legea lui Ampere determinând câmpul magnetic lângă un fir. Să punem întrebarea: care este câmpul în afara unui fir drept lung de secțiune transversală cilindrică? Vom face o presupunere, poate nu atât de evidentă, dar totuși corectă: liniile de câmp se învârt în jurul firului într-un cerc. Dacă facem această ipoteză, atunci legea lui Ampere [ecuația (13.16)] ne spune care este mărimea câmpului. Datorită simetriei problemei, câmpul are aceeași mărime în toate punctele cercului concentrice cu firul (Fig. 13.7). Apoi puteți lua cu ușurință integrala liniară a lui . Este pur și simplu egală cu valoarea înmulțită cu circumferința. Dacă raza cercului este egală cu , atunci

.

Curentul total prin buclă este pur și simplu curentul din fir, deci

. (13.17)

Intensitatea câmpului magnetic scade invers proporțional cu distanța față de axa firului. Dacă se dorește, ecuația (13.17) poate fi scrisă în formă vectorială. Reținând că ambele , și sunt direcționate perpendicular, avem

(13.18)

Figura 13.7. Câmp magnetic în afara unui fir lung care transportă curent.

Figura 13.8. Câmp magnetic al unui solenoid lung.

Am evidențiat multiplicatorul pentru că apare frecvent. Merită să ne amintim că este exact egală (în unități SI) deoarece o ecuație de forma (13.17) este folosită pentru a determina unitatea de curent, amperul. La distanță, curentul care intră creează un câmp magnetic egal cu .

Deoarece curentul creează un câmp magnetic, acesta va acționa cu o oarecare forță asupra firului adiacent prin care trece și curentul. În cap. 1 am descris un experiment simplu care arată forțele dintre două fire prin care curge curentul. Dacă firele sunt paralele, atunci fiecare dintre ele este perpendicular pe câmpul celuilalt fir; atunci firele se vor respinge sau se vor atrage reciproc. Când curenții curg într-o direcție, firele se atrag atunci când curenții curg în direcții opuse, se resping.

Să luăm un alt exemplu, care poate fi analizat și folosind legea lui Ampere, dacă adăugăm și câteva informații despre natura câmpului. Să existe un fir lung încolăcit într-o spirală strânsă, a cărei secțiune transversală este prezentată în Fig. 13.8. O astfel de spirală se numește solenoid. Observăm experimental că atunci când lungimea solenoidului este foarte mare în comparație cu diametrul, câmpul din exterior este foarte mic în comparație cu câmpul din interior. Folosind doar acest fapt și legea lui Ampere, se poate găsi mărimea câmpului din interior.

Deoarece câmpul rămâne în interior (și are divergență zero), liniile sale trebuie să fie paralele cu axa, așa cum se arată în Fig. 13.8. Dacă acesta este cazul, atunci putem folosi legea lui Ampere pentru „curba” dreptunghiulară din figură. Această curbă parcurge o distanță în interiorul solenoidului unde se află câmpul, de exemplu, , apoi merge în unghi drept față de câmp și se întoarce înapoi prin regiunea exterioară unde câmpul poate fi neglijat. Integrala de linie de-a lungul acestei curbe este exact , și aceasta trebuie să fie egală cu orificiile curentului total din interior, adică. pornit (unde este numărul de spire a solenoidului pe lungime). Avem

Sau, introducând - numărul de spire pe unitatea de lungime a solenoidului (astfel încât ), obținem

Figura 13.9. Câmp magnetic în afara solenoidului.

Ce se întâmplă cu liniile când ajung la capătul solenoidului? Aparent, ele diverg cumva și revin la solenoid de la celălalt capăt (Fig. 13.9). Exact același câmp este observat în afara unei tije magnetice. Ei bine, ce este un magnet? Ecuațiile noastre spun că câmpul provine din prezența curenților. Și știm că barele obișnuite de fier (nu bateriile sau generatoarele) creează și câmpuri magnetice. Vă puteți aștepta că în partea dreaptă a (13.12) sau (13.13) ar fi alți termeni reprezentând „densitatea fierului magnetizat” sau o cantitate similară. Dar nu există un astfel de membru. Teoria noastră spune că efectele magnetice ale fierului provin din niște curenți interni luați în considerare deja de membru.

Materia este foarte complexă când este privită dintr-un punct de vedere profund; Am văzut deja asta când am încercat să înțelegem dielectricii. Pentru a nu întrerupe prezentarea noastră, vom amâna o discuție detaliată a mecanismului intern al materialelor magnetice precum fierul. Deocamdată trebuie să acceptăm că orice magnetism apare din cauza curenților și că într-un magnet permanent există constante curenti interni. În cazul fierului, acești curenți sunt creați de electroni care se rotesc în jurul propriilor axe. Fiecare electron are un spin care corespunde unui mic curent circulant. Un electron, desigur, nu produce un câmp magnetic mare, dar o bucată obișnuită de materie conține miliarde și miliarde de electroni. De obicei, se rotesc în orice fel, astfel încât efectul general să dispară. Ceea ce este surprinzător este că în câteva substanțe precum fierul, cele mai multe electronii se rotesc în jurul axelor direcționate într-o direcție - în fier, doi electroni din fiecare atom iau parte la această mișcare comună. Un magnet conține un număr mare de electroni care se rotesc în aceeași direcție și, după cum vom vedea, efectul lor combinat este echivalent cu curentul care circulă pe suprafața magnetului. (Acest lucru este foarte asemănător cu ceea ce găsim în dielectrici - un dielectric polarizat uniform este echivalent cu o distribuție a sarcinilor pe suprafața sa.) Prin urmare, nu este o coincidență că un magnet de bară este echivalent cu un solenoid.

Curentul electric care circulă printr-un conductor creează un câmp magnetic în jurul acestui conductor (Fig. 7.1). Direcția câmpului magnetic rezultat este determinată de direcția curentului.
O metodă pentru indicarea direcției curentului electric într-un conductor este prezentată în Fig. 7.2: punctul din Fig. 7.2(a) poate fi considerat ca vârful săgeții indicând direcția curentului către observator, iar crucea ca coada săgeții care indică direcția curentului departe de observator.
Câmpul magnetic care apare în jurul unui conductor care poartă curent este prezentat în Fig. 7.3. Direcția acestui câmp se determină cu ușurință folosind regula șurubului drept (sau regula brațului): dacă vârful brațului este aliniat cu direcția curentului, atunci când este înșurubat, sensul de rotație a mânerului va coincide cu direcția câmpului magnetic.

Orez. 7.1. Câmp magnetic în jurul unui conductor care transportă curent.

Orez. 7.2. Desemnarea direcției curentului (a) către observator și (b) departe de observator.

Câmp creat de doi conductori paraleli

1. Direcțiile curenților din conductori coincid. În fig. Figura 7.4(a) prezintă doi conductori paraleli aflați la o anumită distanță unul de celălalt, iar câmpul magnetic al fiecărui conductor este reprezentat separat. În decalajul dintre conductori, câmpurile magnetice pe care le creează sunt opuse în direcție și se anulează reciproc. Câmpul magnetic rezultat este prezentat în Fig. 7.4(b). Dacă direcția ambilor curenți este inversată, atunci și direcția câmpului magnetic rezultat va fi inversată (Fig. 7.4(b)).

Orez. 7.4. Doi conductori cu aceleași direcții de curent (a) și câmpul magnetic rezultat al acestora (6, c).

2. Direcțiile curenților în conductori sunt opuse. În fig. Figura 7.5(a) prezintă câmpurile magnetice pentru fiecare conductor separat. În acest caz, în decalajul dintre conductori, câmpurile acestora sunt însumate și aici câmpul rezultat (Fig. 7.5(b)) este maxim.

Orez. 7.5. Doi conductori cu direcții opuse ale curenților (a) și câmpul magnetic rezultat al acestora (b).

Orez. 7.6. Câmpul magnetic al solenoidului.

Solenoidul este o bobină cilindrică formată din număr mare spire de sârmă (Fig. 7.6). Când curentul trece prin spirele solenoidului, solenoidul se comportă ca un magnet cu bandă cu nord și polii sudici. Câmpul magnetic pe care îl creează nu este diferit de câmpul unui magnet permanent. Câmpul magnetic din interiorul solenoidului poate fi întărit prin înfășurarea bobinei în jurul unui miez magnetic din oțel, fier sau altele. material magnetic. Puterea (magnitudinea) câmpului magnetic al solenoidului depinde și de puterea curentului electric transmis și de numărul de spire.

Electromagnet

Solenoidul poate fi folosit ca electromagnet, miezul fiind realizat dintr-un material magnetic moale, cum ar fi fierul ductil. Solenoidul se comportă ca un magnet numai atunci când curentul electric trece prin bobină. Electromagneții sunt folosiți la clopotele și releele electrice.

Conductor într-un câmp magnetic

În fig. Figura 7.7 prezintă un conductor purtător de curent plasat într-un câmp magnetic. Se poate observa că câmpul magnetic al acestui conductor se adaugă câmpului magnetic al unui magnet permanent în zona de deasupra conductorului și se scade în zona de sub conductor. Astfel, un câmp magnetic mai puternic este situat deasupra conductorului, iar unul mai slab este dedesubt (Fig. 7.8).
Dacă inversați direcția curentului într-un conductor, forma câmpului magnetic va rămâne aceeași, dar magnitudinea acestuia va fi mai mare sub conductor.

Câmp magnetic, curent și mișcare

Dacă un conductor cu curent este plasat într-un câmp magnetic, atunci o forță va acționa asupra lui, care încearcă să mute conductorul dintr-o zonă cu un câmp mai puternic într-o zonă cu unul mai slab, așa cum se arată în Smochin. 7.8. Direcția acestei forțe depinde de direcția curentului, precum și de direcția câmpului magnetic.

Orez. 7.7. Conductor cu curent într-un câmp magnetic.

Orez. 7.8. Câmpul rezultat

Mărimea forței care acționează asupra unui conductor care poartă curent este determinată atât de mărimea câmpului magnetic, cât și de forța brațului care curge prin acest conductor.
Mișcarea unui conductor plasat într-un câmp magnetic atunci când trece curentul prin acesta se numește principiul motorului. Funcționarea motoarelor electrice, a instrumentelor de măsură magnetoelectrice cu bobină mobilă și a altor dispozitive se bazează pe acest principiu. Dacă un conductor este mișcat într-un câmp magnetic, în el este generat un curent. Acest fenomen se numește principiul generatorului. Funcționarea generatoarelor constante și constante se bazează pe acest principiu. AC.

Până acum am considerat câmpul magnetic asociat doar cu un curent electric continuu. În acest caz, direcția câmpului magnetic este neschimbată și este determinată de direcția andocului permanent. Când curge curent alternativ, se creează un câmp magnetic alternativ. Dacă o bobină separată este plasată în acest câmp alternativ, atunci o fem (tensiune) va fi indusă (indusă) în el. Sau dacă două bobine separate sunt plasate în imediata apropiere una de cealaltă, așa cum se arată în Fig. 7.9. și aplicați o tensiune alternativă unei înfășurări (W1), apoi o nouă tensiune alternativă (EMF indusă) va apărea între bornele celei de-a doua înfășurări (W2). Acesta este principiul de funcționare al unui transformator.

Orez. 7.9. EMF indusă.

Acest videoclip explică conceptele de magnetism și electromagnetism:

Dacă apropiați acul magnetic, acesta va tinde să devină perpendicular pe planul care trece prin axa conductorului și centrul de rotație al acului. Acest lucru indică faptul că forțele speciale acționează asupra săgeții, care sunt numite forte magnetice. Pe lângă efectul asupra acului magnetic, câmpul magnetic afectează particulele încărcate în mișcare și conductorii purtători de curent situati în câmpul magnetic. În conductorii care se mișcă într-un câmp magnetic sau în conductorii staționari situati într-un câmp magnetic alternativ, apare o forță electromotoare inductivă (emf).

Câmp magnetic

În conformitate cu cele de mai sus, putem da următoarea definiție a unui câmp magnetic.

Câmpul magnetic este una dintre cele două laturi ale câmpului electromagnetic, excitat sarcini electrice particulele în mișcare și o modificare a câmpului electric și se caracterizează printr-un efect de forță asupra particulelor infectate în mișcare și, prin urmare, asupra curenților electrici.

Dacă treceți un conductor gros prin carton și treceți un curent electric prin el, atunci pilitura de oțel turnată pe carton va fi amplasată în jurul conductorului în cercuri concentrice, care în acest caz sunt așa-numitele linii de inducție magnetică (Figura 1). . Putem muta cartonul în sus sau în jos pe conductor, dar locația piliturii de oțel nu se va schimba. În consecință, un câmp magnetic apare în jurul conductorului pe toată lungimea acestuia.

Dacă puneți săgeți magnetice mici pe carton, atunci schimbând direcția curentului în conductor, puteți vedea că săgețile magnetice se vor roti (Figura 2). Aceasta arată că direcția liniilor de inducție magnetică se modifică odată cu direcția curentului în conductor.

Liniile de inducție magnetică din jurul unui conductor purtător de curent au următoarele proprietăți: 1) liniile de inducție magnetică ale unui conductor drept au forma unor cercuri concentrice; 2) cu cât sunt mai aproape de conductor, cu atât liniile de inducție magnetică sunt mai dense; 3) inducția magnetică (intensitatea câmpului) depinde de mărimea curentului din conductor; 4) direcția liniilor de inducție magnetică depinde de direcția curentului în conductor.

Pentru a arăta direcția curentului în conductorul prezentat în secțiune, a fost adoptat un simbol, pe care îl vom folosi în viitor. Dacă plasați mental o săgeată în conductor în direcția curentului (Figura 3), atunci în conductorul în care curentul este direcționat departe de noi, vom vedea coada penelor săgeții (o cruce); dacă curentul este îndreptat spre noi, vom vedea vârful unei săgeți (punct).

Figura 3. Simbol direcția curentului în conductori

Regula gimlet vă permite să determinați direcția liniilor de inducție magnetică în jurul unui conductor care poartă curent. Dacă un șurub (tibușon) cu filet din dreapta se deplasează înainte în direcția curentului, atunci sensul de rotație al mânerului va coincide cu direcția liniilor de inducție magnetică din jurul conductorului (Figura 4).

Un ac magnetic introdus în câmpul magnetic al unui conductor purtător de curent este situat de-a lungul liniilor de inducție magnetică. Prin urmare, pentru a determina locația sa, puteți utiliza și „regula gimlet” (Figura 5). Câmpul magnetic este una dintre cele mai importante manifestări ale curentului electric și nu poate fi obținut independent și separat de curent.

Figura 4. Determinarea direcției liniilor de inducție magnetică în jurul unui conductor purtător de curent folosind „regula brațului”	Figura 5. Determinarea direcției de abatere a unui ac magnetic adus la un conductor cu curent, conform „regula gimletului”

Inductie magnetica

Un câmp magnetic este caracterizat de un vector de inducție magnetică, care are, prin urmare, o anumită mărime și o anumită direcție în spațiu.

O expresie cantitativă a inducției magnetice ca rezultat al generalizării datelor experimentale a fost stabilită de Biot și Savart (Figura 6). Măsurând câmpurile magnetice ale curenților electrici de diferite dimensiuni și forme prin deviația acului magnetic, ambii oameni de știință au ajuns la concluzia că fiecare element de curent creează un câmp magnetic la o anumită distanță de sine, a cărui inducție magnetică este Δ B este direct proporțională cu lungimea Δ l acest element, mărimea curentului care curge eu, sinusul unghiului α dintre direcția curentului și vectorul rază care leagă punctul de câmp de interes pentru noi cu un element curent dat și este invers proporțional cu pătratul lungimii acestui vector rază. r:

Unde K– coeficient în funcţie de proprietăţile magnetice ale mediului şi de sistemul de unităţi ales.

În sistemul raționalizat practic absolut al unităților ICSA

unde µ 0 – permeabilitatea magnetică a vidului sau constantă magnetică în sistemul MCSA:

µ 0 = 4 × π × 10 -7 (henry/metru);

Henry (gn) – unitate de inductanță; 1 gn = 1 ohm × sec.

µ – permeabilitatea magnetică relativă– coeficient adimensional care arată de câte ori permeabilitatea magnetică a acestui material mai mare decât permeabilitatea magnetică a vidului.

Dimensiunea inducției magnetice poate fi găsită folosind formula

Volt-secunda se mai numește Weber (wb):

În practică, există o unitate mai mică de inducție magnetică - gauss (gs):

Legea lui Biot-Savart ne permite să calculăm inducția magnetică a unui conductor drept infinit de lung:

Unde O– distanta de la conductor pana la punctul in care se determina inductia magnetica.

Intensitatea câmpului magnetic

Raportul inducției magnetice față de produs permeabilități magneticeµ × µ 0 se numește intensitatea câmpului magneticși este desemnat prin scrisoare H:

B = H × µ × µ 0 .

Ultima ecuație conectează două mărimi magnetice: inducția și puterea câmpului magnetic.

Să găsim dimensiunea H:

Uneori se folosește o altă unitate de măsură a intensității câmpului magnetic - Oersted (er):

1 er = 79,6 O/m ≈ 80 O/m ≈ 0,8 O/cm .

Intensitatea câmpului magnetic H, ca inducția magnetică B, este o mărime vectorială.

Se numește o linie tangentă la fiecare punct al căreia coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică linie de inducție magnetică sau linie de inducție magnetică.

Fluxul magnetic

Se numește produsul inducției magnetice și aria perpendiculară pe direcția câmpului (vector de inducție magnetică). fluxul vectorului de inducție magnetică sau doar flux magneticși este desemnat prin litera F:

F = B × S .

Dimensiunea fluxului magnetic:

adică fluxul magnetic este măsurat în volți-secunde sau weberi.

Unitatea mai mică de flux magnetic este Maxwell (mks):

1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.

Video 1. Ipoteza lui Ampere

Video 1. Ipoteza lui Ampere

Video 2. Magnetism și electromagnetism

Câmp magnetic al curentului electric

Un câmp magnetic este creat nu numai de cele naturale sau artificiale, ci și de un conductor dacă trece un curent electric prin el. Prin urmare, există o legătură între fenomenele magnetice și cele electrice.

Nu este greu de verificat că în jurul unui conductor prin care trece curentul se formează un câmp magnetic. Plasați un conductor drept deasupra acului magnetic în mișcare, paralel cu acesta, și treceți un curent electric prin el. Săgeata va lua o poziție perpendiculară pe conductor.

Ce forțe ar putea face acul magnetic să se întoarcă? Evident, puterea câmpului magnetic care apare în jurul conductorului. Opriți curentul și acul magnetic va reveni la poziția sa normală. Acest lucru sugerează că atunci când curentul a fost oprit, câmpul magnetic al conductorului a dispărut și el.

Astfel, un curent electric care trece printr-un conductor creează un câmp magnetic. Pentru a afla în ce direcție se va abate acul magnetic, aplicați regula mâna dreaptă. Dacă puneți mâna dreaptă peste conductor, palma în jos, astfel încât direcția curentului să coincidă cu direcția degetelor, atunci îndoirea degetul mare va arăta direcția de deviere a polului nord al unui ac magnetic plasat sub conductor. Folosind această regulă și cunoscând polaritatea săgeții, puteți determina și direcția curentului în conductor.

Câmp magnetic al unui conductor drept are forma unor cercuri concentrice. Dacă puneți mâna dreaptă peste conductor, palma în jos, astfel încât curentul să pară să iasă din degete, atunci degetul mare îndoit va îndrepta către polul nord al acului magnetic.Un astfel de câmp se numește câmp magnetic circular.

Direcția liniilor de forță a câmpului circular depinde de conductor și este determinată de așa-numitul regula gimlet. Dacă înșurubați mental brațul în direcția curentului, atunci direcția de rotație a mânerului său va coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic. Aplicând această regulă, puteți afla direcția curentului într-un conductor dacă cunoașteți direcția liniilor de câmp create de acest curent.

Revenind la experimentul cu acul magnetic, putem fi convinși că acesta este întotdeauna situat cu capătul nordic în direcția liniilor câmpului magnetic.

Aşa, Un câmp magnetic apare în jurul unui conductor drept prin care trece curentul electric. Are forma unor cercuri concentrice și se numește câmp magnetic circular.

Murături d. Câmpul magnetic al solenoidului

Un câmp magnetic ia naștere în jurul oricărui conductor, indiferent de forma acestuia, cu condiția ca un curent electric să treacă prin conductor.

În inginerie electrică ne ocupăm de cele care constau dintr-un număr de spire. Pentru a studia câmpul magnetic al bobinei care ne interesează, să ne gândim mai întâi ce formă are câmpul magnetic dintr-o tură.

Să ne imaginăm o bobină de sârmă groasă care străpunge o foaie de carton și este conectată la o sursă de curent. Când un curent electric trece printr-o bobină, în jurul fiecărei părți individuale a bobinei se formează un câmp magnetic circular. Folosind regula gimlet, este ușor să determinați acel magnetic linii electriceîn interiorul bobinei au aceeași direcție (spre noi sau departe de noi, în funcție de direcția curentului din bobină), și ies dintr-o parte a bobinei și intră pe cealaltă parte. O serie de astfel de spire, în formă de spirală, este așa-numita solenoid (bobina).

În jurul solenoidului, atunci când curentul trece prin acesta, se formează un câmp magnetic. Se obține ca urmare a adunării câmpurilor magnetice ale fiecărei ture și are forma câmpului magnetic al unui magnet rectiliniu. Liniile de forță ale câmpului magnetic al solenoidului, ca într-un magnet rectiliniu, părăsesc un capăt al solenoidului și revin la celălalt. În interiorul solenoidului au aceeași direcție. Astfel, capetele solenoidului au polaritate. Sfârșitul din care ies liniile de forță este polul nord solenoid, iar capătul în care intră liniile electrice este polul său sudic.

Polii de solenoid poate fi determinat de regula mana dreapta, dar pentru aceasta trebuie să cunoașteți direcția curentului în viraje. Dacă puneți mâna dreaptă pe solenoid, cu palma în jos, astfel încât curentul să pară să iasă din degete, atunci degetul mare îndoit va îndrepta către polul nord al solenoidului.. Din această regulă rezultă că polaritatea solenoidului depinde de direcția curentului din acesta. Nu este greu de verificat practic acest lucru prin aducerea unui ac magnetic la unul dintre polii solenoidului și apoi schimbând direcția curentului în solenoid. Săgeata se va roti instantaneu la 180°, adică va indica faptul că polii solenoidului s-au schimbat.

Solenoidul are proprietatea de a atrage obiecte ușoare de fier. Dacă o bară de oțel este plasată în interiorul solenoidului, atunci după un timp, sub influența câmpului magnetic al solenoidului, bara va deveni magnetizată. Această metodă este utilizată în producție.

Electromagneți

Este o bobină (solenoid) cu un miez de fier plasat în interiorul ei. Formele și dimensiunile electromagneților sunt variate, dar structura generală a tuturor este aceeași.

Bobina electromagnetului este un cadru, cel mai adesea din lemn presat sau fibra si are diverse forme in functie de scopul electromagnetului. Un fir de cupru izolat este înfășurat pe cadru în mai multe straturi - înfășurarea unui electromagnet. Are un număr diferit de spire și este făcut din sârmă diferite diametre, în funcție de scopul electromagnetului.

Pentru a proteja izolația înfășurării de deteriorări mecanice, înfășurarea este acoperită cu unul sau mai multe straturi de hârtie sau alt material izolator. Începutul și sfârșitul înfășurării sunt scoase și conectate la bornele de ieșire montate pe cadru sau la conductori flexibili cu urechi la capete.

Bobina electromagnetului este montată pe un miez din fier moale, recoapt sau aliaje de fier cu siliciu, nichel, etc. Un astfel de fier are cel mai mic reziduu. Miezurile sunt cel mai adesea realizate din foi subțiri compozite izolate unele de altele. Formele miezurilor pot fi diferite, în funcție de scopul electromagnetului.

Dacă trece un curent electric prin înfășurarea unui electromagnet, în jurul înfășurării se formează un câmp magnetic, care magnetizează miezul. Deoarece miezul este fabricat din fier moale, acesta va fi magnetizat instantaneu. Dacă apoi opriți curentul, proprietățile magnetice ale miezului vor dispărea rapid și va înceta să mai fie un magnet. Polii unui electromagnet, ca un solenoid, sunt determinați de regula mâinii drepte. Dacă schimbați înfășurarea unui electromagnet, atunci polaritatea electromagnetului se va schimba în conformitate cu aceasta.

Acțiunea unui electromagnet este similară cu acțiunea unui magnet permanent. Cu toate acestea, există o mare diferență între ele. Un magnet permanent are întotdeauna proprietăți magnetice, iar un electromagnet numai atunci când un curent electric trece prin înfășurarea sa.

În plus, forța de atracție a unui magnet permanent este constantă, deoarece fluxul magnetic al unui magnet permanent este constant. Forța de atracție a unui electromagnet nu este o valoare constantă. Același electromagnet poate avea forțe atractive diferite. Forța de atracție a oricărui magnet depinde de mărimea fluxului său magnetic.

Forța de atracție și, prin urmare, fluxul său magnetic, depinde de mărimea curentului care trece prin înfășurarea acestui electromagnet. Cu cât curentul este mai mare, cu atât mai multa putere atragerea unui electromagnet și, dimpotrivă, cu cât curentul în înfășurarea unui electromagnet este mai mic, cu atât mai puțină forță atrage corpurile magnetice spre sine.

Dar pentru electromagneții care diferă în ceea ce privește designul și dimensiunea lor, forța de atracție depinde nu numai de mărimea curentului din înfășurare. Dacă, de exemplu, luăm doi electromagneți de același design și dimensiune, dar unul cu un număr mic de spire de înfășurare, iar celălalt cu un număr mult mai mare, atunci este ușor de observat că la același curent forța de atracție dintre acestea din urmă va fi mult mai mare. Într-adevăr, cu cât este mai mare numărul de spire ale unei înfășurări, cu atât este mai mare câmpul magnetic creat în jurul acestei înfășurări la un curent dat, deoarece este compus din câmpurile magnetice ale fiecărei spire. Aceasta înseamnă că fluxul magnetic al electromagnetului și, prin urmare, forța de atracție a acestuia, va fi mai mare, cu cât numărul de spire are înfășurarea mai mare.

Există un alt motiv care afectează mărimea fluxului magnetic al unui electromagnet. Aceasta este calitatea circuitului său magnetic. Un circuit magnetic este calea pe care fluxul magnetic este închis. Circuitul magnetic are un anumit rezistență magnetică. Reluctanța magnetică depinde de permeabilitatea magnetică a mediului prin care trece fluxul magnetic. Cu cât permeabilitatea magnetică a acestui mediu este mai mare, cu atât rezistența sa magnetică este mai mică.

Din moment ce m Permeabilitatea magnetică a corpurilor feromagnetice (fier, oțel) este de multe ori mai mare decât permeabilitatea magnetică a aerului, așa că este mai profitabil să se facă electromagneți astfel încât circuitul lor magnetic să nu conțină secțiuni de aer. Se numește produsul dintre puterea curentului și numărul de spire ale înfășurării electromagnetului forta magnetomotoare. Forța magnetomotoare este măsurată în numărul de spire în amperi.

De exemplu, un curent de 50 mA trece prin înfășurarea unui electromagnet cu 1200 de spire. M forța magnetomotoare un astfel de electromagnet este egal cu 0,05 x 1200 = 60 amperi-tururi.

Acțiunea forței magnetomotoare este similară cu acțiunea forței electromotoare într-un circuit electric. La fel cum EMF provoacă curent electric, forța magnetomotoare creează flux magnetic într-un electromagnet. La fel ca într-un circuit electric, pe măsură ce crește fem, valoarea curentului crește, la fel și într-un circuit magnetic, pe măsură ce crește forța magnetomotoare, crește fluxul magnetic.

Acţiune rezistenta magnetica asemănător cu acțiunea rezistenta electrica lanţuri. Așa cum curentul scade pe măsură ce rezistența unui circuit electric crește, tot așa crește și curentul într-un circuit magnetic. O creștere a rezistenței magnetice determină o scădere a fluxului magnetic.

Dependența fluxului magnetic al unui electromagnet de forța magnetomotoare și rezistența sa magnetică poate fi exprimată printr-o formulă similară cu formula legii lui Ohm: forța magnetomotoare = (flux magnetic / rezistență magnetică)

Fluxul magnetic este egal cu forța magnetomotoare împărțită la reluctanța magnetică.

Numărul de spire ale înfășurării și rezistența magnetică pentru fiecare electromagnet este o valoare constantă. Prin urmare, fluxul magnetic al unui electromagnet dat se modifică numai cu o modificare a curentului care trece prin înfășurare. Deoarece forța de atracție a unui electromagnet este determinată de fluxul său magnetic, pentru a crește (sau a micșora) forța de atracție a electromagnetului, este necesar să se mărească (sau să scadă) în mod corespunzător curentul din înfășurarea acestuia.

Electromagnet polarizat

Un electromagnet polarizat este o conexiune între un magnet permanent și un electromagnet. Este conceput astfel. Așa-numitele extensii de stâlp din fier moale sunt atașate de polii unui magnet permanent. Fiecare extensie de pol servește ca miez al unui electromagnet, o bobină cu o înfășurare; Ambele înfășurări sunt conectate între ele în serie.

Deoarece extensiile de poli sunt conectate direct la polii unui magnet permanent, ele au proprietăți magnetice chiar și în absența curentului în înfășurări; În același timp, forța lor de atracție este constantă și este determinată de fluxul magnetic al unui magnet permanent.

Acțiunea unui electromagnet polarizat este aceea că atunci când curentul trece prin înfășurările sale, forța de atracție a polilor săi crește sau scade în funcție de mărimea și direcția curentului din înfășurări. Acțiunea altor electromagneți se bazează pe această proprietate a unui electromagnet polarizat. dispozitive electrice.

Efectul unui câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent

Dacă plasați un conductor într-un câmp magnetic astfel încât să fie situat perpendicular pe liniile de câmp și treceți un curent electric prin acest conductor, conductorul va începe să se miște și va fi împins în afara câmpului magnetic.

Ca rezultat al interacțiunii unui câmp magnetic cu un curent electric, conductorul începe să se miște, adică energia electrică este transformată în energie mecanică.

Forța cu care un conductor este împins dintr-un câmp magnetic depinde de mărimea fluxului magnetic al magnetului, de puterea curentului din conductor și de lungimea părții conductorului pe care liniile de câmp o intersectează. Direcția de acțiune a acestei forțe, adică direcția de mișcare a conductorului, depinde de direcția curentului în conductor și este determinată de regula mana stanga.

Dacă țineți palma mâinii stângi astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea, iar cele patru degete extinse se confruntă cu direcția curentului din conductor, atunci degetul mare îndoit va indica direcția de mișcare a conductorului.. Când aplicăm această regulă, trebuie să ne amintim că liniile de câmp ies din polul nord al magnetului.