Ce vă imaginați sub cuvântul „coil”? Ei bine... acesta este probabil un fel de „figovinka” pe care fire, fir de pescuit, frânghie, orice! Inductorul este exact același, dar în loc de un fir, fir de pescuit sau altceva, firul obișnuit de cupru este înfășurat acolo în izolație.
Izolația poate fi realizată din lac transparent, izolație PVC și chiar pânză. Aici cipul este de așa natură încât, deși firele din inductor sunt foarte strânse între ele, ele totuși izolate unele de altele. Dacă înfășurați inductori cu propriile mâini, în niciun caz nu încercați să luați un fir obișnuit de cupru gol!
Inductanţă
Orice inductor are inductanţă. Inductanța unei bobine se măsoară în Henry(GN), notat printr-o literă Lși măsurat cu un contor LC.
Ce este inductanța? Dacă treci prin sârmă electricitate, atunci va crea un câmp magnetic în jurul său:
Unde
B – câmp magnetic, Wb
eu-
Și să luăm și să înfășuram acest fir într-o spirală și să aplicăm tensiune la capete
Și obținem această imagine cu linii de câmp magnetic:
Aproximativ vorbind, cu cât mai multe linii de câmp magnetic traversează aria acestui solenoid, în cazul nostru aria cilindrului, cu atât va fi mai mare fluxul magnetic. (F). Deoarece un curent electric trece prin bobină, înseamnă că un curent trece prin ea cu o putere de curent (eu) iar coeficientul dintre fluxul magnetic și puterea curentului se numește inductanță și se calculează prin formula:
Din punct de vedere științific, inductanța este capacitatea de a extrage energie dintr-o sursă de curent electric și de a o stoca sub formă de câmp magnetic. Dacă curentul din bobină crește, câmpul magnetic din jurul bobinei se extinde, iar dacă curentul scade, atunci câmpul magnetic se contractă.
autoinducere
Inductorul are și o proprietate foarte interesantă. Când o tensiune constantă este aplicată bobinei, tensiunea opusă apare în bobină pentru o perioadă scurtă de timp.
Această tensiune opusă se numește Auto-inducție EMF. Aceasta depinde de valoarea inductanței bobinei. Prin urmare, în momentul în care tensiunea este aplicată bobinei, puterea curentului își schimbă ușor valoarea de la 0 la o anumită valoare în câteva fracțiuni de secundă, deoarece tensiunea, în momentul aplicării curentului electric, își schimbă și valoarea de la zero la o valoare constantă. Conform legii lui Ohm:
Unde
eu- curent în bobină, A
U– tensiune în bobină, V
R– rezistența bobinei, Ohm
După cum putem vedea din formulă, tensiunea se schimbă de la zero la tensiunea furnizată bobinei, prin urmare și curentul se va schimba de la zero la o anumită valoare. Rezistența bobinei pentru DC este, de asemenea, constantă.
Și al doilea fenomen în inductor este că, dacă deschidem circuitul inductorului - sursa de curent, atunci EMF de auto-inducție va fi adăugată la tensiunea pe care am aplicat-o deja bobinei.
Adică, de îndată ce întrerupem circuitul, tensiunea de pe bobină în acest moment poate fi de multe ori mai mare decât era înainte de deschiderea circuitului, iar curentul din circuitul bobinei va scădea în liniște, deoarece EMF de auto-inducție va menține o tensiune în scădere.
Să tragem primele concluzii despre funcționarea inductorului atunci când i se aplică un curent continuu. Când un curent electric este aplicat bobinei, puterea curentului va crește treptat, iar atunci când curentul electric este îndepărtat din bobină, puterea curentului va scădea ușor la zero. Pe scurt, curentul din bobină nu se poate schimba instantaneu.
Tipuri de inductori
Inductoarele sunt împărțite în principal în două clase: cu miez magnetic si nemagnetic. Mai jos în fotografie este o bobină cu miez nemagnetic.
Dar unde este inima ei? Aerul este un miez nemagnetic :-). Astfel de bobine pot fi, de asemenea, înfășurate pe un fel de tub de hârtie cilindric. Inductanța miezului nemagnetic este utilizată atunci când inductanța nu depășește 5 mH.
Și iată inductorii de bază:
În cea mai mare parte, folosesc miezuri din ferită și plăci de fier. Miezurile cresc uneori inductanța bobinelor. Miezurile sub formă de inel (toroidal) vă permit să obțineți mai multă inductanță decât doar miezuri dintr-un cilindru.
Miezurile de ferită sunt folosite pentru bobine cu inductanță medie:
Bobinele cu o inductanță mare sunt realizate ca un transformator cu miez de fier, dar cu o singură înfășurare, spre deosebire de transformator.
Sufocă
Există, de asemenea, un tip special de inductori. Acestea sunt așa-numitele. Un bobinet este un inductor a cărui sarcină este de a crea o rezistență ridicată la curentul AC într-un circuit pentru a suprima curenții de înaltă frecvență.
Curentul DC curge fără probleme prin inductor. De ce se întâmplă acest lucru, puteți citi în acest articol. De obicei, șocurile sunt incluse în circuitele de putere ale dispozitivelor de amplificare. Choke-urile sunt concepute pentru a proteja sursele de alimentare împotriva semnalelor de înaltă frecvență (semnale RF) care intră în ele. La frecvențe joase (LF) sunt utilizate în circuitele de putere și au de obicei miezuri de metal sau ferită. Mai jos în fotografie sunt șocuri de putere:
Există și un alt tip special de sufocare - acesta. Este alcătuit din două inductoare contrabobinate. Datorită contraînfășurării și inducției reciproce, este mai eficient. Choke-urile duble sunt utilizate pe scară largă ca filtre de intrare pentru surse de alimentare, precum și în tehnologia audio.
Experimente cu o bobină
De ce factori depinde inductanța unei bobine? Să facem câteva experimente. Am înfășurat o bobină cu miez nemagnetic. Inductanța sa este atât de mică încât LC-metrul îmi arată zero.
Are miez de ferită
Încep să introduc bobina în miez până la margine
Contorul LC indică 21 de microhenries.
Introduc bobina în mijlocul feritei
35 microhenry. Deja mai bine.
Continui sa introduc bobina pe marginea dreapta a feritei
20 microhenry. Încheiem cea mai mare inductanță pe o ferită cilindrică are loc în mijlocul acesteia. Prin urmare, dacă înfășurați pe un cilindru, încercați să îl înfășurați în mijlocul feritei. Această proprietate este utilizată pentru a schimba fără probleme inductanța în inductoarele variabile:
Unde
1 este cadrul bobinei
2 sunt spire de bobină
3 - un miez cu o canelură deasupra pentru o șurubelniță mică. Prin înșurubarea sau deșurubarea miezului, schimbăm astfel inductanța bobinei.
Inductanța a devenit aproape 50 de microhenries!
Și să încercăm să îndreptăm turele din jurul feritei
13 microhenry. Încheiem: pentru inductanță maximă, bobina trebuie înfășurată „turn to turn”.
Reduceți rotațiile bobinei la jumătate. Au fost 24 de ture, au devenit 12.
Inductanță foarte mică. Am redus numărul de spire de 2 ori, inductanța a scăzut de 10 ori. Concluzie: cu cât numărul de spire este mai mic, cu atât inductanța este mai mică și invers. Inductanța nu se modifică în linie dreaptă față de spire.
Să experimentăm cu un inel de ferită.
Măsurăm inductanța
15 microhenries
Separați spirele bobinei unele de altele
Măsurăm din nou
Hmm, tot 15 microhenries. Încheiem: distanța de la viraj la tură nu joacă niciun rol într-un inductor toroidal.
Facem mai multe viraje. Au fost 3 ture, au devenit 9.
Măsurăm
Wow! Am crescut numărul de spire de 3 ori, iar inductanța a crescut de 12 ori! Concluzie: inductanța nu se modifică în linie dreaptă între spire.
Dacă credeți formulele pentru calcularea inductanțelor, inductanța depinde de „tururile la pătrat”. Nu voi posta aici aceste formule, pentru că nu văd nevoia. Pot spune doar că inductanța depinde și de parametri precum miezul (din ce material este făcut), aria secțiunii transversale a miezului și lungimea bobinei.
Desemnarea pe diagrame
Conectarea în serie și paralelă a bobinelor
La conexiunea în serie a inductoarelor, inductanța lor totală va fi egală cu suma inductanțelor.
Și atunci când conexiune paralelă obținem așa:
Când conectați inductanțe, regula este ca acestea să fie distanțate pe tablă. Acest lucru se datorează faptului că, dacă sunt aproape unul de celălalt, câmpurile lor magnetice se vor influența reciproc și, prin urmare, citirile inductanțelor vor fi incorecte. Nu puneți două sau mai multe bobine toroidale pe o osie de fier. Acest lucru poate duce la citiri incorecte ale inductanței totale.
rezumat
Inductorul joacă foarte mare rolîn special în echipamentele transceiver. Pe bobine sunt construite și diverse echipamente electronice radio, iar în electrotehnică este folosit și ca limitator de supratensiune.
Băieții de la fierul de lipit au făcut un filmuleț foarte bun despre inductor. Vă sfătuiesc să aruncați o privire la:
Test de fizică Câmp magnetic al unei bobine cu curent, Electromagneți pentru elevii clasei a VIII-a cu răspunsuri. Testul include 11 întrebări cu răspunsuri multiple.
1. Bobina de curent este
1) spire de sârmă incluse în circuit electric
2) un dispozitiv format din spire de sârmă incluse într-un circuit electric
3) un cadru sub formă de bobină, pe care este înfășurat un fir, conectat la bornele conectate la sursa de curent
2. Cum se află o bobină cu curent, atârnată pe conductori flexibili și capabilă să se rotească liber într-un plan orizontal?
1) În mod arbitrar, i.e. în orice direcție
2) Perpendicular pe direcția nord-sud
3) Ca o busolă: axa sa devine îndreptată spre polii sud și nord ai Pământului
3. Ce poli are o bobină cu curent? Unde sunt ei?
1) Nord și sud; la capetele bobinei
2) Nord și sud; în mijlocul bobinei
3) Vest şi Est; la capetele bobinei
4. Care este forma liniilor magnetice ale câmpului magnetic al unei bobine cu curent? Care este direcția lor?
1) Curbe care înconjoară bobina din exterior; de la polul nord la sud
2) Curbe închise care acoperă toate spirele bobinei și trec prin orificiile acesteia; de la polul nord la sud
3) Curbe închise care trec în interiorul și în exteriorul bobinei; de la polul sud la nord
5. Ce determină acțiunea magnetică a unei bobine cu curent?
1) Despre numărul de spire, puterea curentului și tensiunea la capete
2) Pe puterea curentului, rezistența firului și prezența sau absența unui miez de fier în interiorul bobinei
3) Despre numărul de spire, puterea curentului și prezența sau absența unui miez de fier
6. În diagrame, semnele convenționale descriu bobine care diferă unele de altele numai prin numărul de spire. Care dintre ele va avea cel mai puțin efect magnetic la intensități de curent egale în ele?
1) №1
2) №2
3) №3
7. Curentul din bobină este redus. Cum sa schimbat acțiunea sa magnetică?
1) A crescut
2) Scăzut
3) Nu s-a schimbat
8. Electromagnetul este
1) bobină cu miez de fier în interior
2) orice bobină cu curent
3) o bobină în care puteți schimba puterea curentului
9. Ce dispozitiv ar trebui inclus în circuitul unui electromagnet pentru a-și regla acțiunea magnetică?
1) galvanometru
2) Ampermetru
3) Reostat
10. Electromagnetul, inclus în circuit, forma polii indicați în figură, de care erau atrași știfturi de fier. Ce trebuie făcut pentru ca el să aibă polul nord în stânga, iar polul sud în dreapta? Garoafele vor fi atrase de poli după asta?
1) Schimbați direcția curentului electric; da
2) Schimbați direcția curentului electric; Nu
3) Schimbați tensiunea în circuit; da
11. Ce acțiune trebuie efectuată pentru ca electromagnetul să nu mai atragă corpurile de fier către sine?
1) Schimbați direcția curentului
2) Deschideți circuitul electric
3) Reduceți curentul
Răspunsuri la testul de fizică Câmp magnetic al unei bobine cu curent, Electromagneți
1-3
2-3
3-1
4-2
5-3
6-2
7-2
8-1
9-3
10-1
11-2
Un conductor prin care trece un curent electric creează un câmp magnetic care este caracterizat de vectorul intensității `H(Fig. 3). Intensitatea câmpului magnetic respectă principiul suprapunerii
și, conform legii Biot-Savart-Laplace,
Unde eu este puterea curentului în conductor, este un vector având lungimea unui segment elementar al conductorului și îndreptat în direcția curentului, `r este vectorul rază care leagă elementul cu punctul considerat P.
Una dintre cele mai comune configurații ale conductoarelor cu curent este o bobină sub forma unui inel cu raza R (Fig. 3, a). Câmpul magnetic al unui astfel de curent în planul care trece prin axa de simetrie are forma (vezi Fig. 3, b). Câmpul în ansamblu trebuie să aibă simetrie de rotație în jurul axei z (Fig. 3, b), iar liniile de forță în sine trebuie să fie simetrice față de planul buclei (planul X y). Câmpul din imediata vecinătate a conductorului se va asemăna cu câmpul din apropierea unui fir drept lung, deoarece influența părților îndepărtate ale buclei este relativ mică aici. Pe axa curentului circular, câmpul este direcționat de-a lungul axei Z.
Să calculăm intensitatea câmpului magnetic pe axa inelului într-un punct situat la o distanță z de planul inelului. Conform formulei (6), este suficient să se calculeze componenta z a vectorului:
. (7)
Integrând pe întregul inel, obținem òd l= 2p R. Întrucât, conform teoremei lui Pitagora r 2 = R 2 + z 2 , atunci câmpul necesar într-un punct de pe axă este
. (8)
direcția vectorială `H poate fi dirijată după regula șurubului drept.
În centrul inelului z= 0 și formula (8) este simplificată:
Suntem interesati de bobină scurtă- o bobină de sârmă cilindrică, formată din N viraje de aceeași rază. Datorită simetriei axiale și în conformitate cu principiul suprapunerii, câmpul magnetic al unei astfel de bobine pe axa H este suma algebrică a câmpurilor spirelor individuale H eu: . Astfel, câmpul magnetic al unei bobine scurte care conține N la viraje, într-un punct arbitrar al axei se calculează prin formule
, 
, (10)
Unde H- tensiune, B– inducția câmpului magnetic.
Câmp magnetic al unui solenoid cu curent
Pentru a calcula inducția câmpului magnetic în solenoid, se utilizează teorema privind circulația vectorului de inducție magnetică:
, (11)
unde este suma algebrică a curenților acoperiți de circuit L liber de la, n- numarul de conductori cu curenti acoperiti de circuit. În acest caz, fiecare curent este luat în considerare de câte ori este acoperit de circuit, iar curentul este considerat pozitiv, a cărui direcție formează un sistem cu șuruburi din dreapta cu direcția de bypass de-a lungul circuitului, - element de circuit L.
Să aplicăm teorema privind circulația vectorului de inducție magnetică la un solenoid de lungime l având N cu ture cu curent eu(Fig. 4). În calcul, ținem cont de faptul că aproape întreg câmpul este concentrat în interiorul solenoidului (efectele de margine sunt neglijate) și este omogen. Apoi formula 11 va lua forma:
,
de unde găsim inducția câmpului magnetic creat de curentul din interiorul solenoidului:
 |
Orez. 4. Solenoid cu curent și câmpul magnetic al acestuia
Schema de instalare
Orez. 5 Schema schematică a instalației
1 - contor de inducție a câmpului magnetic (teslametru), A - ampermetru, 2 - fir de legătură, 3 - sondă de măsurare, 4 - senzor Hall *, 5 - obiect în studiu (bobină scurtă, conductor drept, solenoid), 6 - sursă de curent, 7 - o riglă pentru fixarea poziției senzorului, 8 - suport pentru sondă.
* - principiul de funcționare al senzorului se bazează pe fenomenul efectului Hall (vezi lucrarea de laborator Nr. 15 Studiul efectului Hall)
Comandă de lucru
1. Studiul câmpului magnetic al unei bobine scurte
1.1. Porniți aparatele. Sursa de alimentare și comutatoarele teslametrului sunt situate pe panourile din spate.
1.2. Ca obiect studiat 5 (vezi Fig. 5), plasați o bobină scurtă în suport și conectați-o la sursa de curent 6.
1.3. Setați regulatorul de tensiune de pe sursa 6 în poziția de mijloc. Setați puterea curentului la zero ajustând puterea curentului de ieșire la sursa 6 și controlați-o cu un ampermetru (valoarea trebuie să fie zero).
1.4. Regulatoarele grosiere 1 și reglarea fină 2 (Fig. 6) realizează citiri zero ale teslametrului.
1.5. Instalați suportul cu sonda de măsurare pe riglă într-o poziție convenabilă pentru citire - de exemplu, la coordonata de 300 mm. În viitor, luați această poziție ca zero. În timpul instalării și în timpul măsurătorilor, respectați paralelismul dintre sondă și riglă.
1.6. Poziționați suportul cu bobina scurtă astfel încât senzorul Hall 4 să fie în centrul spirelor bobinei (Fig. 7). Pentru a face acest lucru, utilizați șurubul de prindere și de reglare a înălțimii de pe suportul sondei. Planul bobinei trebuie să fie perpendicular pe sondă. În procesul de pregătire a măsurătorilor, mutați suportul cu proba de testat, lăsând sonda de măsurare nemișcată.
1.7. Asigurați-vă că în timpul timpului de încălzire a teslametrului, citirile acestuia rămân zero. Dacă nu se face acest lucru, setați teslametrul la zero la curentul zero în probă.
1.8. Setați curentul bobinei scurte la 5 A (prin reglarea ieșirii de pe sursa de alimentare 6, Constanter/Netzgerät Universal).
1.9. Măsurați inducția magnetică B exp pe axa bobinei in functie de distanta pana la centrul bobinei. Pentru a face acest lucru, mutați suportul sondei de-a lungul riglei, menținându-se paralel cu poziția inițială. Valorile z negative corespund deplasării sondei zonei de coordonate mai mici decât cea inițială și invers - valori z pozitive - zonei coordonatelor mari. Introduceți datele în tabelul 1.
Tabelul 1 Dependența inducției magnetice de axa unei bobine scurte de distanța până la centrul bobinei
1.10. Repetați punctele 1.2 - 1.7.
1.11. Măsurați dependența inducției din centrul bobinei de puterea curentului care trece prin bobină. Introduceți datele în tabelul 2.
Tabelul 2 Dependența inducției magnetice în centrul unei bobine scurte de puterea curentului din aceasta
2. Studiul câmpului magnetic al solenoidului
2.1. Ca obiect de studiu 5, așezați solenoidul pe un banc metalic din material nemagnetic reglabil pe înălțime (Fig. 8).
2.2. Repetați 1.3 - 1.5.
2.3. Reglați înălțimea bancului astfel încât sonda de măsurare să treacă de-a lungul axei de simetrie a solenoidului, iar senzorul Hall să fie în mijlocul spirelor solenoidului.
2.4. Repetați pașii 1.7 - 1.11 (se folosește un solenoid în loc de o bobină scurtă). Introduceți datele în tabelele 3 și, respectiv, 4. În acest caz, determinați coordonatele centrului solenoidului după cum urmează: instalați senzorul Hall la începutul solenoidului și fixați coordonata suportului. Apoi mutați suportul de-a lungul riglei de-a lungul axei solenoidului până când capătul senzorului se află pe cealaltă parte a solenoidului. Fixați coordonatele titularului în această poziție. Coordonata centrului solenoidului va fi egală cu media aritmetică a celor două coordonate măsurate.
Tabelul 3 Dependența inducției magnetice de axa solenoidului de distanța până la centrul acesteia.
2.5. Repetați punctele 1.3 - 1.7.
2.6. Măsurați dependența inducției din centrul solenoidului de puterea curentului care trece prin bobină. Introduceți datele în tabelul 4.
Tabelul 4 Dependența inducției magnetice din centrul solenoidului de puterea curentului din acesta
3. Studiul câmpului magnetic al unui conductor direct cu curent
3.1. Ca obiect de studiu 5, instalați un conductor drept cu curent (Fig. 9, a). Pentru a face acest lucru, conectați firele care vin de la ampermetru și sursa de alimentare între ele (scurtificați circuitul extern) și plasați conductorul direct pe marginea sondei 3 la senzorul 4, perpendicular pe sondă (Fig. 9, b) . Pentru a susține conductorul, utilizați un banc metalic reglabil pe înălțime din material nemagnetic pe o parte a sondei și un suport pentru probe de testare pe cealaltă parte (una dintre mufele suportului poate include un terminal conductor pentru o fixare mai fiabilă a acest conductor). Dați conductorului o formă dreaptă.
3.2. Repetați punctele 1.3 - 1.5.
3.3. Determinați dependența inducției magnetice de puterea curentului din conductor. Introduceți datele măsurate în tabelul 5.
Tabelul 5 Dependența inducției magnetice creată de un conductor drept de puterea curentului din acesta
4. Determinarea parametrilor obiectelor studiate
4.1. Determinați (dacă este necesar, măsurați) și înregistrați în tabelul 6 datele necesare calculelor: N la este numărul de spire ale bobinei scurte, R este raza sa; N s este numărul de spire ale solenoidului, l- lungimea sa, L- inductanța sa (indicată pe solenoid), d este diametrul acestuia.
Tabelul 6 Parametrii probelor studiate
| N la | R | N Cu | d | l | L |
Prelucrarea rezultatelor
1. Folosind formula (10), calculați inducția magnetică creată de o bobină scurtă cu curent. Introduceți datele din tabelele 1 și 2. Pe baza datelor din tabelul 1, construiți dependențele teoretice și experimentale ale inducției magnetice pe axa unei bobine scurte de la distanța z până la centrul bobinei. Dependențe teoretice și experimentale sunt reprezentate în aceleași axe de coordonate.
2. Pe baza datelor din tabelul 2, reprezentați grafic dependențele teoretice și experimentale ale inducției magnetice în centrul unei bobine scurte de puterea curentului din aceasta. Dependențe teoretice și experimentale sunt reprezentate în aceleași axe de coordonate. Calculați intensitatea câmpului magnetic în centrul bobinei cu o putere a curentului de 5 A folosind formula (10).
3. Folosind formula (12), calculați inducția magnetică creată de solenoid. Introduceți datele în tabelele 3 și 4. Conform tabelului 3, reprezentați grafic dependențele teoretice și experimentale ale inducției magnetice pe axa solenoidului de la distanța z până la centrul acestuia. Dependențe teoretice și experimentale sunt reprezentate în aceleași axe de coordonate.
4. Pe baza datelor din tabelul 4, construiți dependențele teoretice și experimentale ale inducției magnetice din centrul solenoidului de puterea curentului din acesta. Dependențe teoretice și experimentale sunt reprezentate în aceleași axe de coordonate. Calculați intensitatea câmpului magnetic în centrul solenoidului cu o putere de curent de 5 A în el.
5. Conform tabelului 5, construiți o dependență experimentală a inducției magnetice creată de conductor de puterea curentului din acesta.
6. Pe baza formulei (5), determinați cea mai scurtă distanță r o de la senzor la conductorul cu curent (aceasta distanta este determinata de grosimea izolatiei conductorului si grosimea izolatiei senzorului din sonda). Înregistrați rezultatele calculului în tabelul 5. Calculați media valoare aritmetică r o , comparați cu o valoare observată vizual.
7. Calculați inductanța solenoidului L. Introduceți rezultatele calculelor în tabelul 4. Comparați valoarea medie obținută L cu o valoare fixă a inductanței în tabelul 6. Pentru a calcula, utilizați formula, unde Y- racordarea fluxului, Y = N cu BS, Unde LA- inducție magnetică în solenoid (conform tabelului 4), S=p d 2/4 este aria secțiunii transversale a solenoidului.
1. Ce este legea Biot-Savart-Laplace și cum se aplică atunci când se calculează câmpurile magnetice ale conductorilor purtători de curent?
2. Cum se determină direcția unui vector Hîn legea Biot-Savart-Laplace?
3. Cum sunt interconectați vectorii inducției magnetice Bși tensiune H intre ei? Care sunt unitățile lor de măsură?
4. Cum se utilizează legea Biot-Savart-Laplace în calculul câmpurilor magnetice?
5. Cum se măsoară câmpul magnetic în această lucrare? Pe ce fenomen fizic se bazează principiul măsurării câmpului magnetic?
6. Definiți inductanța, fluxul magnetic, legătura de flux. Specificați unitățile de măsură pentru aceste mărimi.
lista bibliografică
literatură educațională
1. Kalashnikov N.P. Fundamentele fizicii. M.: Dropia, 2004. Vol. 1
2. Saveliev I.V.. curs de fizica. M.: Nauka, 1998. T. 2.
3. Detlaf A.A.,Yavorsky B.M. curs de fizica. M.: facultate, 2000.
4. Irodov I.E Electromagnetism. M.: Binom, 2006.
5. Yavorsky B.M.,Detlaf A.A. Manual de fizică. M.: Nauka, 1998.
Să desenăm un cerc cu rază R, care coincide cu linia magnetică medie a bobinei inelare (Fig. 3-11), având o înfășurare uniform distribuită, constând din ɯ se întoarce.
Curentul total care pătrunde pe suprafața delimitată de linia magnetică medie, Σ eu = euɯ
Datorită simetriei, intensității câmpului Hîn punctele situate pe linia magnetică de mijloc, va fi aceeași.
forță de magnetizare
F M = Hl = H 2πR
Conform legii actuale totale
euɯ = Hl.
Intensitatea câmpului magnetic pe linia magnetică de mijloc (linia axială) a bobinei inelare
H= euɯ : l
Orez. 3-11. Bobina de inel.
și inducția magnetică
B = μ Ah = μ A(euɯ/l)
Considerând inducția magnetică pe linia axială a bobinei inelare egală cu valoarea medie a acesteia (care este acceptabilă atunci când R 1 - R 2 < R 1), Să scriem o expresie pentru fluxul magnetic al bobinei:
F = B.S.=μ A((IɯS):l)
Orez. 3-12.
Dependența (3-20) este similară cu legea lui Ohm pentru un circuit electric și de aceea se numește legea lui Ohm pentru un circuit magnetic; aici Ф - fluxul magnetic este similar cu curentul; F M- n. Cu. similar cu e. d.s, a R M- rezistenta circuitului magnetic - circuitul magnetic - este asemanatoare cu rezistenta circuitului electric. Circuitul magnetic aici trebuie înțeles ca un circuit magnetic - un miez în care, sub acțiunea lui n. Cu. flux magnetic închis.
Bobina cilindrică (fig. 3-12) poate fi considerată ca parte a unei bobine inelare cu o bobină infinit de mare
cu o înfășurare situată numai pe o parte a miezului, a cărei lungime este egală cu lungimea bobinei. Intensitatea câmpului și inducția magnetică pe linia axială din centrul bobinei sunt determinate de aceleași formule ca și pentru bobina inelară. Dar pentru o bobină cilindrică, aceste formule sunt aproximative. Ele pot fi folosite pentru a determina Hși LAîn interiorul unei bobine lungi, a cărei lungime este mult mai mare decât diametrul său.
Articol pe tema Câmp magnetic al unei bobine cu curent
Dacă un conductor drept este pliat într-un cerc, atunci câmpul magnetic al curentului circular poate fi investigat.
Să realizăm experimentul (1). Treceți firul sub formă de cerc prin carton. Să punem câteva săgeți magnetice libere pe suprafața cartonului în diferite puncte. Porniți curentul și vedeți că săgețile magnetice din centrul bobinei arată aceeași direcție, iar în exteriorul bobinei pe ambele părți în cealaltă direcție.
Acum să repetăm experimentul (2), schimbând polii și, prin urmare, direcția curentului. Vedem că săgețile magnetice și-au schimbat direcția pe întreaga suprafață a cartonului cu 180 de grade.
Concluzionam: liniile magnetice ale curentului circular depind si de directia curentului in conductor.
Să efectuăm un experiment 3. Să îndepărtăm săgețile magnetice, să pornim curentul electric și să turnăm cu grijă mici pilitură de fier pe toată suprafața cartonului. Am obținut o imagine a liniilor magnetice de forță, care se numește „spectrul câmpului magnetic al curentului circular. ". Cum, în acest caz, să determinăm direcția liniilor câmpului magnetic? Din nou, aplicăm regula gimlet, dar așa cum este aplicată curentului circular. Dacă direcția de rotație a mânerului mânerului este aliniată cu direcția curentului în conductorul circular, atunci direcția mișcării de translație a mânerului va coincide cu direcția liniilor magnetice de forță.
Să luăm în considerare mai multe cazuri.
1. Planul bobinei se află în planul foii, curentul prin bobină merge în sensul acelor de ceasornic. Prin rotirea bobinei în sensul acelor de ceasornic, determinăm că liniile magnetice de forță din centrul bobinei sunt direcționate în interiorul bobinei „departe de noi”. Acest lucru este indicat în mod convențional printr-un semn „+” (plus). Acestea. în centrul bobinei punem „+”
2. Planul bobinei se află în planul foii, curentul prin bobină merge în sens invers acelor de ceasornic. Prin rotirea bobinei în sens invers acelor de ceasornic, determinăm că liniile magnetice de forță ies din centrul bobinei „spre noi”. Acest lucru este notat în mod convențional cu „∙” (punct). Acestea. în centrul bobinei, trebuie să punem un punct ("∙").
Dacă un conductor drept este înfășurat în jurul unui cilindru, atunci se va obține o bobină cu curent sau un solenoid.
Să realizăm un experiment (4.) Folosim același circuit pentru experiment, doar firul este trecut acum prin carton sub formă de bobină. Să plasăm mai multe săgeți magnetice libere pe planul cartonului în puncte diferite: la ambele capete ale bobinei, în interiorul bobinei și pe ambele părți în exterior. Lăsați bobina să fie plasată orizontal (direcție de la stânga la dreapta). Porniți circuitul și găsiți că acele magnetice situate de-a lungul axei bobinei arată o direcție. Observăm că la capătul din dreapta al bobinei, săgeata arată că liniile de forță intră în bobină, ceea ce înseamnă că acesta este „polul sud” (S), iar la capătul din stânga acul magnetic arată că ele pleacă. , acesta este „polul nord” (N). În afara bobinei, acele magnetice au direcția opusă față de direcția din interiorul bobinei.
Să efectuăm experimentul (5). În același circuit, schimbați direcția curentului. Constatăm că direcția tuturor săgeților magnetice s-a schimbat, s-au întors la 180 de grade. Concluzionăm: direcția liniilor câmpului magnetic depinde de direcția curentului prin spirele bobinei.
Să efectuăm experimentul (6). Scoateți săgețile magnetice și porniți circuitul. „Sareați cu grijă cu pilitură de fier” cartonul în interiorul și în exteriorul bobinei. Obținem o imagine a liniilor de câmp magnetic, care se numește „spectrul câmpului magnetic al unei bobine cu curent”
Dar cum se determină direcția liniilor câmpului magnetic? Direcția liniilor câmpului magnetic se determină conform regulii gimletului în același mod ca pentru o bobină cu curent: Dacă sensul de rotație al mânerului gimletului este aliniat cu direcția curentului din bobine, atunci direcția de mișcarea de translație va coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic din interiorul solenoidului. Câmpul magnetic al unui solenoid este similar cu cel al unui magnet cu bară permanentă. Capătul bobinei din care ies liniile de forță va fi „polul nord” (N), iar cel în care intră liniile de forță va fi „polul sud” (S).
După descoperirea lui Hans Oersted, mulți oameni de știință au început să-i repete experimentele, inventând altele noi pentru a găsi dovezi ale conexiunii dintre electricitate și magnetism. Omul de știință francez Dominique Arago a pus o tijă de fier într-un tub de sticlă și a înfășurat peste el un fir de cupru, prin care a trecut un curent electric. De îndată ce Arago a închis circuitul electric, tija de fier a devenit atât de puternic magnetizată încât a atras cheile de fier spre sine. A fost nevoie de mult efort pentru a scoate cheile. Când Arago a oprit sursa de alimentare, cheile au căzut de la sine! Deci Arago a inventat primul electromagnet. Electromagneții moderni sunt formați din trei părți: înfășurare, miez și armătură. Firele sunt plasate într-o manta speciala, care joaca rolul de izolator. O bobină multistrat este înfășurată cu un fir - înfășurarea unui electromagnet. Ca miez este folosită o tijă de oțel. Placa care este atrasă de miez se numește ancora. Electromagneții sunt folosiți pe scară largă în industrie datorită proprietăților lor: se demagnetizează rapid atunci când curentul este oprit; pot fi realizate diferite dimensiuni in functie de destinatie; Variind curentul, acțiunea magnetică a electromagnetului poate fi controlată. Electromagneții sunt folosiți în fabrici pentru a transporta produse din oțel și fontă. Acești magneți au o putere mare de ridicare. Electromagneții sunt folosiți și în clopoței electrice, separatoare electromagnetice, microfoane, telefoane. Astăzi am examinat câmpul magnetic al curentului circular, bobine cu curent. Ne-am familiarizat cu electromagneții, aplicarea lor în industrie și în economia națională.
