Электромагниты, 8 класс
(8 класс)
.
Фронтальный опрос
- Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки?
- Что называют магнитной линией магнитного поля?
- Для чего вводят понятие магнитной линии поля?
- Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?
Фронтальный опрос
Что объединяет эти рисунки и чем они отличаются?
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 1
Качественные задачи
- Можно ли сделать магнит, у которого был бы только северный полюс? А только южный полюс?
(Невозможно сделать магнит, у которого отсутствовал бы один из полюсов.)
2. Если разломить магнит на две части, будут ли эти части
магнитами?
)3. Какие вещества могут намагничиваться?
(Железо, кобальт, никель, сплавы из этих элементов.)
Это интересно
Магниты, прикрепляющиеся на холодильник, стали настолько популярны, что являются объектом коллекционирования. Так на текущий момент рекорд по числу собранных магнитов принадлежит Луизе Гринфарб (США). В настоящий момент в Книге рекордов Гиннеса за ней зарегистрирован рекорд в 35 000 магнитов.
Магнитная азбука на холодильнике
Качественные задачи
4. Можно ли намагнитить железный гвоздь, стальную
отвертку, алюминиевую проволоку, медную катушку, стальной болт?
(Железный гвоздь, стальной болт и отвертку из стали можно намагнитить, а вот алюминиевую проволоку и медную катушку намагнитить нельзя, но если по ним пустить электрический ток, то они будут создавать магнитное поле.)
5. Объясните опыт, изображенный на рисунках.
Рис. 4
Электромагнит
Андре Мари Ампер, проводя опыты с катушкой (соленоидом), показал эквивалентность ее магнитного поля полю постоянного магнита.
Исследования магнитного поля кругового тока привели Ампера к мысли, что постоянный магнетизм объясняется существованием элементарных круговых токов, обтекающих частицы, из которых состоят магниты. Магнетизм – одно из проявлений электричества.
Соленоид (от греч. solen — трубка и eidos — вид) – проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля .
Электромагнит
Это катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они падают.
Электромагнит
Включим в цепь, содержащую катушку, реостат и при помощи него будем изменять силу тока в катушке.
При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется.
Электромагнит
Магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней.
Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.
Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов .
Электромагнит
Обмотки электромагнитов изготовляют из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты.
Магнитопровода изготовляют из магнитно-мягких материалов – обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов.
Электромагнит
Электромагнит
Подумай и ответь
- Можно ли намотанную на гвоздь
проволоку назвать электромагнитом?
(Да.)
2. От чего зависят магнитные свойства электромагнита?
(От силы тока, от количества витков, от магнитных свойств сердечника, от формы и размеров катушки.)
3. По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его в два раза. Как изменились магнитные свойства электромагнита? (Уменьшились в 2 раза.)
Это интересно…
Вильям Стержен (1783-1850), английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).
Это интересно…
Это интересно…
Первый электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г., выглядел как согнутый в подкову лакированный железный стержень длиной 30 см и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки.
Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы.
Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.
Это интересно…
Джозеф Генри (1797-1878) – американский физик. Написал работы по электричеству и магнетизму. Усовершенствовал электромагнит.
В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а саму проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Дж. Генри исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита.
Электромагниты
Дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.
Электромагнит разборный демонстрационный ЭМРД.
Прямоугольные электромагниты
Прямоугольные электромагниты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.
Электромагнитные траверсы
Электромагнитные траверсы используются для перемещения длинномерных грузов.
Применение электромагнитов
Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, их можно изготавливать (в зависимости от назначения) самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.
Электромагниты однофазные переменного тока предназначены для дистанционного управления исполнительными механизмами различного промышленного и бытового назначения .
Применение электромагнитов
Электромагниты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.
Применение электромагнитов
Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппарате, в электрическом звонке, электродвигателе, трансформаторе, электромагнитном реле и во многих других устройствах.
Применение электромагнитов
В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Это электромагниты грузоподъёмных машин, электромагниты муфт сцепления и тормозов, электромагниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и так далее.
Тормозные электромагниты
Это интересно…
Генеральный директор компании Walker Magnetics, г-н Брайан Твейтс с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит.
Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя Книги рекордов Гиннеса из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.
Закрепление
- Что называют электромагнитом?
- Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
- В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках?
- Какое сходство имеется у нее с магнитной стрелкой?
- Для каких целей используют на заводах электромагниты?
Спасибо
за работу и внимание!
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 | Британника
электромагнит
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Уильям Стерджен
- Похожие темы:
- магнитная цепь реле автоматический выключатель соленоид герконовое реле
См. все связанные материалы →
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 магнитной цепи. В магнитной цепи магнитодвижущая сила Ф, или Ф м определяется как ампер-витки катушки, которая генерирует магнитное поле для создания магнитного потока в цепи. Таким образом, если катушка из n витков на метр несет ток ± ампер, поле внутри катушки составляет n ампер на метр, а создаваемая ею магнитодвижущая сила равна ноль ампер-витков, где l длина катушки. Более удобно, что магнитодвижущая сила равна Ni, , где N — общее число витков в катушке. Плотность магнитного потока B эквивалентна в магнитной цепи плотности тока в электрической цепи. В магнитной цепи магнитным эквивалентом тока является полный поток, обозначаемый греческой буквой фи, ϕ , определяемый как BA, , где А – площадь поперечного сечения магнитопровода. В электрической цепи электродвижущая сила ( E ) связана с током, i, в цепи соотношением E = Ri, , где R — сопротивление цепи.
В магнитопроводе F = rϕ, , где r — сопротивление магнитопровода и эквивалентно сопротивлению в электрической цепи. Сопротивление получается делением длины магнитного пути на l на проницаемость, умноженную на площадь поперечного сечения A ; таким образом, r = л/мкА, греческая буква мю, мк, символизирующая проницаемость среды, образующей магнитную цепь. 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.
Britannica Quiz
Электричество: короткое замыкание и постоянный ток
На практике магнитная проницаемость магнитного материала является функцией плотности потока в нем. Таким образом, расчет может быть выполнен для реального материала только в том случае, если доступна фактическая кривая намагничивания или, что более полезно, график μ против B, .
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.
Подписаться сейчас Соленоид обычно представляет собой длинную катушку, по которой течет 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 для своих целей. Кривая может быть изменена подпружиниванием плунжера, так что усилие, создаваемое на протяжении всего хода, может быть согласовано с конкретной механической нагрузкой.
Электромагнит | инструмент | Британника
электромагнит
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Уильям Стерджен
- Похожие темы:
- магнитная цепь реле автоматический выключатель соленоид герконовое реле
См. все связанные материалы →
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 магнитной цепи. В магнитной цепи магнитодвижущая сила Ф, или Ф м определяется как ампер-витки катушки, которая генерирует магнитное поле для создания магнитного потока в цепи. Таким образом, если катушка из n витков на метр несет ток ± ампер, поле внутри катушки составляет n ампер на метр, а создаваемая ею магнитодвижущая сила равна ноль ампер-витков, где l длина катушки. Более удобно, что магнитодвижущая сила равна Ni, , где N — общее число витков в катушке. Плотность магнитного потока B эквивалентна в магнитной цепи плотности тока в электрической цепи. В магнитной цепи магнитным эквивалентом тока является полный поток, обозначаемый греческой буквой фи, ϕ , определяемый как BA, , где А – площадь поперечного сечения магнитопровода. В электрической цепи электродвижущая сила ( E ) связана с током, i, в цепи соотношением E = Ri, , где R — сопротивление цепи.
В магнитопроводе F = rϕ, , где r — сопротивление магнитопровода и эквивалентно сопротивлению в электрической цепи. Сопротивление получается делением длины магнитного пути на l на проницаемость, умноженную на площадь поперечного сечения A ; таким образом, r = л/мкА, греческая буква мю, мк, символизирующая проницаемость среды, образующей магнитную цепь. 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.
Britannica Quiz
Электричество: короткое замыкание и постоянный ток
На практике магнитная проницаемость магнитного материала является функцией плотности потока в нем. Таким образом, расчет может быть выполнен для реального материала только в том случае, если доступна фактическая кривая намагничивания или, что более полезно, график μ против B, .
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.
Подписаться сейчас Соленоид обычно представляет собой длинную катушку, по которой течет 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.
