Η μαγνητική δράση του πηνίου. Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα. Τι και πώς να μετρήσετε το μαγνητικό πεδίο
Ένας αγωγός μέσω του οποίου ρέει ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που χαρακτηρίζεται από το διάνυσμα έντασης `Η(Εικ. 3). Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου υπακούει στην αρχή της υπέρθεσης
και, σύμφωνα με το νόμο Biot-Savart-Laplace,
που Εγώείναι η ένταση ρεύματος στον αγωγό, είναι ένα διάνυσμα που έχει μήκος ενός στοιχειώδους τμήματος του αγωγού και κατευθύνεται προς την κατεύθυνση του ρεύματος, `rείναι το διάνυσμα ακτίνας που συνδέει το στοιχείο με το εξεταζόμενο σημείο Π.
Μία από τις πιο κοινές διαμορφώσεις αγωγών με ρεύμα είναι ένα πηνίο με τη μορφή δακτυλίου ακτίνας R (Εικ. 3, α). Το μαγνητικό πεδίο ενός τέτοιου ρεύματος στο επίπεδο που διέρχεται από τον άξονα συμμετρίας έχει τη μορφή (βλ. Εικ. 3, β). Το πεδίο στο σύνολό του πρέπει να έχει περιστροφική συμμετρία γύρω από τον άξονα z (Εικ. 3, b) και οι ίδιες οι γραμμές δύναμης πρέπει να είναι συμμετρικές ως προς το επίπεδο βρόχου (το επίπεδο xy). Το πεδίο σε άμεση γειτνίαση με τον αγωγό θα μοιάζει με το πεδίο κοντά σε ένα μακρύ ευθύ σύρμα, καθώς η επίδραση των απομακρυσμένων τμημάτων του βρόχου είναι σχετικά μικρή εδώ. Στον άξονα του κυκλικού ρεύματος, το πεδίο κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα Ζ.
Ας υπολογίσουμε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στον άξονα του δακτυλίου σε ένα σημείο που βρίσκεται σε απόσταση z από το επίπεδο του δακτυλίου. Σύμφωνα με τον τύπο (6), αρκεί να υπολογιστεί η συνιστώσα z του διανύσματος:
. (7)
Ενσωματώνοντας σε ολόκληρο τον δακτύλιο, λαμβάνουμε òd μεγάλο= 2p R. Αφού, σύμφωνα με το Πυθαγόρειο θεώρημα r 2 = R 2 + z 2 , τότε το απαιτούμενο πεδίο σε ένα σημείο του άξονα είναι
. (8)
διανυσματική κατεύθυνση `Ημπορεί να κατευθυνθεί σύμφωνα με τον κανόνα της δεξιάς βίδας.
Στο κέντρο του κρίκου z= 0 και ο τύπος (8) απλοποιείται:
Μας ενδιαφέρει κοντό πηνίο- ένα κυλινδρικό συρμάτινο πηνίο, που αποτελείται από Νστροφές ίδιας ακτίνας. Λόγω αξονικής συμμετρίας και σύμφωνα με την αρχή της υπέρθεσης, το μαγνητικό πεδίο ενός τέτοιου πηνίου στον άξονα Η είναι το αλγεβρικό άθροισμα των πεδίων των μεμονωμένων στροφών HΕγώ: . Έτσι, το μαγνητικό πεδίο ενός μικρού πηνίου που περιέχει Νσε στροφές, σε ένα αυθαίρετο σημείο του άξονα υπολογίζεται από τους τύπους
, 
, (10)
που H- ένταση, σι– επαγωγή μαγνητικού πεδίου.
Μαγνητικό πεδίο σωληνοειδούς με ρεύμα
Για τον υπολογισμό της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, χρησιμοποιείται το θεώρημα σχετικά με την κυκλοφορία του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής:
, (11)
όπου είναι το αλγεβρικό άθροισμα των ρευμάτων που καλύπτονται από το κύκλωμα μεγάλοελεύθερη μορφή, n- τον αριθμό των αγωγών με ρεύματα που καλύπτονται από το κύκλωμα. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε ρεύμα λαμβάνεται υπόψη όσες φορές καλύπτεται από το κύκλωμα και το ρεύμα θεωρείται θετικό, η κατεύθυνση του οποίου σχηματίζει ένα δεξιό βιδωτό σύστημα με την κατεύθυνση της παράκαμψης κατά μήκος του κυκλώματος - του κυκλώματος στοιχείο μεγάλο.
Ας εφαρμόσουμε το θεώρημα για την κυκλοφορία του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής σε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μήκους μεγάλοέχοντας Νμε στροφές με ρεύμα Εγώ(Εικ. 4). Στον υπολογισμό, λαμβάνουμε υπόψη ότι σχεδόν ολόκληρο το πεδίο είναι συγκεντρωμένο μέσα στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα (παραμελούνται τα εφέ ακμών) και είναι ομοιογενές. Τότε ο τύπος 11 θα έχει τη μορφή:
,
από όπου βρίσκουμε την επαγωγή του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα μέσα στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα:
 |
Ρύζι. 4. Σωληνοειδής με ρεύμα και το μαγνητικό του πεδίο
Σχέδιο εγκατάστασης
Ρύζι. 5 Σχηματικό διάγραμμα εγκατάστασης
1 - μετρητής επαγωγής μαγνητικού πεδίου (τεσλαμόμετρο), A - αμπερόμετρο, 2 - καλώδιο σύνδεσης, 3 - αισθητήρας μέτρησης, 4 - αισθητήρας Hall *, 5 - αντικείμενο υπό μελέτη (κοντό πηνίο, ευθύγραμμος αγωγός, ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα), 6 - πηγή ρεύματος, 7 - χάρακα για τη στερέωση της θέσης του αισθητήρα, 8 - θήκη καθετήρα.
* - η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα βασίζεται στο φαινόμενο του φαινομένου Hall (βλ. εργαστηριακό έργο αρ. 15 Μελέτη του φαινομένου Hall)
Εντολή εργασίας
1. Μελέτη του μαγνητικού πεδίου ενός μικρού πηνίου
1.1. Ενεργοποιήστε τις συσκευές. Οι διακόπτες τροφοδοσίας ρεύματος και μετρητής τηλεμετρητή βρίσκονται στα πίσω πάνελ.
1.2. Ως αντικείμενο της μελέτης 5 (βλ. Εικ. 5), τοποθετήστε ένα κοντό πηνίο στη θήκη και συνδέστε το στην πηγή ρεύματος 6.
1.3. Ρυθμίστε τον ρυθμιστή τάσης στην πηγή 6 στη μεσαία θέση. Ρυθμίστε την ένταση ρεύματος στο μηδέν ρυθμίζοντας την έξοδο ισχύος ρεύματος στην πηγή 6 και ελέγξτε την με ένα αμπερόμετρο (η τιμή πρέπει να είναι μηδέν).
1.4. Οι ρυθμιστές χονδροειδούς 1 και μικρορύθμισης 2 (Εικ. 6) επιτυγχάνουν μηδενικές ενδείξεις του μετρητή teslameter.
1.5. Τοποθετήστε τη βάση με τον αισθητήρα μέτρησης στον χάρακα σε θέση κατάλληλη για ανάγνωση - για παράδειγμα, στη συντεταγμένη των 300 mm. Στο μέλλον, πάρτε αυτή τη θέση ως μηδέν. Κατά την εγκατάσταση και κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, παρατηρήστε τον παραλληλισμό μεταξύ του καθετήρα και του χάρακα.
1.6. Τοποθετήστε τη θήκη με το κοντό πηνίο με τέτοιο τρόπο ώστε ο αισθητήρας Hall 4 να βρίσκεται στο κέντρο των στροφών του πηνίου (Εικ. 7). Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε τη βίδα σύσφιξης και ρύθμισης ύψους στη θήκη του αισθητήρα. Το επίπεδο του πηνίου πρέπει να είναι κάθετο στον καθετήρα. Κατά τη διαδικασία προετοιμασίας των μετρήσεων, μετακινήστε τη θήκη με το δείγμα δοκιμής, αφήνοντας τον αισθητήρα μέτρησης ακίνητο.
1.7. Βεβαιωθείτε ότι κατά τη διάρκεια του χρόνου προθέρμανσης του τεσλαμόμετρου, οι ενδείξεις του παραμένουν μηδενικές. Εάν αυτό δεν γίνει, ρυθμίστε το μετρητή τελομετρητή στο μηδέν με μηδενικό ρεύμα στο δείγμα.
1.8. Ρυθμίστε το ρεύμα μικρού πηνίου στα 5 A (ρυθμίζοντας την έξοδο στο τροφοδοτικό 6, Constanter/Netzgerät Universal).
1.9. Μετρήστε τη μαγνητική επαγωγή σι exp στον άξονα του πηνίου ανάλογα με την απόσταση από το κέντρο του πηνίου. Για να το κάνετε αυτό, μετακινήστε το στήριγμα του αισθητήρα κατά μήκος του χάρακα, διατηρώντας παράλληλα την αρχική του θέση. Οι αρνητικές τιμές z αντιστοιχούν στη μετατόπιση του ανιχνευτή στην περιοχή των μικρότερων συντεταγμένων από την αρχική και αντίστροφα - θετικές τιμές z - στην περιοχή των μεγάλων συντεταγμένων. Εισαγάγετε τα δεδομένα στον πίνακα 1.
Πίνακας 1 Εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής από τον άξονα ενός μικρού πηνίου από την απόσταση από το κέντρο του πηνίου
1.10. Επαναλάβετε τα σημεία 1.2 - 1.7.
1.11. Μετρήστε την εξάρτηση της επαγωγής στο κέντρο του πηνίου από την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από το πηνίο. Εισαγάγετε τα δεδομένα στον πίνακα 2.
Πίνακας 2 Εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής στο κέντρο ενός μικρού πηνίου από την ισχύ του ρεύματος σε αυτό
2. Μελέτη του μαγνητικού πεδίου της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας
2.1. Ως αντικείμενο της μελέτης 5, τοποθετήστε την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα σε μεταλλικό πάγκο από μη μαγνητικό υλικό ρυθμιζόμενο καθ' ύψος (Εικ. 8).
2.2. Επαναλάβετε 1,3 - 1,5.
2.3. Ρυθμίστε το ύψος του πάγκου έτσι ώστε ο αισθητήρας μέτρησης να διέρχεται κατά μήκος του άξονα συμμετρίας της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας και ο αισθητήρας Hall να βρίσκεται στη μέση των στροφών της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.
2.4. Επαναλάβετε τα βήματα 1.7 - 1.11 (χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αντί για κοντό πηνίο). Εισαγάγετε τα δεδομένα στους πίνακες 3 και 4, αντίστοιχα. Σε αυτήν την περίπτωση, προσδιορίστε τη συντεταγμένη του κέντρου της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας ως εξής: εγκαταστήστε τον αισθητήρα Hall στην αρχή της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας και στερεώστε τη συντεταγμένη της βάσης. Στη συνέχεια, μετακινήστε τη βάση κατά μήκος του χάρακα κατά μήκος του άξονα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μέχρι το άκρο του αισθητήρα να βρίσκεται στην άλλη πλευρά της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας. Στερεώστε τη συντεταγμένη του κατόχου σε αυτή τη θέση. Η κεντρική συντεταγμένη του σωληνοειδούς θα είναι ίση με τον αριθμητικό μέσο όρο των δύο μετρούμενων συντεταγμένων.
Πίνακας 3 Εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής στον άξονα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας από την απόσταση από το κέντρο του.
2.5. Επαναλάβετε τα σημεία 1.3 - 1.7.
2.6. Μετρήστε την εξάρτηση της επαγωγής στο κέντρο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας από την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από το πηνίο. Εισαγάγετε τα δεδομένα στον πίνακα 4.
Πίνακας 4 Εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής στο κέντρο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας από την ένταση ρεύματος σε αυτήν
3. Μελέτη του μαγνητικού πεδίου ενός συνεχούς αγωγού με ρεύμα
3.1. Ως αντικείμενο της μελέτης 5, εγκαταστήστε έναν ευθύ αγωγό με ρεύμα (Εικ. 9, α). Για να το κάνετε αυτό, συνδέστε τα καλώδια που προέρχονται από το αμπερόμετρο και την πηγή ισχύος μεταξύ τους (βραχυκυκλώστε το εξωτερικό κύκλωμα) και τοποθετήστε τον αγωγό απευθείας στην άκρη του αισθητήρα 3 κοντά στον αισθητήρα 4, κάθετα στον αισθητήρα (Εικ. 9, β) . Για να στηρίξετε τον αγωγό, χρησιμοποιήστε έναν μεταλλικό πάγκο ρυθμιζόμενου ύψους από μη μαγνητικό υλικό στη μία πλευρά του καθετήρα και μια θήκη για δείγματα δοκιμής στην άλλη πλευρά (μία από τις υποδοχές υποδοχής μπορεί να περιλαμβάνει έναν ακροδέκτη αγωγού για πιο αξιόπιστη στερέωση αυτός ο αγωγός). Δώστε στον αγωγό ένα ίσιο σχήμα.
3.2. Επαναλάβετε τα σημεία 1.3 - 1.5.
3.3. Προσδιορίστε την εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής από την ισχύ του ρεύματος στον αγωγό. Εισαγάγετε τα δεδομένα μέτρησης στον πίνακα 5.
Πίνακας 5 Εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής που δημιουργείται από έναν ευθύ αγωγό από την ένταση ρεύματος σε αυτόν
4. Προσδιορισμός των παραμέτρων των μελετηθέντων αντικειμένων
4.1. Προσδιορίστε (εάν χρειάζεται, μετρήστε) και καταγράψτε στον πίνακα 6 τα απαραίτητα δεδομένα για τους υπολογισμούς: Ν προςείναι ο αριθμός των στροφών του κοντού πηνίου, Rείναι η ακτίνα του? N sείναι ο αριθμός των στροφών της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, μεγάλο- το μήκος του, μεγάλο- η αυτεπαγωγή του (υποδεικνύεται στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα), ρεείναι η διάμετρός του.
Πίνακας 6 Παράμετροι των δειγμάτων που μελετήθηκαν
| ΝΠρος το | R | ΝΜε | ρε | μεγάλο | μεγάλο |
επεξεργασία των αποτελεσμάτων
1. Με τον τύπο (10), υπολογίστε τη μαγνητική επαγωγή που δημιουργείται από ένα βραχύ πηνίο με ρεύμα. Εισαγάγετε τα δεδομένα στους πίνακες 1 και 2. Με βάση τα δεδομένα του πίνακα 1, κατασκευάστε τις θεωρητικές και πειραματικές εξαρτήσεις της μαγνητικής επαγωγής στον άξονα ενός μικρού πηνίου από την απόσταση z έως το κέντρο του πηνίου. Οι θεωρητικές και οι πειραματικές εξαρτήσεις σχεδιάζονται στους ίδιους άξονες συντεταγμένων.
2. Με βάση τα δεδομένα του Πίνακα 2, σχεδιάστε τις θεωρητικές και πειραματικές εξαρτήσεις της μαγνητικής επαγωγής στο κέντρο ενός μικρού πηνίου από την ισχύ του ρεύματος σε αυτό. Οι θεωρητικές και οι πειραματικές εξαρτήσεις σχεδιάζονται στους ίδιους άξονες συντεταγμένων. Υπολογίστε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στο κέντρο του πηνίου με ένταση ρεύματος 5 A σε αυτό χρησιμοποιώντας τον τύπο (10).
3. Με τον τύπο (12), υπολογίστε τη μαγνητική επαγωγή που δημιουργεί η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Εισαγάγετε τα δεδομένα στους πίνακες 3 και 4. Σύμφωνα με τον πίνακα 3, κατασκευάστε τις θεωρητικές και πειραματικές εξαρτήσεις της μαγνητικής επαγωγής στον άξονα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας από την απόσταση z έως το κέντρο της. Οι θεωρητικές και οι πειραματικές εξαρτήσεις σχεδιάζονται στους ίδιους άξονες συντεταγμένων.
4. Με βάση τα δεδομένα του Πίνακα 4, να δημιουργήσετε τις θεωρητικές και πειραματικές εξαρτήσεις της μαγνητικής επαγωγής στο κέντρο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας από την ένταση ρεύματος σε αυτήν. Οι θεωρητικές και οι πειραματικές εξαρτήσεις σχεδιάζονται στους ίδιους άξονες συντεταγμένων. Υπολογίστε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στο κέντρο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας με ένταση ρεύματος 5 A σε αυτό.
5. Σύμφωνα με τον Πίνακα 5, κατασκευάστε μια πειραματική εξάρτηση της μαγνητικής επαγωγής που δημιουργεί ο αγωγός από την ένταση ρεύματος σε αυτόν.
6. Με βάση τον τύπο (5), προσδιορίστε τη μικρότερη απόσταση r o από τον αισθητήρα στον αγωγό με ρεύμα (αυτή η απόσταση καθορίζεται από το πάχος της μόνωσης του αγωγού και το πάχος της μόνωσης του αισθητήρα στον αισθητήρα). Εισαγάγετε τα αποτελέσματα του υπολογισμού στον πίνακα 5. Υπολογίστε τον αριθμητικό μέσο όρο r o , συγκρίνετε με μια οπτικά παρατηρούμενη τιμή.
7. Υπολογίστε την αυτεπαγωγή της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας ΜΕΓΑΛΟ.Εισαγάγετε τα αποτελέσματα των υπολογισμών στον πίνακα 4. Συγκρίνετε τη μέση τιμή που προκύπτει μεγάλομε σταθερή τιμή αυτεπαγωγής στον πίνακα 6. Για να υπολογίσετε, χρησιμοποιήστε τον τύπο, όπου Υ- σύνδεση ροής, Υ = N με BS,που V- μαγνητική επαγωγή στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα (σύμφωνα με τον πίνακα 4), μικρό=σελ ρεΤα 2/4 είναι η περιοχή διατομής της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.
Ερωτήσεις ελέγχου
1. Τι είναι ο νόμος Biot-Savart-Laplace και πώς εφαρμόζεται κατά τον υπολογισμό των μαγνητικών πεδίων των αγωγών που μεταφέρουν ρεύμα;
2. Πώς προσδιορίζεται η φορά ενός διανύσματος Hστον νόμο Biot-Savart-Laplace;
3. Πώς συνδέονται τα διανύσματα της μαγνητικής επαγωγής σικαι ένταση Hμεταξύ τους; Ποιες είναι οι μονάδες μέτρησής τους;
4. Πώς χρησιμοποιείται ο νόμος Biot-Savart-Laplace στον υπολογισμό των μαγνητικών πεδίων;
5. Πώς μετριέται το μαγνητικό πεδίο σε αυτή την εργασία; Σε ποιο φυσικό φαινόμενο βασίζεται η αρχή της μέτρησης του μαγνητικού πεδίου;
6. Ορίστε την επαγωγή, τη μαγνητική ροή, τη σύνδεση ροής. Καθορίστε τις μονάδες μέτρησης για αυτές τις ποσότητες.
βιβλιογραφική λίστα
εκπαιδευτική βιβλιογραφία
1. Καλάσνικοφ Ν.Π.Βασικές αρχές της φυσικής. Μ.: Bustard, 2004. Τόμος 1
2. Saveliev I.V.. μάθημα φυσικής. Μ.: Nauka, 1998. Τ. 2.
3. Η Detlaf A.A.,Yavorsky B.M.μάθημα φυσικής. Μόσχα: Ανώτερο σχολείο, 2000.
4. Irodov I.EΗλεκτρομαγνητισμός. Μ.: Binom, 2006.
5. Yavorsky B.M.,Η Detlaf A.A.Εγχειρίδιο Φυσικής. Μ.: Nauka, 1998.
Συνεχίζουμε να μελετάμε τα ζητήματα των ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων. Και στο σημερινό μάθημα, θα εξετάσουμε το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα και ηλεκτρομαγνήτη.
Το μεγαλύτερο πρακτικό ενδιαφέρον είναι το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου που μεταφέρει ρεύμα. Για να πάρετε ένα πηνίο, πρέπει να πάρετε έναν μονωμένο αγωγό και να τον τυλίγετε γύρω από το πλαίσιο. Ένα τέτοιο πηνίο περιέχει μεγάλο αριθμό στροφών σύρματος. Σημειώστε: αυτά τα καλώδια τυλίγονται σε πλαστικό πλαίσιο και αυτό το καλώδιο έχει δύο αγωγούς (Εικ. 1).
Ρύζι. 1. Πηνίο
Η μελέτη του μαγνητικού πεδίου του πηνίου πραγματοποιήθηκε από δύο διάσημους επιστήμονες: τον André-Marie Ampère και τον Francois Arago. Βρήκαν ότι το μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ακριβώς το ίδιο με το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη (Εικ. 2).
Ρύζι. 2. Μαγνητικό πεδίο πηνίου και μόνιμου μαγνήτη
Γιατί οι μαγνητικές γραμμές του πηνίου μοιάζουν έτσι
Εάν ένα συνεχές ρεύμα ρέει μέσω ενός ευθύγραμμου αγωγού, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου μπορεί να προσδιοριστεί από τον «κανόνα του χιτώνα» (Εικ. 3).
Ρύζι. 3. Μαγνητικό πεδίο αγωγού
Λυγίζουμε αυτόν τον αγωγό σε μια σπείρα. Η κατεύθυνση του ρεύματος παραμένει η ίδια, το μαγνητικό πεδίο του αγωγού υπάρχει επίσης γύρω από τον αγωγό, προστίθεται το πεδίο διαφορετικών τμημάτων του αγωγού. Μέσα στο πηνίο, το μαγνητικό πεδίο θα συγκεντρωθεί. Ως αποτέλεσμα, έχουμε την ακόλουθη εικόνα του μαγνητικού πεδίου του πηνίου (Εικ. 4).
Ρύζι. 4. Μαγνητικό πεδίο του πηνίου
Υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα πηνίο που μεταφέρει ρεύμα. Όπως και το πεδίο ενός άμεσου αγωγού, μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας πριονίδι (Εικ. 5). Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα είναι επίσης κλειστές.
Ρύζι. 5. Η θέση των μεταλλικών ρινισμάτων κοντά στο τρέχον πηνίο
Εάν ένα πηνίο με ρεύμα αιωρείται σε λεπτούς και εύκαμπτους αγωγούς, τότε θα εγκατασταθεί με τον ίδιο τρόπο όπως η μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας. Το ένα άκρο του πηνίου θα είναι στραμμένο προς το βορρά, το άλλο θα κοιτάζει νότια. Αυτό σημαίνει ότι ένα πηνίο με ρεύμα, όπως μια μαγνητική βελόνα, έχει δύο πόλους - βόρειο και νότιο (Εικ. 6).
Ρύζι. 6. Στύλοι πηνίου
Στα ηλεκτρικά διαγράμματα, το πηνίο υποδεικνύεται ως εξής:
Ρύζι. 7. Ονομασία του πηνίου στα διαγράμματα
Τα πηνία με ρεύμα χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία ως μαγνήτες. Είναι βολικά στο ότι η μαγνητική τους δράση μπορεί να ποικίλλει σε μεγάλο εύρος.
Το μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι μεγάλο σε σύγκριση με το μαγνητικό πεδίο του αγωγού (για την ίδια ένταση ρεύματος).
Όταν ένα ρεύμα διέρχεται από ένα πηνίο, σχηματίζεται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Όσο περισσότερο ρεύμα διαρρέει το πηνίο, τόσο ισχυρότερο θα είναι το μαγνητικό πεδίο.
Μπορεί να στερεωθεί με μαγνητική βελόνα ή μεταλλικά ρινίσματα.
Επίσης, το μαγνητικό πεδίο του πηνίου εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών. Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα είναι ισχυρότερο, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των στροφών σε αυτό. Δηλαδή, μπορούμε να ρυθμίσουμε το πεδίο του πηνίου αλλάζοντας τον αριθμό των στροφών του ή το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το πηνίο.
Το πιο ενδιαφέρον όμως ήταν η ανακάλυψη του Άγγλου μηχανικού Sturgeon. Επέδειξε το εξής: ο επιστήμονας πήρε και έβαλε το πηνίο στον πυρήνα του σιδήρου. Το θέμα είναι ότι, περνώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από τις στροφές αυτών των πηνίων, το μαγνητικό πεδίο αυξήθηκε πολλές φορές - και όλα τα σιδερένια αντικείμενα που υπήρχαν γύρω άρχισαν να έλκονται από αυτήν τη συσκευή (Εικ. 8). Αυτή η συσκευή ονομάζεται «ηλεκτρομαγνήτης».
Ρύζι. 8. Ηλεκτρομαγνήτης
Όταν σκέφτηκαν να φτιάξουν ένα σιδερένιο γάντζο και να το συνδέσουν σε αυτή τη συσκευή, είχαν την ευκαιρία να σύρουν διάφορα φορτία. Τι είναι λοιπόν ένας ηλεκτρομαγνήτης;
Ορισμός
Ηλεκτρομαγνήτης- αυτό είναι ένα πηνίο με μεγάλο αριθμό στροφών περιέλιξης, τοποθετημένο σε έναν πυρήνα σιδήρου, ο οποίος αποκτά τις ιδιότητες ενός μαγνήτη όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από την περιέλιξη.
Ο ηλεκτρομαγνήτης στο διάγραμμα χαρακτηρίζεται ως πηνίο και μια οριζόντια γραμμή βρίσκεται στην κορυφή (Εικ. 9). Αυτή η γραμμή αντιπροσωπεύει τον πυρήνα του σιδήρου.
Ρύζι. 9. Ονομασία ηλεκτρομαγνήτη
Όταν μελετήσαμε τα ηλεκτρικά φαινόμενα, είπαμε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα έχει διαφορετικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένων των μαγνητικών. Και ένα από τα πειράματα που συζητήσαμε συνδέθηκε με το γεγονός ότι παίρνουμε ένα καλώδιο συνδεδεμένο σε μια πηγή ρεύματος, το τυλίγουμε γύρω από ένα σιδερένιο καρφί και παρατηρούμε πώς διάφορα σιδερένια αντικείμενα αρχίζουν να έλκονται σε αυτό το καρφί (Εικ. 10). Αυτός είναι ο απλούστερος ηλεκτρομαγνήτης. Και τώρα καταλαβαίνουμε ότι ο απλούστερος ηλεκτρομαγνήτης μας παρέχεται από τη ροή του ρεύματος στο πηνίο, έναν μεγάλο αριθμό στροφών και, φυσικά, από έναν μεταλλικό πυρήνα.
Ρύζι. 10. Ο απλούστερος ηλεκτρομαγνήτης
Σήμερα, οι ηλεκτρομαγνήτες είναι πολύ διαδεδομένοι. Οι ηλεκτρομαγνήτες λειτουργούν σχεδόν οπουδήποτε και παντού. Για παράδειγμα, αν χρειαστεί να σύρουμε αρκετά μεγάλα φορτία, χρησιμοποιούμε ηλεκτρομαγνήτες. Και προσαρμόζοντας την ισχύ του ρεύματος, ανάλογα είτε θα αυξήσουμε είτε θα μειώσουμε την ισχύ. Ένα άλλο παράδειγμα χρήσης ηλεκτρομαγνητών είναι το ηλεκτρικό κουδούνι.
Το άνοιγμα και το κλείσιμο των θυρών και τα φρένα ορισμένων οχημάτων (για παράδειγμα, του τραμ) παρέχονται επίσης από ηλεκτρομαγνήτες.
Βιβλιογραφία
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Φυσική 8 / Εκδ. Orlova V.A., Roizena I.I. - Μ.: Μνημοσύνη.
- Peryshkin A.V. Φυσική 8. - Μ.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Φυσική 8. - Μ.: Διαφωτισμός.
- Διαδικτυακή πύλη "site" ()
- Διαδικτυακή πύλη "site" ()
- Διαδικτυακή πύλη "class-fizika.narod.ru" ()
Εργασία για το σπίτι
- Τι είναι ένα πηνίο;
- Έχει κάποιο πηνίο μαγνητικό πεδίο;
- Περιγράψτε τον απλούστερο ηλεκτρομαγνήτη.
Θα ήταν λογικό να μιλήσουμε για έναν άλλο εκπρόσωπο παθητικών ραδιοστοιχείων - επαγωγείς. Αλλά η ιστορία για αυτούς θα πρέπει να ξεκινήσει από μακριά, θυμηθείτε την ύπαρξη ενός μαγνητικού πεδίου, επειδή είναι το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει και διαπερνά τα πηνία, είναι στο μαγνητικό πεδίο, πιο συχνά μεταβλητό, που λειτουργούν τα πηνία. Με λίγα λόγια, αυτός είναι ο βιότοπός τους.
Ο μαγνητισμός ως ιδιότητα της ύλης
Ο μαγνητισμός είναι μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες της ύλης, όπως, για παράδειγμα, η μάζα ή το ηλεκτρικό πεδίο. Τα φαινόμενα του μαγνητισμού, όμως, όπως και του ηλεκτρισμού, ήταν γνωστά εδώ και πολύ καιρό, αλλά η επιστήμη εκείνης της εποχής δεν μπορούσε να εξηγήσει την ουσία αυτών των φαινομένων. Ένα ακατανόητο φαινόμενο ονομάστηκε «μαγνητισμός» με το όνομα της πόλης της Μαγνησίας, που κάποτε βρισκόταν στη Μικρά Ασία. Ήταν από το μετάλλευμα που εξορύσσεται εκεί κοντά που αποκτήθηκαν μόνιμοι μαγνήτες.
Αλλά οι μόνιμοι μαγνήτες δεν είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντες στο πλαίσιο αυτού του άρθρου. Δεδομένου ότι είχε υποσχεθεί να μιλήσουμε για επαγωγείς, τότε πιθανότατα θα μιλήσουμε για ηλεκτρομαγνητισμό, επειδή δεν είναι μυστικό ότι υπάρχει μαγνητικό πεδίο ακόμη και γύρω από ένα καλώδιο με ρεύμα.
Στις σύγχρονες συνθήκες, είναι αρκετά εύκολο να μελετήσουμε το φαινόμενο του μαγνητισμού σε αρχικό επίπεδο, τουλάχιστον. Για να γίνει αυτό, πρέπει να συναρμολογήσετε το απλούστερο ηλεκτρικό κύκλωμα από μια μπαταρία και έναν λαμπτήρα για έναν φακό. Μια συνηθισμένη πυξίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης του μαγνητικού πεδίου, της κατεύθυνσης και της έντασής του.
Μαγνητικό πεδίο συνεχούς ρεύματος
Όπως γνωρίζετε, η πυξίδα δείχνει την κατεύθυνση προς τον Βορρά. Εάν τοποθετήσετε τα καλώδια του απλούστερου κυκλώματος που αναφέρεται παραπάνω κοντά και ανάψετε τη λάμπα, τότε η βελόνα της πυξίδας θα αποκλίνει κάπως από την κανονική της θέση.
Συνδέοντας παράλληλα έναν άλλο λαμπτήρα, μπορείτε να διπλασιάσετε το ρεύμα στο κύκλωμα, γεγονός που θα αυξήσει ελαφρώς τη γωνία περιστροφής του βέλους. Αυτό υποδηλώνει ότι το μαγνητικό πεδίο του σύρματος που μεταφέρει ρεύμα έχει γίνει μεγαλύτερο. Σε αυτήν την αρχή λειτουργούν τα όργανα μέτρησης με δείκτη.
Εάν η πολικότητα της μπαταρίας αντιστραφεί, τότε η βελόνα της πυξίδας θα γυρίσει επίσης το άλλο άκρο - η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στα καλώδια έχει επίσης αλλάξει στην κατεύθυνση. Όταν το κύκλωμα είναι απενεργοποιημένο, η βελόνα της πυξίδας θα επιστρέψει στη σωστή θέση της. Δεν υπάρχει ρεύμα στο πηνίο και δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο.
Σε όλα αυτά τα πειράματα, η πυξίδα παίζει το ρόλο μιας δοκιμαστικής μαγνητικής βελόνας, όπως η μελέτη ενός σταθερού ηλεκτρικού πεδίου εκτελείται από ένα δοκιμαστικό ηλεκτρικό φορτίο.
Με βάση τέτοια απλά πειράματα, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ο μαγνητισμός δημιουργείται λόγω ενός ηλεκτρικού ρεύματος: όσο ισχυρότερο είναι αυτό το ρεύμα, τόσο ισχυρότερες είναι οι μαγνητικές ιδιότητες του αγωγού. Και από πού προέρχεται, λοιπόν, το μαγνητικό πεδίο των μόνιμων μαγνητών, επειδή κανείς δεν συνέδεσε μπαταρία με καλώδια σε αυτούς;
Η θεμελιώδης επιστημονική έρευνα έχει αποδείξει ότι ο μόνιμος μαγνητισμός βασίζεται επίσης σε ηλεκτρικά φαινόμενα: κάθε ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο δικό του ηλεκτρικό πεδίο και έχει στοιχειώδεις μαγνητικές ιδιότητες. Μόνο στις περισσότερες ουσίες αυτές οι ιδιότητες εξουδετερώνονται αμοιβαία, και σε ορισμένες για κάποιο λόγο αθροίζονται σε έναν μεγάλο μαγνήτη.
Φυσικά, στην πραγματικότητα όλα δεν είναι τόσο πρωτόγονα και απλά, αλλά, γενικά, ακόμη και οι μόνιμοι μαγνήτες έχουν τις υπέροχες ιδιότητές τους λόγω της κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων.
Τι είναι οι μαγνητικές γραμμές;
Οι μαγνητικές γραμμές φαίνονται οπτικά. Σε ένα σχολικό πείραμα στα μαθήματα φυσικής, γι 'αυτό, τα μεταλλικά ρινίσματα χύνονται σε ένα φύλλο χαρτονιού και ένας μόνιμος μαγνήτης τοποθετείται από κάτω. Πατώντας ελαφρά σε ένα φύλλο χαρτονιού, μπορείτε να επιτύχετε την εικόνα που φαίνεται στην Εικόνα 1.
Εικόνα 1.
Είναι εύκολο να δούμε ότι οι μαγνητικές γραμμές δύναμης βγαίνουν από τον βόρειο πόλο και εισέρχονται στο νότο χωρίς να σπάσουν. Φυσικά, μπορεί κανείς να πει ότι, αντίθετα, από το νότο προς το βορρά, αλλά είναι τόσο αποδεκτό, επομένως, από το βορρά προς το νότο. Με τον ίδιο τρόπο που έπαιρναν κάποτε την κατεύθυνση του ρεύματος από το συν στο πλην.
Αν, αντί για μόνιμο μαγνήτη, περάσει ένα σύρμα με ρεύμα από το χαρτόνι, τότε τα μεταλλικά ρινίσματα θα το δείξουν, τον αγωγό, ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο έχει τη μορφή ομόκεντρων κυκλικών γραμμών.
Για να μελετήσετε το μαγνητικό πεδίο, μπορείτε να κάνετε χωρίς πριονίδι. Αρκεί να μετακινήσετε μια δοκιμαστική μαγνητική βελόνα γύρω από έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα για να δείτε ότι οι μαγνητικές γραμμές δύναμης είναι πράγματι κλειστοί ομόκεντροι κύκλοι. Εάν μετακινήσουμε το βέλος δοκιμής προς την κατεύθυνση που το εκτρέπει το μαγνητικό πεδίο, τότε σίγουρα θα επιστρέψουμε στο ίδιο σημείο από το οποίο ξεκινήσαμε να κινούμαστε. Ομοίως, όπως το περπάτημα γύρω από τη Γη: αν πάτε οπουδήποτε χωρίς να γυρίσετε, τότε αργά ή γρήγορα θα έρθετε στο ίδιο μέρος.
Σχήμα 2.
Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου ενός αγωγού με ρεύμα καθορίζεται από τον κανόνα ενός αυλακιού, ενός εργαλείου για τη διάνοιξη οπών σε ένα δέντρο. Όλα είναι πολύ απλά εδώ: το στόμιο πρέπει να περιστραφεί έτσι ώστε η μεταφορική του κίνηση να συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος στο σύρμα, τότε η φορά περιστροφής της λαβής θα δείξει πού κατευθύνεται το μαγνητικό πεδίο.
Εικόνα 3
"Το ρεύμα προέρχεται από εμάς" - ο σταυρός στη μέση του κύκλου είναι το φτέρωμα ενός βέλους που πετά πέρα από το επίπεδο της εικόνας και όπου "Το ρεύμα έρχεται σε εμάς", η αιχμή του βέλους φαίνεται να πετά πίσω από το επίπεδο του φύλλου . Τουλάχιστον, μια τέτοια εξήγηση γι' αυτούς τους χαρακτηρισμούς δόθηκε στα μαθήματα φυσικής στο σχολείο.
Εικόνα 4
Εάν εφαρμόσουμε τον κανόνα gimlet σε κάθε αγωγό, τότε προσδιορίζοντας την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου σε κάθε αγωγό, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι αγωγοί με την ίδια κατεύθυνση ρεύματος έλκονται και τα μαγνητικά τους πεδία αθροίζονται. Οι αγωγοί με ρεύματα διαφορετικών κατευθύνσεων απωθούνται μεταξύ τους, το μαγνητικό τους πεδίο αντισταθμίζεται.
Επαγωγέας
Εάν ένας αγωγός με ρεύμα είναι κατασκευασμένος σε μορφή δακτυλίου (πηνίο), τότε έχει τους δικούς του μαγνητικούς πόλους, βόρεια και νότια. Αλλά το μαγνητικό πεδίο μιας στροφής, κατά κανόνα, είναι μικρό. Πολύ καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να επιτευχθούν με την περιέλιξη του σύρματος σε μορφή πηνίου. Ένα τέτοιο τμήμα ονομάζεται επαγωγέας ή απλά επαγωγή. Σε αυτή την περίπτωση, τα μαγνητικά πεδία των μεμονωμένων στροφών αθροίζονται, αλληλοενισχύοντας το ένα το άλλο.
Εικόνα 5
Το σχήμα 5 δείχνει πώς μπορεί να ληφθεί το άθροισμα των μαγνητικών πεδίων του πηνίου. Φαίνεται ότι κάθε στροφή μπορεί να τροφοδοτηθεί από τη δική της πηγή, όπως φαίνεται στο Σχ. 5.2, αλλά είναι ευκολότερο να συνδέσετε τις στροφές σε σειρά (απλώς τυλίξτε με ένα καλώδιο).
Είναι προφανές ότι όσο περισσότερες στροφές έχει το πηνίο, τόσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό του πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο εξαρτάται επίσης από το ρεύμα διαμέσου του πηνίου. Ως εκ τούτου, είναι απολύτως θεμιτό να αξιολογηθεί η ικανότητα ενός πηνίου να δημιουργεί μαγνητικό πεδίο πολλαπλασιάζοντας απλώς το ρεύμα μέσω του πηνίου (A) με τον αριθμό των στροφών (W). Αυτή η τιμή ονομάζεται αμπέρ - στροφές.
πηνίο πυρήνα
Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το πηνίο μπορεί να αυξηθεί σημαντικά εάν εισαχθεί ένας πυρήνας σιδηρομαγνητικού υλικού μέσα στο πηνίο. Το σχήμα 6 δείχνει έναν πίνακα με τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα διαφόρων ουσιών.
Για παράδειγμα, ο χάλυβας μετασχηματιστή θα κάνει το μαγνητικό πεδίο περίπου 7..7.5 χιλιάδες φορές ισχυρότερο από ό,τι απουσία πυρήνα. Με άλλα λόγια, μέσα στον πυρήνα, το μαγνητικό πεδίο θα περιστρέψει τη μαγνητική βελόνα 7000 φορές πιο δυνατά (αυτό μπορεί να φανταστεί κανείς μόνο διανοητικά).
Εικόνα 6
Οι παραμαγνητικές και διαμαγνητικές ουσίες βρίσκονται στην κορυφή του πίνακα. Η σχετική μαγνητική διαπερατότητα μ είναι σχετική με το κενό. Επομένως, οι παραμαγνητικές ουσίες αυξάνουν ελαφρώς το μαγνητικό πεδίο, ενώ οι διαμαγνητικές ουσίες το εξασθενούν ελαφρώς. Γενικά, αυτές οι ουσίες δεν έχουν ιδιαίτερη επίδραση στο μαγνητικό πεδίο. Αν και, σε υψηλές συχνότητες, μερικές φορές χρησιμοποιούνται πυρήνες από ορείχαλκο ή αλουμίνιο για τον συντονισμό των κυκλωμάτων.
Στο κάτω μέρος του πίνακα υπάρχουν σιδηρομαγνητικές ουσίες, οι οποίες ενισχύουν πολύ το μαγνητικό πεδίο του πηνίου με το ρεύμα. Έτσι, για παράδειγμα, ένας πυρήνας από χάλυβα μετασχηματιστή θα κάνει το μαγνητικό πεδίο ισχυρότερο κατά ακριβώς 7500 φορές.
Τι και πώς να μετρήσετε το μαγνητικό πεδίο
Όταν χρειάζονταν μονάδες για τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών, το φορτίο ενός ηλεκτρονίου λαμβανόταν ως πρότυπο. Από το φορτίο ηλεκτρονίων, σχηματίστηκε μια πολύ πραγματική και ακόμη και απτή μονάδα - το μενταγιόν, και στη βάση του όλα αποδείχθηκαν απλά: αμπέρ, βολτ, ωμ, τζάουλ, βατ, φαράντ.
Και τι μπορεί να ληφθεί ως σημείο εκκίνησης για τη μέτρηση των μαγνητικών πεδίων; Είναι πολύ προβληματικό να συνδέσουμε ένα ηλεκτρόνιο στο μαγνητικό πεδίο με κάποιο τρόπο. Επομένως, ως μονάδα μέτρησης στον μαγνητισμό, υιοθετείται ένας αγωγός, μέσω του οποίου ρέει συνεχές ρεύμα 1 Α.
Το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του είδους είναι η τάση (H). Δείχνει με ποια δύναμη δρα το μαγνητικό πεδίο στον αγωγό δοκιμής που αναφέρθηκε παραπάνω, εάν συμβαίνει στο κενό. Το κενό έχει σκοπό να αποκλείσει την επίδραση του περιβάλλοντος, επομένως αυτό το χαρακτηριστικό - τάση θεωρείται απολύτως καθαρό. Η μονάδα τάσης είναι το αμπέρ ανά μέτρο (a/m). Μια τέτοια τάση εμφανίζεται σε απόσταση 16 cm από τον αγωγό, μέσω του οποίου ρέει ρεύμα 1Α.
Η ένταση του πεδίου μιλάει μόνο για τη θεωρητική ικανότητα του μαγνητικού πεδίου. Η πραγματική ικανότητα δράσης αντανακλάται από μια άλλη τιμή της μαγνητικής επαγωγής (Β). Είναι αυτή που δείχνει την πραγματική δύναμη με την οποία το μαγνητικό πεδίο δρα σε έναν αγωγό με ρεύμα 1Α.
Εικόνα 7
Αν σε έναν αγωγό μήκους 1m ρέει ρεύμα 1Α και ωθείται προς τα έξω (έλκεται) με δύναμη 1Ν (102G), τότε λένε ότι το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής σε αυτό το σημείο είναι ακριβώς 1 Tesla.
Η μαγνητική επαγωγή είναι διανυσματική ποσότητα, εκτός από την αριθμητική τιμή, έχει και διεύθυνση, η οποία συμπίπτει πάντα με την κατεύθυνση της δοκιμαστικής μαγνητικής βελόνας στο υπό μελέτη μαγνητικό πεδίο.
Εικόνα 8
Η μονάδα μαγνητικής επαγωγής είναι το Tesla (TL), αν και στην πράξη χρησιμοποιείται συχνά μια μικρότερη μονάδα Gauss: 1TL = 10.000 Gauss. Είναι πολύ ή λίγο; Το μαγνητικό πεδίο κοντά σε έναν ισχυρό μαγνήτη μπορεί να φτάσει αρκετά T, κοντά στη μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας όχι περισσότερο από 100 gauss, το μαγνητικό πεδίο της Γης κοντά στην επιφάνεια είναι περίπου 0,01 gauss και ακόμη χαμηλότερο.
Το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής Β χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο μόνο σε ένα σημείο του χώρου. Για την αξιολόγηση της δράσης ενός μαγνητικού πεδίου σε ένα συγκεκριμένο χώρο, εισάγεται επίσης μια έννοια όπως μια μαγνητική ροή (Φ).
Στην πραγματικότητα, αντιπροσωπεύει τον αριθμό των γραμμών μαγνητικής επαγωγής που διέρχονται από ένα δεδομένο χώρο, από κάποια περιοχή: Φ=B*S*cosα. Αυτή η εικόνα μπορεί να αναπαρασταθεί ως σταγόνες βροχής: μια γραμμή είναι μια σταγόνα (Β) και όλα μαζί είναι μια μαγνητική ροή Φ. Έτσι συνδέονται οι μαγνητικές γραμμές δύναμης των μεμονωμένων στροφών του πηνίου σε ένα κοινό ρεύμα.
Εικόνα 9
Στο σύστημα SI, το Weber (Wb) λαμβάνεται ως μονάδα μαγνητικής ροής, μια τέτοια ροή συμβαίνει όταν μια επαγωγή 1 T δρα σε μια περιοχή 1 τ.μ.
Η μαγνητική ροή σε διάφορες συσκευές (κινητήρες, μετασχηματιστές κ.λπ.), κατά κανόνα, διέρχεται από μια συγκεκριμένη διαδρομή, που ονομάζεται μαγνητικό κύκλωμα ή απλά μαγνητικό κύκλωμα. Εάν το μαγνητικό κύκλωμα είναι κλειστό (ο πυρήνας ενός μετασχηματιστή δακτυλίου), τότε η αντίστασή του είναι μικρή, η μαγνητική ροή περνά ανεμπόδιστη, συγκεντρωμένη μέσα στον πυρήνα. Το παρακάτω σχήμα δείχνει παραδείγματα πηνίων με κλειστά και ανοιχτά μαγνητικά κυκλώματα.
Εικόνα 10.
Αλλά ο πυρήνας μπορεί να πριονιστεί και να τραβηχτεί ένα κομμάτι από αυτόν, για να δημιουργήσει ένα μαγνητικό κενό. Αυτό θα αυξήσει τη συνολική μαγνητική αντίσταση του κυκλώματος, επομένως, θα μειώσει τη μαγνητική ροή και γενικά, η επαγωγή σε ολόκληρο τον πυρήνα θα μειωθεί. Είναι το ίδιο με τη συγκόλληση μεγάλης αντίστασης σε σειρά σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
Εικόνα 11.
Εάν το κενό που προκύπτει μπλοκαριστεί με ένα κομμάτι χάλυβα, αποδεικνύεται ότι ένα πρόσθετο τμήμα με χαμηλότερη μαγνητική αντίσταση συνδέεται παράλληλα με το διάκενο, το οποίο θα αποκαταστήσει τη διαταραγμένη μαγνητική ροή. Αυτό μοιάζει πολύ με μια διακλάδωση σε ηλεκτρικά κυκλώματα. Παρεμπιπτόντως, υπάρχει επίσης ένας νόμος για ένα μαγνητικό κύκλωμα, ο οποίος ονομάζεται νόμος του Ohm για ένα μαγνητικό κύκλωμα.
Εικόνα 12.
Το κύριο μέρος της μαγνητικής ροής θα περάσει από τη μαγνητική διακλάδωση. Είναι αυτό το φαινόμενο που χρησιμοποιείται στη μαγνητική εγγραφή σημάτων ήχου ή βίντεο: το σιδηρομαγνητικό στρώμα της ταινίας γεφυρώνει το κενό στον πυρήνα των μαγνητικών κεφαλών και ολόκληρη η μαγνητική ροή κλείνει μέσα από την ταινία.
Η κατεύθυνση της μαγνητικής ροής που δημιουργείται από το πηνίο μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον κανόνα του δεξιού χεριού: εάν τα τέσσερα δάχτυλα που εκτείνονται δείχνουν την κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο, τότε ο αντίχειρας θα υποδεικνύει την κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών, όπως φαίνεται στο σχήμα 13.
Εικόνα 13.
Είναι γενικά αποδεκτό ότι οι μαγνητικές γραμμές φεύγουν από τον βόρειο πόλο και εισέρχονται στον νότο. Επομένως, ο αντίχειρας σε αυτή την περίπτωση δείχνει τη θέση του νότιου πόλου. Για να ελέγξετε αν είναι έτσι, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ξανά τη βελόνα της πυξίδας.
Πώς λειτουργεί ένας ηλεκτροκινητήρας
Είναι γνωστό ότι ο ηλεκτρισμός μπορεί να δημιουργήσει φως και θερμότητα, να συμμετέχει σε ηλεκτροχημικές διεργασίες. Αφού εξοικειωθείτε με τα βασικά του μαγνητισμού, μπορείτε να μιλήσετε για το πώς λειτουργούν οι ηλεκτροκινητήρες.
Οι ηλεκτρικοί κινητήρες μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικό σχεδιασμό, ισχύ και αρχή λειτουργίας: για παράδειγμα, συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα, κλιμάκιο ή συλλέκτη. Αλλά με όλη την ποικιλία σχεδίων, η αρχή της λειτουργίας βασίζεται στην αλληλεπίδραση των μαγνητικών πεδίων του ρότορα και του στάτορα.
Για να ληφθούν αυτά τα μαγνητικά πεδία, διέρχεται ρεύμα μέσω των περιελίξεων. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα και όσο μεγαλύτερη είναι η μαγνητική επαγωγή του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, τόσο πιο ισχυρός είναι ο κινητήρας. Τα μαγνητικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση αυτού του πεδίου, γι' αυτό και υπάρχουν τόσα πολλά χαλύβδινα μέρη στους ηλεκτροκινητήρες. Ορισμένα μοντέλα κινητήρων συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες.
Εικόνα 14.
Εδώ, μπορεί κανείς να πει, όλα είναι ξεκάθαρα και απλά: περάσαμε ένα ρεύμα μέσα από το σύρμα, πήραμε ένα μαγνητικό πεδίο. Η αλληλεπίδραση με ένα άλλο μαγνητικό πεδίο κάνει αυτόν τον αγωγό να κινείται, ακόμη και να εκτελεί μηχανική εργασία.
Η φορά περιστροφής μπορεί να καθοριστεί από τον κανόνα του αριστερού χεριού. Εάν τα τέσσερα τεντωμένα δάχτυλα δείχνουν την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό και οι μαγνητικές γραμμές εισέρχονται στην παλάμη, τότε ο λυγισμένος αντίχειρας θα δείξει την κατεύθυνση της εξώθησης του αγωγού στο μαγνητικό πεδίο.
Ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Η ροή ηλεκτρονίων που διέρχεται από έναν αγωγό δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό. Εάν ένα μεταλλικό σύρμα τυλιχτεί σε δακτυλίους σε μια ράβδο, τότε θα ληφθεί ένα πηνίο. Αποδεικνύεται ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα τέτοιο πηνίο έχει ενδιαφέρουσες και, κυρίως, χρήσιμες ιδιότητες.
Γιατί δημιουργείται μαγνητικό πεδίο
Οι μαγνητικές ιδιότητες ορισμένων ουσιών, που καθιστούν δυνατή την έλξη μεταλλικών αντικειμένων, είναι γνωστές από την αρχαιότητα. Αλλά μόνο στις αρχές του 19ου αιώνα ήταν δυνατό να έρθουμε πιο κοντά στην κατανόηση της ουσίας αυτού του φαινομένου. Κατ' αναλογία με τα ηλεκτρικά φορτία, έχουν γίνει προσπάθειες να εξηγηθούν τα μαγνητικά φαινόμενα με τη βοήθεια ορισμένων μαγνητικών φορτίων (διπόλων). Το 1820, ο Δανός φυσικός Hans Oersted ανακάλυψε ότι μια μαγνητική βελόνα εκτρέπεται όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό κοντά της.
Ταυτόχρονα, ο Γάλλος ερευνητής André Ampère διαπίστωσε ότι δύο αγωγοί που βρίσκονται παράλληλα μεταξύ τους προκαλούν αμοιβαία έλξη όταν τους διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα προς μία κατεύθυνση και απώθηση εάν τα ρεύματα κατευθύνονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
Ρύζι. 1. Η εμπειρία του Ampere με τα καλώδια μεταφοράς ρεύματος. Βελόνα πυξίδας κοντά σε σύρμα με ρεύμα
Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, ο Ampère συμπέρανε ότι η αλληλεπίδραση του ρεύματος με ένα βέλος, η έλξη (και η απώθηση) των καλωδίων και των μόνιμων μαγνητών μεταξύ τους μπορούν να εξηγηθούν αν υποθέσουμε ότι το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από κινούμενα ηλεκτρικά φορτία. Επιπλέον, το Ampere διατύπωσε μια τολμηρή υπόθεση, σύμφωνα με την οποία υπάρχουν μη απόσβεση μοριακών ρευμάτων μέσα στην ουσία, τα οποία είναι η αιτία της εμφάνισης ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Τότε όλα τα μαγνητικά φαινόμενα μπορούν να εξηγηθούν από την αλληλεπίδραση κινούμενων ηλεκτρικών φορτίων και δεν υπάρχουν ειδικά μαγνητικά φορτία.
Το μαθηματικό μοντέλο (θεωρία), με τη βοήθεια του οποίου κατέστη δυνατός ο υπολογισμός του μεγέθους του μαγνητικού πεδίου και της ισχύος της αλληλεπίδρασης, αναπτύχθηκε από τον Άγγλο φυσικό Τζέιμς Μάξγουελ. Από τις εξισώσεις του Maxwell, που συνδύαζαν ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα, προέκυψε ότι:
- Το μαγνητικό πεδίο προκύπτει μόνο ως αποτέλεσμα της κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων.
- Στα φυσικά μαγνητικά σώματα υπάρχει σταθερό μαγνητικό πεδίο, αλλά σε αυτή την περίπτωση, η αιτία του πεδίου είναι η συνεχής κίνηση των μοριακών ρευμάτων (στροβιλών) στη μάζα της ύλης.
- Ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί επίσης να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο, αλλά αυτό το θέμα θα συζητηθεί στα επόμενα άρθρα μας.
Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα
Ένα μεταλλικό σύρμα τυλιγμένο σε δακτυλίους σε οποιαδήποτε κυλινδρική ράβδο (ξύλινη, πλαστική κ.λπ.) είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό πηνίο. Το σύρμα πρέπει να είναι μονωμένο, δηλαδή να καλύπτεται με κάποιο είδος μονωτή (λάκα ή πλαστική πλεξούδα) για να αποφευχθεί το βραχυκύκλωμα των παρακείμενων στροφών. Ως αποτέλεσμα της ροής του ρεύματος, τα μαγνητικά πεδία όλων των στροφών αθροίζονται και αποδεικνύεται ότι το συνολικό μαγνητικό πεδίο του πηνίου με ρεύμα είναι πανομοιότυπο (εντελώς παρόμοιο) με το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη.
Ρύζι. 2. Μαγνητικό πεδίο πηνίου και μόνιμου μαγνήτη.
Μέσα στο πηνίο, το μαγνητικό πεδίο θα είναι ομοιόμορφο, όπως σε έναν μόνιμο μαγνήτη. Από το εξωτερικό, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου ρεύματος μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας λεπτά μεταλλικά ρινίσματα. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι κλειστές. Κατ' αναλογία με μια βελόνα μαγνητικής πυξίδας, ένα πηνίο με ρεύμα έχει δύο πόλους - νότιο και βόρειο. Οι γραμμές δύναμης βγαίνουν από τον βόρειο πόλο και καταλήγουν στο νότο.
Για πηνία με ρεύμα, υπάρχουν πρόσθετα, ξεχωριστά ονόματα που χρησιμοποιούνται ανάλογα με την εφαρμογή:
- Επαγωγέας, ή απλά - επαγωγή. Ο όρος χρησιμοποιείται στη ραδιομηχανική.
- Γκάζι(throssel - ρυθμιστής, περιοριστής). Χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική μηχανική.
- Σωληνοειδής. Αυτή η σύνθετη λέξη προέρχεται από δύο ελληνικές λέξεις: solen - κανάλι, σωλήνας και eidos - παρόμοια). Έτσι ονομάζονται ειδικά πηνία με πυρήνες από ειδικά μαγνητικά κράματα (σιδηρομαγνήτες), τα οποία χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρομηχανικοί μηχανισμοί. Για παράδειγμα, στις εκκινητές αυτοκινήτων, το ρελέ του συσπειρωτήρα είναι μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Ρύζι. 3. Επαγωγείς, τσοκ, ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα
Ενέργεια μαγνητικού πεδίου
Σε ένα πηνίο με ρεύμα, η ενέργεια αποθηκεύεται από μια πηγή ισχύος (μπαταρία, συσσωρευτής), η οποία είναι όσο μεγαλύτερο, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα I και η τιμή L, που ονομάζεται επαγωγή. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα W υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:
$$ W = (( L*I^2)\πάνω από 2 ) $$
Αυτός ο τύπος μοιάζει με τον τύπο για την κινητική ενέργεια ενός σώματος. Η αυτεπαγωγή είναι παρόμοια με τη μάζα του σώματος και το ρεύμα είναι παρόμοια με την ταχύτητα του σώματος. Η μαγνητική ενέργεια είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος, όπως και η κινητική ενέργεια είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ταχύτητας.
Για τον υπολογισμό της τιμής της αυτεπαγωγής του πηνίου, υπάρχει ο ακόλουθος τύπος:
$$ L = μ *((N^2*S)\πάνω από l_k) $$
N είναι ο αριθμός των στροφών του πηνίου.
S είναι η περιοχή διατομής του πηνίου.
l έως - το μήκος του πηνίου.
μ - μαγνητική διαπερατότητα του υλικού πυρήνα - τιμή αναφοράς. Ο πυρήνας είναι μια μεταλλική ράβδος τοποθετημένη μέσα στο πηνίο. Σας επιτρέπει να αυξήσετε σημαντικά το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου.
Τι μάθαμε;
Έτσι, μάθαμε ότι το μαγνητικό πεδίο προκύπτει μόνο ως αποτέλεσμα της κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων. Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα είναι παρόμοιο με το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου μπορεί να υπολογιστεί γνωρίζοντας την ένταση ρεύματος I και την επαγωγή L.
Κουίζ θέματος
Έκθεση Αξιολόγησης
Μέση βαθμολογία: 4 . Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 52.
Εάν ένας ευθύς αγωγός διπλωθεί σε κύκλο, τότε μπορεί να διερευνηθεί το μαγνητικό πεδίο του κυκλικού ρεύματος.
Ας πραγματοποιήσουμε το πείραμα (1). Περάστε το σύρμα σε μορφή κύκλου από το χαρτόνι. Ας τοποθετήσουμε μερικά ελεύθερα μαγνητικά βέλη στην επιφάνεια του χαρτονιού σε διάφορα σημεία. Ενεργοποιήστε το ρεύμα και δείτε ότι τα μαγνητικά βέλη στο κέντρο του πηνίου δείχνουν την ίδια κατεύθυνση και έξω από το πηνίο και στις δύο πλευρές προς την άλλη κατεύθυνση.
Τώρα ας επαναλάβουμε το πείραμα (2), αλλάζοντας τους πόλους, και ως εκ τούτου την κατεύθυνση του ρεύματος. Βλέπουμε ότι τα μαγνητικά βέλη έχουν αλλάξει κατεύθυνση σε όλη την επιφάνεια του χαρτονιού κατά 180 μοίρες.
Συμπεραίνουμε: οι μαγνητικές γραμμές του κυκλικού ρεύματος εξαρτώνται και από την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό.
Ας διεξαγάγουμε ένα πείραμα 3. Ας αφαιρέσουμε τα μαγνητικά βέλη, ανοίγουμε το ηλεκτρικό ρεύμα και ρίχνουμε προσεκτικά μικρά ρινίσματα σιδήρου σε όλη την επιφάνεια του χαρτονιού. Πώς, σε αυτή την περίπτωση, να προσδιορίσετε την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου; Και πάλι, εφαρμόζουμε τον κανόνα gimlet, αλλά όπως εφαρμόζεται στο κυκλικό ρεύμα. Εάν η φορά περιστροφής της λαβής του αυλακιού είναι ευθυγραμμισμένη με την κατεύθυνση του ρεύματος στον κυκλικό αγωγό, τότε η κατεύθυνση της μεταφορικής κίνησης του στελέχους θα συμπίπτει με την κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών δύναμης.
Ας εξετάσουμε αρκετές περιπτώσεις.
1. Το επίπεδο του πηνίου βρίσκεται στο επίπεδο του φύλλου, το ρεύμα μέσω του πηνίου πηγαίνει δεξιόστροφα. Περιστρέφοντας το πηνίο δεξιόστροφα, προσδιορίζουμε ότι οι μαγνητικές γραμμές δύναμης στο κέντρο του πηνίου κατευθύνονται μέσα στο πηνίο «μακριά από εμάς». Αυτό υποδεικνύεται συμβατικά με ένα σύμβολο "+" (συν). Εκείνοι. στο κέντρο του πηνίου βάζουμε "+"
2. Το επίπεδο του πηνίου βρίσκεται στο επίπεδο του φύλλου, το ρεύμα μέσω του πηνίου πηγαίνει αριστερόστροφα. Περιστρέφοντας το πηνίο αριστερόστροφα, προσδιορίζουμε ότι οι μαγνητικές γραμμές δύναμης βγαίνουν από το κέντρο του πηνίου «προς εμάς». Αυτό συμβολίζεται συμβατικά με "∙" (κουκκίδα). Εκείνοι. στο κέντρο του πηνίου, πρέπει να βάλουμε μια τελεία ("∙").
Εάν ένας ευθύς αγωγός τυλιχτεί γύρω από έναν κύλινδρο, τότε θα ληφθεί ένα πηνίο με ρεύμα ή μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Ας κάνουμε ένα πείραμα (4.) Χρησιμοποιούμε το ίδιο κύκλωμα για το πείραμα, μόνο που το σύρμα περνάει τώρα από χαρτόνι σε μορφή πηνίου. Ας τοποθετήσουμε πολλά ελεύθερα μαγνητικά βέλη στο επίπεδο του χαρτονιού σε διαφορετικά σημεία: και στις δύο άκρες του πηνίου, στο εσωτερικό του πηνίου και στις δύο πλευρές έξω. Αφήστε το πηνίο να τοποθετηθεί οριζόντια (κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά). Ενεργοποιήστε το κύκλωμα και βρείτε ότι οι μαγνητικές βελόνες που βρίσκονται κατά μήκος του άξονα του πηνίου δείχνουν μία κατεύθυνση. Σημειώνουμε ότι στο δεξί άκρο του πηνίου, το βέλος δείχνει ότι οι γραμμές δύναμης εισέρχονται στο πηνίο, που σημαίνει ότι είναι ο «νότιος πόλος» (S) και στο αριστερό άκρο η μαγνητική βελόνα δείχνει ότι φεύγουν , αυτός είναι ο «βόρειος πόλος» (Ν). Έξω από το πηνίο, οι μαγνητικές βελόνες έχουν αντίθετη κατεύθυνση σε σύγκριση με την κατεύθυνση μέσα στο πηνίο.
Ας πραγματοποιήσουμε το πείραμα (5). Στο ίδιο κύκλωμα, αλλάξτε την κατεύθυνση του ρεύματος. Διαπιστώνουμε ότι η κατεύθυνση όλων των μαγνητικών βελών έχει αλλάξει, έχουν γυρίσει 180 μοίρες. Συμπεραίνουμε: η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος μέσω των στροφών του πηνίου.
Ας πραγματοποιήσουμε το πείραμα (6). Αφαιρέστε τα μαγνητικά βέλη και ενεργοποιήστε το κύκλωμα. Προσεκτικά «αλατίστε με ρινίσματα σιδήρου» το χαρτόνι μέσα και έξω από το καρούλι. Λαμβάνουμε μια εικόνα γραμμών μαγνητικού πεδίου, η οποία ονομάζεται "φάσμα του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με ρεύμα"
Πώς όμως προσδιορίζεται η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου; Η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου καθορίζεται από τον κανόνα του ελατηρίου με τον ίδιο τρόπο όπως για ένα πηνίο με ρεύμα: Εάν η φορά περιστροφής της λαβής του ελατηρίου είναι ευθυγραμμισμένη με την κατεύθυνση του ρεύματος στα πηνία, τότε η διεύθυνση μετατόπισης Η κίνηση θα συμπίπτει με την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου μέσα στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Το μαγνητικό πεδίο ενός σωληνοειδούς είναι παρόμοιο με αυτό ενός μόνιμου μαγνήτη ράβδου. Το άκρο του πηνίου από το οποίο βγαίνουν οι γραμμές δύναμης θα είναι ο «βόρειος πόλος» (N), και εκείνο στο οποίο εισέρχονται οι γραμμές δύναμης θα είναι ο «νότιος πόλος» (S).
Μετά την ανακάλυψη του Hans Oersted, πολλοί επιστήμονες άρχισαν να επαναλαμβάνουν τα πειράματά του, εφευρίσκοντας νέα προκειμένου να βρουν στοιχεία για τη σύνδεση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Ο Γάλλος επιστήμονας Dominique Arago τοποθέτησε μια σιδερένια ράβδο σε ένα γυάλινο σωλήνα και πέρασε από πάνω ένα χάλκινο σύρμα, μέσα από το οποίο πέρασε ηλεκτρικό ρεύμα. Μόλις ο Arago έκλεισε το ηλεκτρικό κύκλωμα, η σιδερένια ράβδος μαγνητίστηκε τόσο έντονα που τράβηξε τα σιδερένια κλειδιά στον εαυτό της. Χρειάστηκε πολλή προσπάθεια για να βγάλουν τα κλειδιά. Όταν ο Arago έκλεισε την πηγή ρεύματος, τα κλειδιά έπεσαν μόνα τους! Έτσι ο Arago εφηύρε τον πρώτο ηλεκτρομαγνήτη. Οι σύγχρονοι ηλεκτρομαγνήτες αποτελούνται από τρία μέρη: περιέλιξη, πυρήνα και οπλισμό. Τα σύρματα τοποθετούνται σε ειδικό περίβλημα, το οποίο παίζει το ρόλο του μονωτή. Ένα πολυστρωματικό πηνίο τυλίγεται με ένα σύρμα - η περιέλιξη ενός ηλεκτρομαγνήτη. Ως πυρήνας χρησιμοποιείται μια χαλύβδινη ράβδος. Η πλάκα που έλκεται στον πυρήνα ονομάζεται άγκυρα. Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία λόγω των ιδιοτήτων τους: απομαγνητίζονται γρήγορα όταν απενεργοποιείται το ρεύμα. Μπορούν να κατασκευαστούν σε διάφορα μεγέθη ανάλογα με τον σκοπό. Μεταβάλλοντας το ρεύμα, η μαγνητική δράση του ηλεκτρομαγνήτη μπορεί να ελεγχθεί. Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται στα εργοστάσια για τη μεταφορά προϊόντων από χάλυβα και χυτοσίδηρο. Αυτοί οι μαγνήτες έχουν μεγάλη ανυψωτική δύναμη. Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται επίσης σε ηλεκτρικά κουδούνια, ηλεκτρομαγνητικούς διαχωριστές, μικρόφωνα, τηλέφωνα. Σήμερα εξετάσαμε το μαγνητικό πεδίο του κυκλικού ρεύματος, πηνία με ρεύμα. Γνωριστήκαμε με τους ηλεκτρομαγνήτες, την εφαρμογή τους στη βιομηχανία και στην εθνική οικονομία.
