Manyetik alan, solenoidler ve elektromıknatıslar hakkında

Elektrik akımının manyetik alanı

Manyetik alan sadece doğal veya yapay tarafından oluşturulmaz. kalıcı mıknatıslar, aynı zamanda içinden bir elektrik akımı geçerse bir iletkendir. Bu nedenle, manyetik ve elektriksel olaylar arasında bir bağlantı vardır.

İçinden akım geçen telin etrafında bir manyetik alan oluştuğundan emin olmak zor değildir. Hareket edebilen manyetik iğnenin üzerine ona paralel düz bir tel yerleştirin ve içinden bir elektrik akımı geçirin. Ok, tele dik bir konum alacaktır.

Hangi kuvvetler manyetik iğnenin dönmesine neden olabilir? Açıkçası, telin etrafında oluşturulan manyetik alanın gücü. Gücü kapatın ve manyetik iğne normal konumuna dönecektir. Bu, akım kapatıldığında telin manyetik alanının da kaybolduğunu gösterir.

Böylece telden geçen elektrik akımı bir manyetik alan oluşturur. Manyetik iğnenin hangi yöne sapacağını bulmak için sağ el kuralını uygulayın.Sağ elinizi telin üzerine, avuç içi aşağı bakacak şekilde, akımın yönü parmakların yönüyle çakışacak şekilde koyarsanız, bükülmüş başparmak telin altına yerleştirilmiş manyetik iğnenin kuzey kutbunun sapma yönünü gösterecektir. . Bu kuralı kullanarak ve okun polaritesini bilerek, teldeki akımın yönünü de belirleyebilirsiniz.

Doğrusal bir tel magmatik alan, eşmerkezli daireler şeklindedir. Sağ elinizi telin üzerine avuç içi aşağı bakacak şekilde koyarsanız, akım parmaklardan akacak şekilde bükülmüş başparmak manyetik iğnenin kuzey kutbunu gösterecektir.Böyle bir alana dairesel manyetik alan denir.

Dairesel alanın kuvvet çizgilerinin yönü şunlara bağlıdır: elektrik akımı yönleri iletkende ve sözde gimbal kuralı ile belirlenir. Gimbal zihinsel olarak akım yönünde bükülürse, kolunun dönme yönü, alanın manyetik alan çizgilerinin yönü ile çakışacaktır. Bu kuralı uygulayarak, o akımın oluşturduğu alanın alan çizgilerinin yönünü biliyorsanız, teldeki akımın yönünü öğrenebilirsiniz.

Manyetik iğne deneyine dönersek, her zaman kuzey ucu manyetik alan çizgileri yönünde olacak şekilde konumlandırıldığından emin olabilirsiniz.

Böylece içinden elektrik akımı geçen düz bir telin etrafında bir manyetik alan oluşur. Eşmerkezli daireler şeklindedir ve dairesel manyetik alan olarak adlandırılır.

tabanlar vb. Solenoid manyetik alan

Telin içinden bir elektrik akımı geçmesi koşuluyla, şekli ne olursa olsun herhangi bir telin etrafında bir manyetik alan oluşur.

Uğraştığımız V elektrik mühendisliği farklı bobin türleribir dizi dönüşten oluşur.İlgilenilen bobinin manyetik alanını araştırmak için önce bir dönüşün manyetik alanının nasıl bir şekle sahip olduğunu düşünelim.

Bir karton parçasının içinden geçen ve bir güç kaynağına bağlı kalın bir tel bobini hayal edin. Bobinden bir elektrik akımı geçtiğinde, bobinin her bir parçasının etrafında dairesel bir manyetik alan oluşur. «Gimbal» kuralına göre, döngü içindeki manyetik alan çizgilerinin aynı yönde (döngüdeki akımın yönüne bağlı olarak bize doğru veya bizden uzağa) olduğunu ve bir taraftan çıktıklarını belirlemek kolaydır. Döngünün ve diğer taraftan girin Spiral şeklindeki bu tür bobinlerin bir dizisi, solenoid (bobin) olarak adlandırılır.

İçinden akım geçtiğinde solenoid çevresinde bir manyetik alan oluşur. Her dönüşün manyetik alanlarının eklenmesi sonucunda elde edilir ve şekil olarak doğrusal bir mıknatısın manyetik alanını andırır. Solenoidin manyetik alan çizgileri, doğrusal bir mıknatısta olduğu gibi, solenoidin bir ucundan çıkar ve diğer ucuna döner. Solenoidin içinde aynı yöne sahiptirler. Böylece solenoidin uçları polarize edilir. Güç hatlarının çıktığı uç, solenoidin Kuzey Kutbu'dur ve güç hatlarının girdiği uç, Güney Kutbu'dur.

Solenoid kutupları sağ el kuralıyla belirlenebilir, ancak bunun için akımın dönüşlerindeki yönünü bilmeniz gerekir. Sağ elinizi solenoid üzerine koyarsanız, akım parmaklardan akacak şekilde avuç içi aşağı bakacak şekilde, bükülmüş başparmak solenoidin kuzey kutbunu gösterecektir... Bu kuraldan, solenoidin polaritesinin bağlı olduğu sonucu çıkar. içindeki akımın yönüne göre.Manyetik bir iğneyi solenoid kutuplarından birine getirerek ve ardından solenoiddeki akımın yönünü değiştirerek bunu pratikte kontrol etmek kolaydır. Ok hemen 180° dönecektir yani solenoidin kutuplarının değiştiğini gösterecektir.

Solenoid ciğerlere zararlı nesneleri çekme özelliğine sahiptir. Solenoidin içine bir çelik çubuk yerleştirilirse, bir süre sonra solenoidin manyetik alanının etkisi altında çubuk mıknatıslanır. Bu yöntem üretimde kullanılır. kalıcı mıknatıslar.

elektromıknatıslar

Elektromanyetik içine yerleştirilmiş demir çekirdekli bir bobindir (solenoid). Elektromıknatısların şekilleri ve boyutları farklıdır ancak hepsinin genel yapısı aynıdır.

Bir elektromıknatısın bobini, çoğunlukla pres tahtası veya fiberden yapılmış bir çerçevedir ve elektromıknatısın amacına bağlı olarak farklı şekillere sahiptir. Bakır yalıtımlı bir tel, elektromıknatısın bobini olan birkaç katman halinde çerçeveye sarılır. Farklı dönüş sayılarına sahiptir ve elektromıknatısın amacına bağlı olarak farklı çaplarda telden yapılmıştır.

Bobin yalıtımını mekanik hasardan korumak için bobin bir veya daha fazla kağıt veya diğer yalıtım malzemesiyle kaplanır. Sargının başı ve sonu dışarı çıkarılır ve çerçeveye sabitlenmiş çıkış terminallerine veya uçlarında kulaklı esnek tellere bağlanır.

Elektromıknatısın bobini, yumuşak, tavlanmış demirden veya silikon, nikel vb. ile demir alaşımlarından yapılmış bir çekirdeğe monte edilmiştir. Bu demir en az kalıntıya sahip manyetizma... Çekirdekler çoğunlukla birbirinden izole edilmiş ince saclardan yapılır.Elektromıknatısın amacına bağlı olarak çekirdeğin şekilleri farklı olabilir.

Bir elektromıknatısın bobininden bir elektrik akımı geçerse, bobinin etrafında çekirdeği mıknatıslayan bir manyetik alan oluşur. Çekirdek yumuşak demirden yapıldığı için hemen mıknatıslanır. Daha sonra akımı kapatırsanız, çekirdeğin manyetik özellikleri de hızla kaybolacak ve mıknatıs olmaktan çıkacaktır. Bir solenoid gibi bir elektromıknatısın kutupları sağ el kuralına göre belirlenir. Elektromıknatısın bobininde ise vegmEat mevcut yön, o zaman elektromıknatısın polaritesi buna göre değişecektir.

Bir elektromıknatısın hareketi, kalıcı bir mıknatısınkine benzer. Ancak, ikisi arasında büyük bir fark vardır. Kalıcı bir mıknatıs her zaman manyetiktir ve bir elektromıknatıs - yalnızca bobininden bir elektrik akımı geçtiğinde.

Ayrıca kalıcı mıknatısın manyetik akısı değişmediği için kalıcı mıknatısın çekim kuvveti değişmez. Bir elektromıknatısın çekim kuvveti sabit değildir, aynı elektromıknatısın farklı yerçekimi olabilir. Herhangi bir mıknatısın çekim kuvveti, manyetik akısının büyüklüğüne bağlıdır.

Silt elektromıknatısın çekimi ve dolayısıyla manyetik akısı, bu elektromıknatısın bobininden geçen akımın büyüklüğüne bağlıdır. Akım ne kadar büyük olursa, elektromıknatısın çekim kuvveti o kadar büyük olur ve tersine, elektromıknatısın bobinindeki akım ne kadar küçük olursa, manyetik cisimleri kendine çeken kuvvet o kadar az olur.

Ancak farklı tasarım ve boyuttaki elektromıknatıslar için çekim gücü yalnızca bobindeki akımın büyüklüğüne bağlı değildir.Örneğin, aynı cihaz ve boyutta iki elektromıknatıs alırsak, ancak biri az sayıda bobine ve diğeri çok daha fazla sayıda bobine sahipse, o zaman aynı akımda çekim kuvvetinin olduğunu görmek kolaydır. ikincisi çok daha büyük olacaktır. Aslında, bobin sayısı ne kadar fazlaysa, belirli bir akımda o bobinin etrafında oluşturulan manyetik alan da o kadar fazladır, çünkü bobin her dönüşün manyetik alanlarından oluşur. Bu, elektromıknatısın manyetik akısının ve buna bağlı olarak çekim kuvvetinin, bobinin dönüş sayısı arttıkça daha fazla olacağı anlamına gelir.

Bir elektromıknatısın manyetik akısının büyüklüğünü etkileyen başka bir sebep daha vardır. Bu, manyetik devresinin kalitesidir. Manyetik devre, manyetik akının kapandığı yoldur. Manyetik devrenin belirli bir manyetik direnci vardır... Manyetik direnç, içinden manyetik akının geçtiği ortamın manyetik geçirgenliğine bağlıdır. Bu ortamın manyetik geçirgenliği ne kadar büyükse, manyetik direnci o kadar düşüktür.

Ferromanyetik cisimlerin (demir, çelik) mmyetik geçirgenliği, havanın manyetik geçirgenliğinden birçok kez daha büyük olduğundan, manyetik devreleri hava bölümleri içermeyecek şekilde elektromıknatıs yapmak daha karlı. Akımın gücü ile elektromıknatısın bobininin dönüş sayısının çarpımı, manyetomotor kuvveti olarak adlandırılır... Manyetomotiv kuvveti, amper-dönüş sayısı ile ölçülür.

Örneğin, bir elektromıknatısın bobininden 1200 dönüşle 50 mA'lik bir akım geçmektedir. Böyle bir elektromıknatısın manyetomotor kuvveti 0,05 NS 1200 = 60 ampere eşittir.

Manyetomotor kuvvetinin etkisi, bir elektrik devresindeki elektromotor kuvvetinin etkisine benzer. Tıpkı EMF'nin elektrik akımının nedeni olması gibi, manyetomotor kuvvet de bir elektromıknatısta manyetik akı yaratır. Tıpkı bir elektrik devresinde EMF arttıkça akımın değeri arttığı gibi, bir manyetik devrede de manyetomotor kuvvet arttıkça manyetik akı artar.

Elektrik devresi direncinin etkisine benzer manyetik direnç eylemi. Bir elektrik devresinin direnci arttığında akım azaldığı gibi, bir manyetik devrede de manyetik direncin artması manyetik akıda bir azalmaya neden olur.

Bir elektromıknatısın manyetik akısının manyetomotor kuvvete ve manyetik direncine bağımlılığı, Ohm yasasının formülüne benzer bir formülle ifade edilebilir: manyetomotiv kuvvet = (manyetik akı / relüktans)

Manyetik akı, relüktansa bölünen manyetomotor kuvvete eşittir.

Bobinin dönüş sayısı ve her bir elektromıknatıs için manyetik direnç sabit bir değerdir. Bu nedenle, belirli bir elektromıknatısın manyetik akısı yalnızca bobinden geçen akımdaki bir değişiklikle değişir. Bir elektromıknatısın çekim kuvveti manyetik akısı tarafından belirlendiğinden, bir elektromıknatısın çekim kuvvetini artırmak (veya azaltmak) için bobinindeki akımı buna göre artırmak (veya azaltmak) gerekir.

polarize elektromıknatıs

Polarize bir elektromıknatıs, kalıcı bir mıknatısın bir elektromıknatısa bağlanmasıdır. Bu şekilde düzenlenmiştir.Yumuşak demir direklerin sözde uzantıları kalıcı mıknatısın kutuplarına tutturulmuştur.Her kutup bir elektromanyetik çekirdek görevi görür ve üzerine bobinli bir bobin yerleştirilir. Her iki bobin de seri olarak bağlanmıştır.

Kutup uzantıları kalıcı bir mıknatısın kutuplarına doğrudan bağlı olduğundan, bobinlerde akım olmadığında bile manyetik özelliklere sahiptir; aynı zamanda çekim güçleri değişmez ve kalıcı bir mıknatısın manyetik akısı tarafından belirlenir.

Polarize bir elektromıknatısın eylemi, bobinlerinden akım akarken, bobinlerdeki akımın büyüklüğüne ve yönüne bağlı olarak kutuplarının çekim kuvvetinin artması veya azalmasıdır. Polarize bir elektromıknatısın bu özelliği, eyleme dayanmaktadır. elektromanyetik polarize röle ve diğer elektrikli cihazlar.

Manyetik alanın akım taşıyan bir iletken üzerindeki etkisi

Bir tel, alan çizgilerine dik olacak şekilde bir manyetik alana yerleştirilirse ve bu telden bir elektrik akımı geçerse, tel hareket etmeye ve manyetik alan tarafından itilmeye başlar.

Manyetik alanın elektrik akımı ile etkileşimi sonucunda iletken hareket etmeye başlar yani elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüşür.

Telin manyetik alan tarafından itildiği kuvvet, mıknatısın manyetik akısının büyüklüğüne, teldeki akıma ve telin kuvvet çizgilerinin geçtiği kısmının uzunluğuna bağlıdır. Bu kuvvetin etki yönü, yani iletkenin hareket yönü, iletkendeki akımın yönüne bağlıdır ve sol el kuralı ile belirlenir.

Sol elinizin avucunu manyetik alan çizgileri girecek şekilde tutarsanız ve uzatılmış dört parmak iletkendeki akım yönünde döndürülürse, bükülmüş başparmak iletkenin hareket yönünü gösterecektir. ... Bu kuralı uygularken, alan çizgilerinin mıknatısın kuzey kutbundan uzandığını unutmamalısınız.