Электромагнит

магнит

Электромагнит – это устройство, которое при прохождении через него тока, создает магнитное поле.

Электромагниты очень широко используются в промышленности, медицине, быту, электронике в качестве компонентов различных двигателей, генераторов, реле, аудиоколонок, устройств магнитной сепарации, подъемных кранов и др.

 

Содержание

• История
• Принцип действия
• Устройство
• Классификация
• Сверхпроводящий электромагнит
• Самый мощный электромагнит

История

В 1820 году Эрстед обнаружил, что электрический ток создаёт магнитное поле. А затем, в 1824 году, Уильям Стёржден, создал первый электромагнит. Он представлял из себя кусок железа, который был согнут в форме подковы и на котором было намотано 18 витков медного провода. При подключении к источнику тока, эта конструкция начинала притягивать железные предметы.

Причем было замечено, что хотя весил этот электромагнит около 200 гр., он мог притянуть предметы до 4 кг!

Принцип действия

При протекании тока через проводник, вокруг него создается магнитное поле. Это магнитное поле можно усилить, если придать проводнику форму катушки. Но все же это еще не электромагнит. Вот если в эту катушку поместить сердечник из ферромагнитного материала (например, железа), тогда он станет электромагнитом.

Когда ток протекает по обмотке электромагнита, он создает магнитное поле, линии которого пронизывают сердечник, то есть ферромагнитный материал. Под действием этого поля, в сердечнике, мельчайшие области,  которые обладают миниатюрными магнитными полями, называющиеся доменами, принимают упорядоченное положение. В результате, их магнитные поля складываются, и образуется одно большое и сильное магнитное поле, способное притянуть большие предметы. Причем, чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле, которое образуется электромагнитом.

Но так будет происходить только до магнитного насыщения. Затем при увеличении тока, магнитное поле будет увеличиваться, но незначительно.

Если ток в электромагните убрать, то домены снова примут безупорядоченное положение, но часть их все же останется направленными одинаково. Эти оставшиеся направленными домены, будут создавать небольшое магнитное поле. Это явление называется магнитным гистерезисом.

Устройство

Простейший электромагнит представляет из себя катушку с сердечником из ферромагнитного материала. В нем также присутствует якорь, который служит для передачи механического усилия. Например, в реле, якорь притягивается к электромагниту, и одновременно замыкает контакты.

Так как линии магнитного поля замыкаются на якоре, это еще больше усиливает это магнитное поле.

Классификация

Электромагниты по способу создания магнитного потока делятся на три вида

• Электромагниты переменного тока
• Нейтральные электромагниты постоянного тока
• Поляризованные электромагниты постоянного тока

В электромагнитах переменного тока, магнитный поток изменяется, как по направлению, так и по значению, разница только в том, что изменяется он с удвоенной частотой тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока, направление магнитного потока не зависит от направления тока.

В поляризованных электромагнитах постоянного тока, как вы уже поняли, направление магнитного потока зависит от направления тока. При этом эти электромагниты обычно состоят из двух. Один – постоянный магнит, создает поляризующий магнитный поток, который нужен при отключении основного, рабочего электромагнита.

Сверхпроводящий электромагнит

Отличие сверхпроводящего электромагнита от обычного в том, что в его обмотке, вместо обычно проводника, используется сверхпроводник. При этом его обмотка охлаждена с помощью жидкого гелия до очень низких температур. Его преимущество в том, что ток в нем достигает очень больших значений, благодаря тому, что у сверхпроводника, практически отсутствует сопротивление. Поэтому магнитное поле приобретает  большую силу. Эксплуатация таких электромагнитов обходится дешевле, так как в них отсутствуют тепловые потери в обмотке.

Сверхпроводящие магниты используются в аппаратах МРТ, ускорителях частиц и в другом научном оборудовании.

Самый мощный электромагнит

На данный момент известно, что самый мощный электромагнит в мире удалось создать в Лос-Аламосе (США). Только представьте, сила этого магнита 100 Тл! Это больше силы магнитного поля Земли в два миллиона раз! Его масса составляет 8200 кг. 

Просмотров: 30302

Электромагниты | Физика

Магнитное поле можно усилить, если провод, по которому идет ток, свернуть в форме винтовой спирали. Полученную в результате этого катушку с током называют соленоидом (от греч. Слова «солен» — трубка). Силовые линии магнитного поля соленоида изображены на рисунке 58, а. Направление этих линий определяют с помощью второго правила правой руки:

если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.

Сравнив магнитное поле соленоида с полем постоянного полосового магнита (рис. 58, б), можно заметить, что они очень похожи. Как и у магнита, у соленоида есть два полюса — северный (N) и южный (S). Северным полюсом соленоида называют тот, из которого магнитные линии выходят; южным полюсом — тот, в который они входят. Северный полюс у соленоида всегда располагается с той стороны, на которую указывает большой палец ладони при ее расположении в соответствии со вторым правилом правой руки.

На рисунке 59, а изображен соленоид в виде катушки из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Подобную катушку можно использовать в качестве магнита.

Для изучения магнитного действия катушки с током соберем цепь, изображенную на рисунке 59, б.

Используя реостат, изменим силу тока в цепи. Мы увидим, что при увеличении силы тока действие магнитного поля соленоида усиливается, при уменьшении ослабляется.
Заменим катушку другой, с большим числом витков проволоки. Мы обнаружим, что к ней начнет притягиваться больше железных предметов. Это означает, что при увеличении числа витков магнитное действие соленоида усиливается.

Магнитное действие катушки с током можно усилить и не меняя силу тока и число витков в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железный сердечник значительно усиливает магнитное действие соленоида.

Соленоид с железным сердечником внутри называется электромагнитом.

Электромагниты могут содержать не одну, а несколько катушек (обмоток) и иметь при этом разные по форме сердечники. На рисунке 59, в изображен дугообразный электромагнит, удерживающий железную пластину (якорь) с подвешенным грузом. Впервые подобный электромагнит был сконструирован в 1825 г. английским изобретателем У. Стердженом. Его электромагнит имел массу 0,2 кг и удерживал груз весом 36 Н. В том же году Дж. Джоуль увеличил подъемную силу электромагнита до 200 Н, а через шесть лет американский ученый Дж. Генри построил электромагнит массой 300 кг, способный удерживать груз массой 1 т!

Современные электромагниты могут поднимать грузы массой несколько десятков тонн.

Электромагниты находят широкое применение в технике. Мощные электромагниты, обладающие очень большой подъемной силой, используют на заводах при перемещении тяжелых изделий из чугуна и стали (рис. 60, а). При включении тока эти изделия притягиваются к электромагниту подъемного крана, при выключении свободно отсоединяются.

С помощью электромагнита удается очищать зерна некоторых растений (лен, клевер, люцерна и др.) от сорняков и случайно попавших в них железных предметов. Для этого используют магнитный сепаратор зерна (рис. 60, б). Когда зерна 1 с подмешанными заранее очень мелкими железными опилками высыпают из бункера на вращающийся барабан 2, то находящийся в нем электромагнит притягивает железные опилки 4 вместе с прилипшими к ним сорняками, отсеивая их таким образом от гладких зерен 3, к которым опилки не прилипают.

Еще одно применение электромагнита — его использование в электрическом звонке. Схема такого звонка изображена на рисунке 60, в. На этой схеме обозначены: ЭМ — дугообразный электромагнит; Я — железная пластинка, называемая якорем; М — молоточек; 3 — звонковая чаша; П — контактная пружина, касающаяся винта В. При нажатии кнопки цепь звонка замыкается, якорь притягивается к электромагниту и молоточек ударяет по звонковой чаше. При этом контакт с винтом В нарушается, ток в электромагните прекращается и пружина П возвращает якорь в прежнее положение. Затем все повторяется снова. Быстро повторяющиеся удары молоточка по чаше 3 заставляют ее непрерывно звенеть.

В мощных электрических двигателях, применяемых в прокатных станах, шахтных подъемниках, лифтах и некоторых насосах сила тока достигает тысяч ампер. Для включения таких цепей применяют электромагнитное реле. Его устройство показано на рисунке 61. На этом рисунке обозначены: 1 — электромагнит; 2 — якорь; 3 — контакты рабочей цепи, включаемой с помощью реле; 4 — пружина; 5 — электродвигатель; 6 — контакты, к которым подключен источник тока, питающий электродвигатель. Электромагнитное реле приводится в действие малой силой тока, и поэтому оператор оказывается защищенным от контакта с цепью большого тока.

??? 1. Что такое соленоид? 2. Сформулируйте второе правило правой руки. 3. Перечислите способы усиления магнитного действия катушки с током. 4. Что называют электромагнитом? 5. Для каких целей используют электромагниты на заводах? 6. Как работает магнитный сепаратор зерна? 7. Объясните, как действует электрический звонок. 8. Для чего используется электромагнитное реле? Как оно действует? 9. Чему была равна масса груза, удерживаемого первым дугообразным электромагнитом Стерджена?

Экспериментальное задание. Изготовьте самодельный электромагнит. Для этого возьмите большой гвоздь, обмотайте его проволокой, а ее концы присоедините к источнику тока (например, батарее от карманного фонаря). Испытайте действие электромагнита, поднося его к различным железным предметам. Попробуйте определить подъемную силу электромагнита по наибольшему числу гвоздиков, удерживаемых им.

Электромагнит | инструмент | Британика

электромагнит

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Уильям Стерджен

Похожие темы:

магнитная цепь реле автоматический выключатель соленоид герконовое реле

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

электромагнит , устройство, состоящее из сердечника из магнитного материала, окруженного катушкой, через которую проходит электрический ток для намагничивания сердечника. Электромагнит используется везде, где требуются управляемые магниты, например, в устройствах, в которых магнитный поток должен изменяться, реверсироваться или включаться и выключаться.

Технический проект электромагнитов систематизирован с помощью понятия магнитопровода. В магнитопроводе действует магнитодвижущая сила F, или F м, определяется как ампер-витки катушки, которая создает магнитное поле для создания магнитного потока в цепи.

Таким образом, если катушка из н витков на метр несет ток ± ампер, поле внутри катушки составляет ± ампер на метр, а магнитодвижущая сила, которую она создает, составляет ± ампер-витков, где л — длина катушки. Более удобно, что магнитодвижущая сила равна Ni, , где N — общее количество витков в катушке. Плотность магнитного потока B эквивалентна в магнитной цепи плотности тока в электрической цепи. В магнитной цепи магнитным эквивалентом тока является общий поток, обозначаемый греческой буквой фи, ϕ , определяемый как ВА, , где А — площадь поперечного сечения магнитной цепи. В электрической цепи электродвижущая сила ( E ) связана с током, i, в цепи на E = Ri, где R сопротивление цепи. В магнитопроводе F = rϕ, , где r — сопротивление магнитопровода и эквивалентно сопротивлению в электрической цепи. Сопротивление получается путем деления длины магнитного пути l на магнитную проницаемость, умноженную на площадь поперечного сечения A ; таким образом, r = л/мкА, греческая буква мю, мк, , символизирующие магнитную проницаемость среды, образующей магнитопровод. Единицы сопротивления — ампер-витки на Вебера. Эти концепции можно использовать для расчета сопротивления магнитной цепи и, следовательно, тока, необходимого через катушку, чтобы вызвать желаемый поток через эту цепь.

Несколько допущений, связанных с этим типом расчета, однако, делают его в лучшем случае лишь приблизительным руководством по проектированию. Воздействие проницаемой среды на магнитное поле можно представить себе как сжатие магнитных силовых линий внутрь себя. И наоборот, силовые линии, проходящие из области с высокой проницаемостью в область с низкой проницаемостью, имеют тенденцию расширяться, и это происходит в воздушном зазоре. Таким образом, плотность потока, которая пропорциональна количеству силовых линий на единицу площади, будет уменьшаться в воздушном зазоре из-за того, что линии выпирают или окаймляются по бокам зазора.

Этот эффект будет увеличиваться для более длинных промежутков; грубые поправки могут быть сделаны для учета эффекта интерференции.

Также предполагалось, что магнитное поле полностью ограничено катушкой. На самом деле всегда существует некоторый поток рассеяния, представленный магнитными силовыми линиями вокруг внешней стороны катушки, который не способствует намагничиванию сердечника. Поток рассеяния обычно невелик, если проницаемость магнитного сердечника относительно высока.

На практике проницаемость магнитного материала зависит от плотности потока в нем. Таким образом, расчет может быть выполнен для реального материала только в том случае, если фактическая кривая намагничивания или, что более полезно, график μ против B, доступен.

Наконец, конструкция предполагает, что магнитопровод не намагничен до насыщения. Если бы это было так, то плотность потока в воздушном зазоре в этой конструкции не могла бы быть увеличена, какой бы ток ни пропускался через катушку.

Эти понятия более подробно раскрываются в следующих разделах, посвященных конкретным устройствам.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Соленоид обычно представляет собой длинную катушку, через которую протекает ток, создавая магнитное поле. В более узком смысле это название стало обозначать электромеханическое устройство, которое производит механическое движение при подаче на него электрического тока. В своей простейшей форме он состоит из железного каркаса, охватывающего катушку, и цилиндрического плунжера, движущегося внутри катушки, как показано на рис. 1. Для источника переменного тока потери в железе в сплошном каркасе ограничивают КПД, поэтому используется многослойный каркас. , который состоит из стопки тонких листов железа, нарезанных соответствующей формы и уложенных друг на друга слоем изолирующего лака между каждым листом. Когда катушка находится под напряжением, плунжер перемещается в катушку за счет магнитного притяжения между ним и рамой, пока не коснется рамы.

Соленоиды переменного тока имеют тенденцию быть более мощными в полностью открытом положении, чем устройства постоянного тока. Это происходит из-за того, что начальный ток, высокий из-за индуктивности катушки, уменьшается за счет воздушного зазора между плунжером и корпусом. По мере закрытия соленоида этот воздушный зазор уменьшается, индуктивность катушки увеличивается, а переменный ток через нее падает. Если соленоид переменного тока заедает в открытом положении, катушка, скорее всего, сгорит.

Когда соленоид полностью открыт, он имеет большой воздушный зазор, и высокое сопротивление этого зазора поддерживает низкий поток в магнитной цепи для данной магнитодвижущей силы, и сила, действующая на плунжер, соответственно мала. Когда поршень закрывается, сопротивление падает, а поток увеличивается, так что сила постепенно увеличивается. Производители соленоидов предоставляют кривые сила-ход, чтобы пользователи могли выбрать правильную единицу измерения для своих целей. Кривая может быть изменена подпружиниванием плунжера, так что усилие, создаваемое на протяжении всего хода, может быть согласовано с конкретной механической нагрузкой.

Q10 Что такое электромагнит…

Перейти к

• Объективные вопросы
• Вопросы с короткими/длинными ответами

• Физические величины и измерения
• Движение
• Энергия
• Энергия света
• Нагревать
• Звук
• Электричество и магнетизм

Главная > Селина Солюшнс Класс 7 Физика > Глава 7. Электричество и магнетизм > Упражнение: Вопросы с короткими/длинными ответами > Вопрос 10

Вопрос 10 Вопросы с короткими/длинными ответами

Q10) Что такое электромагнит?

Ответ:

Решение:

Электромагнит представляет собой временный магнит, который ведет себя как магнит, когда электрический ток проходит через изолированный медный провод, и теряет свои магнитные свойства, когда ток прекращается. У него есть кусок мягкого железа, называемый сердечником, с намотанным на него изолированным медным проводом.

Стенограмма видео

«Здравствуйте. Добро пожаловать в домашнее задание Лидо. Теперь мы будем следить за вопросом номер 10, что такое электромагнит. Что вы на самом деле подразумеваете под электромагнитным ответом? Так что же означает электромагнит? Температурный самородок, который ощущается как магнит, когда я электромагнит, является временным магнитом, через который проходит ток поведения. При этом электрический заряд передается по изолированному медному проводу. Итак, как вы можете видеть, эта диаграмма представляет собой основную миссию позвоночника. Я здесь медь. Он изолирован покрытием с очень интенсивным. Это здравый смысл. Это все его проблемы, интервал, через который вы хотите пройти через батарею, установленную наглой картонкой. Итак, фартук и временный магнит, который ведет себя как магнит, это будет временный самородок. Здесь мы подтянем точки. Временный магнит теперь подходит ко второму. Мол, как веко, как личинка, как магнит, а потом что дальше, как оно будет создано, знаете, когда мы пропустим через него ток в таком медном проводе. Это медная проволока, поэтому L — текущее масло, построенное на токе, который вы видите в сухой ячейке. Хорошо, сухие клетки в вашем теле могут поглощать. Я обычно так и делаю. Мы собираемся передать, как этот даже ток опрокинут программно и, пожалуйста, коллин сердечник с намотанным на него изолированным медным проводом. Так что как видите и в этот проход будет вставлена ​​медная проволока и сделать это будет 9это когда течение сильное даже тогда, когда ток только возможен. Это очень похоже на магнит, у него будет магнитное поле, и все руководители, данные другу, не пройдут, что произойдет, если ваше программное обеспечение, если вы не будете вести себя как нож, вот в чем дело, и я надеюсь, что вы хотите это показать является предложением, которое будет временной линией и сделает вашу вторую спину. Итак, это две точки, которые изображают, чтобы вы поняли это видео, подпишитесь на наши регулярные обновления, и мы будем смотреть это видео. Спасибо за просмотр этого видео.»

Связанные вопросы

Q1) Назовите два свойства стержневого магнита.

Q2) Как проверить, является ли данный стержень магнитом или нет?

Q3) Как вы будете проверять, сделан ли данный стержень из железа или нет?

Q4) Вам даются два одинаковых бруска.