Giới thiệu về từ trường, solenoids và nam châm điện

Từ trường của dòng điện

Từ trường không chỉ do tự nhiên hay nhân tạo tạo ra nam châm vĩnh cửu, mà còn là chất dẫn điện nếu có dòng điện chạy qua nó. Do đó, có một mối liên hệ giữa các hiện tượng từ tính và điện.

Không khó để đảm bảo rằng một từ trường được hình thành xung quanh dây dẫn mà dòng điện chạy qua. Đặt một dây dẫn thẳng song song với kim nam châm chuyển động và cho dòng điện chạy qua. Mũi tên sẽ có vị trí vuông góc với dây.

Những lực nào có thể làm cho kim nam châm quay? Rõ ràng, cường độ của từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn. Tắt nguồn và kim nam châm sẽ trở lại vị trí bình thường. Điều này cho thấy rằng khi tắt dòng điện, từ trường của dây cũng biến mất.

Do đó, dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường. Để biết kim nam châm sẽ lệch hướng nào, hãy áp dụng quy tắc bàn tay phải.Nếu đặt bàn tay phải lên dây dẫn, úp lòng bàn tay sao cho chiều dòng điện trùng với chiều các ngón tay thì ngón cái gập lại sẽ chỉ chiều lệch của cực bắc của kim nam châm đặt dưới dây dẫn. . Sử dụng quy tắc này và biết cực của mũi tên, bạn cũng có thể xác định hướng của dòng điện trong dây.

Một trường lửa thẳng đứng có hình dạng của các vòng tròn đồng tâm. Nếu đặt bàn tay phải lên dây dẫn, lòng bàn tay úp xuống, sao cho dòng điện chạy từ các ngón tay thì ngón tay cái cong lại sẽ chỉ vào cực bắc của kim nam châm, từ trường như vậy gọi là từ trường tròn.

Chiều của các đường sức trong trường tròn phụ thuộc vào chiều của dòng điện trong dây dẫn và được xác định bởi cái gọi là quy tắc gimbal. Nếu gimbal được xoắn theo hướng của dòng điện, thì hướng quay của tay cầm của nó sẽ trùng với hướng của các đường sức từ của trường. Áp dụng quy tắc này, ta có thể tìm được chiều của dòng điện trong ống dây nếu biết chiều của các đường sức của từ trường do dòng điện đó tạo ra.

Quay trở lại thí nghiệm kim nam châm, bạn có thể đảm bảo rằng kim nam châm luôn được định vị với đầu hướng bắc của nó theo hướng của các đường sức từ.

Do đó, một từ trường phát sinh xung quanh một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua. Nó có dạng các vòng tròn đồng tâm và được gọi là từ trường tròn.

Đế v.v. từ trường điện từ

Từ trường phát sinh xung quanh bất kỳ dây nào, bất kể hình dạng của nó, với điều kiện là có dòng điện chạy qua dây.

V kỹ thuật điện chúng tôi đối phó với các loại cuộn dây khác nhaubao gồm một số lượt.Để nghiên cứu từ trường của cuộn dây quan tâm, trước tiên chúng ta hãy xem từ trường của một vòng có hình dạng như thế nào.

Hãy tưởng tượng một cuộn dây dày chạy qua một miếng bìa cứng và được nối với nguồn điện. Khi một dòng điện chạy qua cuộn dây, một từ trường tròn được hình thành xung quanh mỗi phần riêng lẻ của cuộn dây. Theo quy tắc «gimbal», dễ dàng xác định rằng các đường sức từ bên trong vòng lặp có cùng hướng (về phía chúng ta hoặc ra xa chúng ta, tùy thuộc vào hướng của dòng điện trong vòng lặp) và chúng thoát ra từ một phía của vòng lặp và đi vào từ phía bên kia... Một loạt các cuộn dây như vậy, ở dạng xoắn ốc, được gọi là điện từ (cuộn dây).

Một từ trường được hình thành xung quanh cuộn dây điện từ khi dòng điện chạy qua nó. Nó thu được là kết quả của việc thêm các từ trường của mỗi lượt và có hình dạng giống như từ trường của một nam châm thẳng. Các đường sức từ của nam châm điện từ, giống như nam châm thẳng, rời khỏi một đầu của nam châm điện từ và quay trở lại đầu kia. Bên trong solenoid chúng có cùng hướng. Do đó, các đầu của điện từ được phân cực. Điểm cuối mà các đường dây điện đi ra là Cực Bắc của cuộn dây điện từ và điểm cuối mà các đường dây điện đi vào là Cực Nam của nó.

Các cực điện từ có thể được xác định theo quy tắc bàn tay phải, nhưng để làm được điều này, bạn cần biết hướng của dòng điện trong các lượt của nó. Nếu bạn đặt bàn tay phải của mình lên nam châm điện, lòng bàn tay hướng xuống, sao cho dòng điện chạy từ các ngón tay, thì ngón tay cái uốn cong sẽ chỉ về cực bắc của nam châm điện... Từ quy tắc này, suy ra rằng cực tính của nam châm phụ thuộc về chiều dòng điện trong nó.Điều này rất dễ kiểm tra trong thực tế bằng cách đưa một kim nam châm vào một trong các cực của nam châm điện và sau đó thay đổi hướng của dòng điện trong nam châm điện. Mũi tên sẽ ngay lập tức xoay 180 °, nghĩa là nó sẽ chỉ ra rằng các cực của điện từ đã thay đổi.

Solenoid có khả năng hút các vật thể hợp lệ. Nếu đặt một thanh thép bên trong nam châm điện, sau một thời gian, dưới tác động của từ trường của nam châm điện, thanh này sẽ bị nhiễm từ. Phương pháp này được sử dụng trong sản xuất nam châm vĩnh cửu.

nam châm điện

nam châm điện là một cuộn dây (điện từ) với một lõi sắt được đặt bên trong nó. Hình dạng và kích thước của nam châm điện là khác nhau, nhưng cấu trúc chung của tất cả chúng đều giống nhau.

Cuộn dây của nam châm điện là một khung thường được làm bằng tấm ép hoặc sợi và có các hình dạng khác nhau tùy thuộc vào mục đích của nam châm điện. Một dây cách điện bằng đồng được quấn trên khung thành nhiều lớp - cuộn dây của nam châm điện. Nó có số vòng quay khác nhau và được làm bằng dây có đường kính khác nhau, tùy thuộc vào mục đích của nam châm điện.

Để bảo vệ lớp cách điện của cuộn dây khỏi hư hỏng cơ học, cuộn dây được phủ một hoặc nhiều lớp giấy hoặc vật liệu cách điện khác. Đầu và cuối của cuộn dây được đưa ra ngoài và kết nối với các đầu ra được cố định trên khung hoặc với các dây mềm có tai ở hai đầu.

Cuộn dây của nam châm điện được gắn trên một lõi làm bằng sắt mềm, ủ hoặc hợp kim của sắt với silic, niken, v.v. Bàn ủi này có ít cặn nhất từ tính... Các lõi thường được làm bằng các tấm mỏng, cách điện với nhau.Hình dạng của lõi có thể khác nhau, tùy thuộc vào mục đích của nam châm điện.

Nếu một dòng điện đi qua cuộn dây của nam châm điện, thì từ trường được hình thành xung quanh cuộn dây, từ trường này sẽ từ hóa lõi. Vì lõi được làm bằng sắt mềm nên nó sẽ bị nhiễm từ ngay lập tức. Nếu sau đó bạn tắt dòng điện, các đặc tính từ tính của lõi cũng sẽ nhanh chóng biến mất và nó sẽ không còn là nam châm nữa. Các cực của nam châm điện, giống như nam châm từ, được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Nếu trong cuộn dây của nam châm điện vàgmEat hướng hiện tại, thì cực của nam châm điện sẽ thay đổi tương ứng.

Hoạt động của nam châm điện tương tự như hoạt động của nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên, có một sự khác biệt lớn giữa hai. Nam châm vĩnh cửu luôn có từ tính và nam châm điện - chỉ khi có dòng điện chạy qua cuộn dây của nó.

Ngoài ra, lực hút của nam châm vĩnh cửu không thay đổi, vì từ thông của nam châm vĩnh cửu không thay đổi. Lực hút của nam châm điện không phải là hằng số, cùng một nam châm điện có thể có lực hấp dẫn khác nhau. Lực hút của bất kỳ nam châm nào phụ thuộc vào độ lớn của từ thông của nó.

Lực hút của nam châm điện bùn, và do đó từ thông của nó, phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm điện này. Dòng điện càng lớn thì lực hút của nam châm điện càng lớn và ngược lại, dòng điện trong cuộn dây của nam châm điện càng nhỏ thì lực hút các vật thể từ tính về phía nó càng ít.

Nhưng đối với các nam châm điện có thiết kế và kích thước khác nhau, cường độ lực hút của chúng không chỉ phụ thuộc vào cường độ dòng điện trong cuộn dây.Ví dụ, nếu chúng ta lấy hai nam châm điện có cùng thiết bị và kích thước, nhưng một nam châm có số cuộn dây nhỏ và nam châm điện kia có số vòng dây lớn hơn nhiều, thì dễ dàng nhận thấy rằng ở cùng một dòng điện, lực hút của cái sau sẽ lớn hơn nhiều. Thật vậy, số lượng cuộn dây càng nhiều thì ở một dòng điện nhất định, từ trường tạo ra xung quanh cuộn dây đó càng lớn, vì nó bao gồm các từ trường của mỗi vòng. Điều này có nghĩa là từ thông của nam châm điện và theo đó, lực hút của nó sẽ càng lớn, số vòng dây của cuộn dây càng lớn.

Có một lý do khác ảnh hưởng đến độ lớn của từ thông của nam châm điện. Đây là chất lượng của mạch từ tính của nó. Mạch từ là đường mà từ thông đóng lại. Mạch từ có điện trở từ nhất định... Điện trở từ phụ thuộc vào độ từ thẩm của môi trường mà từ thông đi qua. Độ thấm từ của môi trường này càng lớn thì điện trở từ của nó càng thấp.

Do độ thấm từ của các vật liệu sắt từ (sắt, thép) lớn hơn nhiều lần so với độ thấm từ của không khí, do đó, việc chế tạo nam châm điện sao cho mạch từ của chúng không chứa các phần không khí sẽ có lợi hơn. Tích của cường độ dòng điện và số vòng dây của nam châm điện được gọi là lực từ... Lực từ được đo bằng số vòng dây của ampe.

Ví dụ, một dòng điện 50 mA chạy qua cuộn dây của một nam châm điện với 1200 vòng quay. Lực từ động của nam châm điện đó bằng 0,05 NS 1200 = 60 ampe.

Tác dụng của lực từ tương tự như tác dụng của suất điện động trong mạch điện. Giống như EMF là nguyên nhân của dòng điện, lực từ tạo ra từ thông trong nam châm điện. Giống như trong mạch điện, khi EMF tăng, giá trị của dòng điện tăng, do đó, trong mạch từ, khi lực từ tăng, từ thông tăng.

Hoạt động của lực cản từ tương tự như hoạt động của điện trở mạch điện. Giống như khi điện trở của mạch điện tăng thì cường độ dòng điện giảm, vì vậy trong mạch từ, điện trở tăng làm từ thông giảm.

Sự phụ thuộc của từ thông của nam châm điện vào lực từ động và điện trở từ của nó có thể được biểu thị bằng một công thức tương tự như công thức của định luật Ohm: lực từ = (từ thông/từ trở)

Từ thông bằng lực từ chia cho từ trở.

Số vòng dây của cuộn dây và cảm kháng từ của mỗi nam châm điện là một giá trị không đổi. Do đó, từ thông của một nam châm điện nhất định chỉ thay đổi khi cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây thay đổi. Vì lực hút của nam châm điện được xác định bởi từ thông của nó, nên để tăng (hoặc giảm) lực hút của nam châm điện, cần phải tăng (hoặc giảm) dòng điện chạy trong cuộn dây của nó tương ứng.

nam châm điện phân cực

Nam châm điện phân cực là sự ghép nối của nam châm vĩnh cửu với nam châm điện. Nó được sắp xếp theo cách này Cái gọi là phần mở rộng của các cực sắt mềm được gắn vào các cực của nam châm vĩnh cửu.Mỗi cực đóng vai trò là một lõi điện từ.Trên đó đặt một cuộn dây có cuộn dây. Cả hai cuộn dây được mắc nối tiếp.

Do các phần mở rộng của cực được kết nối trực tiếp với các cực của nam châm vĩnh cửu nên chúng có đặc tính từ tính ngay cả khi không có dòng điện trong cuộn dây; đồng thời lực hút của chúng không đổi và được xác định bởi từ thông của nam châm vĩnh cửu.

Hoạt động của nam châm điện phân cực là khi dòng điện chạy qua cuộn dây của nó, lực hút của các cực của nó tăng hoặc giảm tùy thuộc vào độ lớn và hướng của dòng điện trong cuộn dây. Tính chất này của nam châm điện phân cực dựa trên tác dụng rơle phân cực điện từ và các thiết bị điện khác.

Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện

Nếu một dây dẫn được đặt trong từ trường sao cho nó vuông góc với các đường sức và có dòng điện chạy qua dây dẫn đó, thì dây dẫn sẽ bắt đầu chuyển động và bị đẩy bởi từ trường.

Do sự tương tác của từ trường với dòng điện, dây dẫn bắt đầu chuyển động, nghĩa là năng lượng điện được chuyển thành năng lượng cơ học.

Lực mà dây bị đẩy bởi từ trường phụ thuộc vào độ lớn của từ thông của nam châm, dòng điện trong dây và chiều dài của phần dây mà các đường sức đi qua. Chiều tác dụng của lực này, tức là chiều chuyển động của vật dẫn, phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong vật dẫn và được xác định theo quy tắc bàn tay trái.

Nếu bạn giữ lòng bàn tay trái sao cho các đường sức từ đi vào lòng bàn tay đó và bốn ngón tay duỗi ra quay theo hướng có dòng điện chạy trong dây dẫn thì ngón tay cái cong sẽ chỉ chiều chuyển động của dây dẫn ... Khi áp dụng quy tắc này, bạn phải nhớ rằng các đường sức kéo dài từ cực bắc của nam châm.