Akım taşıyan bir bobinin manyetik alanı. Elektromıknatıslar ve uygulamaları Bir bobindeki manyetik alan çizgileri

Herkesi web sitemize bekliyoruz!

Çalışmaya devam ediyoruz elektronik en başından yani en temellerinden ve bugünkü yazımızın konusu da bu olacak. indüktörlerin çalışma prensibi ve temel özellikleri. İleriye baktığımızda, önce tartışacağımızı söyleyeceğim teorik yönler ve gelecekteki birkaç makaleyi tamamen indüktör kullanan çeşitli elektrik devrelerinin yanı sıra dersimizin bir parçası olarak daha önce incelediğimiz elemanların değerlendirilmesine ayıracağız - ve.

Bir indüktörün tasarımı ve çalışma prensibi.

Elemanın adından da anlaşılacağı gibi, indüktör her şeyden önce sadece bir bobindir :), yani yalıtımlı bir iletkenin çok sayıda dönüşüdür. Üstelik yalıtımın varlığı en önemli durumdur - bobinin dönüşleri birbiriyle kısa devre yapmamalıdır. Çoğu zaman, dönüşler silindirik veya toroidal bir çerçeveye sarılır:

En önemli karakteristik indüktörler doğal olarak endüktanstır, yoksa neden böyle bir isim verilsin ki :) Endüktans enerjiyi dönüştürme yeteneğidir Elektrik alanı manyetik alan enerjisine dönüşür. Bobinin bu özelliği, iletkenden akım aktığında çevresinde manyetik bir alanın ortaya çıkmasından kaynaklanmaktadır:

Ve bobinden akım geçtiğinde ortaya çıkan manyetik alan şöyle görünür:

Genel olarak, kesin olarak konuşursak, herhangi bir unsur elektrik devresi Sıradan bir tel parçasının bile endüktansı vardır. Ancak gerçek şu ki, bu tür endüktansın büyüklüğü, bobinlerin endüktansının aksine çok önemsizdir. Aslında bu değeri karakterize etmek için Henry (H) ölçü birimi kullanılmaktadır. 1 Henry aslında çok büyük bir değer olduğundan µH (mikrohenry) ve mH (milihenry) en sık kullanılır. Boyut indüktans bobinler aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

Bu ifadeye ne tür bir değerin dahil olduğunu bulalım:

Formülden, dönüş sayısında veya örneğin çapta (ve buna göre alanda) bir artış olduğu anlaşılmaktadır. enine kesit) bobinlerde endüktans artacaktır. Ve uzunluk arttıkça azalır. Bu nedenle bobin üzerindeki dönüşler mümkün olduğunca birbirine yakın yerleştirilmelidir çünkü bu, bobin uzunluğunun azalmasına yol açacaktır.

İLE indüktör cihazı bunu anladık, düşünmenin zamanı geldi fiziksel süreçler geçerken bu elemanda akan elektrik akımı. Bunu yapmak için iki devreyi ele alacağız - birinde bobinden doğru akımı, diğerinde ise alternatif akımı geçireceğiz :)

Öyleyse öncelikle akım aktığında bobinin kendisinde ne olduğunu bulalım. Akım değerini değiştirmezse bobinin buna hiçbir etkisi olmaz. Bu, doğru akım durumunda indüktör kullanımının dikkate alınmaması gerektiği anlamına mı geliyor? Ama hayır :) Sonuçta, doğru akım açılıp kapatılabilir ve en ilginç şeylerin tümü, geçiş anlarında gerçekleşir. Devreye bakalım:

Direnç şu şekilde çalışır: bu durumda yükün rolü; onun yerine örneğin bir lamba olabilir. Devre, direnç ve endüktansın yanı sıra bir DC kaynağı ve devreyi kapatıp açacağımız bir anahtar içerir.

Anahtarı kapattığımız anda ne olur?

Bobin AkımıÖnceki anda 0'a eşit olduğu için değişmeye başlayacak. Akımdaki bir değişiklik, bobin içindeki manyetik akıda bir değişikliğe yol açacak ve bu da bir emf oluşmasına neden olacaktır ( elektrik hareket gücü) kendi kendine indüksiyon, aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

EMF'nin ortaya çıkması, bobinde, güç kaynağı akımının yönünün tersi yönde akacak olan indüklenen bir akımın ortaya çıkmasına yol açacaktır. Böylece kendi kendine indüklenen emk, akımın bobinden akmasını önleyecektir (indüklenen akım, yönlerinin zıt olması nedeniyle devre akımını iptal edecektir). Bu, zamanın ilk anında (anahtar kapatıldıktan hemen sonra) bobinden geçen akımın 0'a eşit olacağı anlamına gelir. Zamanın bu anında, kendi kendine indüksiyon EMF'si maksimumdur. Bundan sonra ne olacak? EMF'nin büyüklüğü akımın değişim hızıyla doğru orantılı olduğundan, yavaş yavaş zayıflayacak ve buna göre akım da tam tersine artacaktır. Tartıştığımız konuyu gösteren grafiklere bakalım:

İlk grafikte gördüğümüz devre giriş voltajı– Devre başlangıçta açıktır ancak anahtar kapatıldığında sabit bir değer görünür. İkinci grafikte görüyoruz bobinden geçen akımdaki değişiklik indüktans. Anahtarı kapattıktan hemen sonra, kendi kendine indüksiyonlu EMF'nin ortaya çıkması nedeniyle akım yoktur ve ardından yavaş yavaş artmaya başlar. Bobin üzerindeki voltaj ise tam tersine, zamanın ilk anında maksimumdadır ve daha sonra azalır. Yük üzerindeki voltaj grafiği, bobinden geçen akım grafiğiyle şekil olarak (ancak büyüklük olarak değil) çakışacaktır (çünkü seri bağlantıda devrenin farklı elemanlarından akan akım aynıdır). Dolayısıyla, yük olarak bir lamba kullanırsak, anahtar kapatıldıktan hemen sonra değil, hafif bir gecikmeyle (mevcut grafiğe göre) yanacaktır.

Anahtar açıldığında devrede benzer bir geçici süreç gözlemlenecektir. İndüktörde kendi kendine endüktif bir emk ortaya çıkacaktır, ancak açık devre durumunda indüklenen akım devredeki akımla aynı yönde yönlendirilecektir ve ters yönde olmayacaktır, dolayısıyla indüktörün depolanan enerjisi Devredeki akımı korumak için kullanılacaktır:

Anahtar açıldıktan sonra, bobinden geçen akımın azalmasını önleyen bir kendi kendine indüksiyon emk'si oluşur, böylece akım sıfır değer hemen değil ama bir süre sonra. Bobindeki voltaj, anahtarın kapatılması durumuyla aynı şekildedir, ancak işaret olarak zıttır. Bunun nedeni, akımdaki değişimin ve buna bağlı olarak birinci ve ikinci durumlarda kendi kendine endüktif emf'nin zıt işaretli olmasıdır (ilk durumda akım artar ve ikincisinde azalır).

Bu arada, kendi kendine indüksiyonlu EMF'nin büyüklüğünün akımın değişim hızıyla doğru orantılı olduğunu, dolayısıyla orantı katsayısının bobinin endüktansından başka bir şey olmadığını belirtmiştim:

Bu, DC devrelerindeki indüktörlerle sona erer ve devam eder. zincirler alternatif akım .

İndüktöre alternatif akımın sağlandığı bir devre düşünün:

Mevcut ve kendi kendine indüksiyonlu EMF'nin zamana bağımlılığına bakalım ve sonra neden böyle göründüklerini anlayacağız:

Zaten öğrendiğimiz gibi Kendinden kaynaklı emk akımın değişim hızının doğru orantılı ve zıt bir işaretine sahibiz:

Aslında grafik bize bu bağımlılığı gösteriyor :) Kendiniz görün - 1. ve 2. noktalar arasında akım değişir ve 2. noktaya ne kadar yakınsa değişiklikler o kadar küçük olur ve 2. noktada kısa bir süre için akım değişmez tüm anlamı. Buna göre akımın değişim hızı 1. noktada maksimum olup 2. noktaya yaklaştıkça düzgün bir şekilde azalır ve 2. noktada 0'a eşit olur ki bunu da görüyoruz. kendiliğinden indüklenen emf grafiği. Üstelik 1-2 aralığının tamamı boyunca akım artar, bu da değişim oranının pozitif olduğu anlamına gelir ve bu nedenle tüm bu aralıktaki EMF tam tersine negatif değerler alır.

Benzer şekilde, 2 ve 3 noktaları arasında - akım azalır - akımın değişim hızı negatiftir ve artar - öz indüksiyon emf'si artar ve pozitiftir. Grafiğin geri kalan bölümlerini açıklamayacağım - oradaki tüm işlemler aynı prensibe göre ilerliyor :)

Ek olarak, grafikte çok önemli bir noktayı fark edebilirsiniz - artan akımla (bölüm 1-2 ve 3-4), kendi kendine indüksiyon emk'si ve akımı farklı işaretler(bölüm 1-2: , title="Rendered by QuickLaTeX.com)" height="12" width="39" style="vertical-align: 0px;">, участок 3-4: title="QuickLaTeX.com tarafından oluşturulmuştur" height="12" width="41" style="vertical-align: 0px;">, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень !} ilginç gerçek– indüktör devreden geçen alternatif akıma direnç gösterir. Bu, endüktif veya reaktif olarak adlandırılan ve aşağıdaki şekilde hesaplanan bir dirence sahip olduğu anlamına gelir:

Dairesel frekans nerede: . - Bu .

Dolayısıyla akımın frekansı ne kadar yüksek olursa, indüktörün ona sağlayacağı direnç de o kadar büyük olur. Ve eğer akım sabitse (= 0), o zaman bobinin reaktansı 0'dır, buna göre akan akım üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

AC devresinde indüktör kullanma durumu için yaptığımız grafiklerimize geri dönelim. Bobinin kendi kendine indüksiyon emk'sini belirledik ama voltaj ne olacak? Burada her şey aslında basit :) Kirchhoff'un 2. yasasına göre:

Ve sonuç olarak:

Devredeki akım ve voltajın zamana bağımlılığını tek bir grafik üzerinde çizelim:

Gördüğünüz gibi akım ve voltaj birbirine göre () fazında kaydırılır ve bu, bir indüktörün kullanıldığı alternatif akım devrelerinin en önemli özelliklerinden biridir:

Bir indüktör bir alternatif akım devresine bağlandığında, devrede voltaj ve akım arasında bir faz kayması meydana gelir ve akım, voltajla çeyrek periyot kadar faz dışı kalır.

Böylece bobini AC devresine nasıl bağlayacağımızı bulduk :)

Bugünün makalesini muhtemelen burada bitireceğiz; zaten oldukça uzun olduğu ortaya çıktı, bu yüzden indüktörler hakkındaki sohbetimize bir dahaki sefere devam edeceğiz. Yakında görüşürüz, sizi web sitemizde görmekten mutluluk duyacağız!

En büyük pratik ilgi alanı, akım taşıyan bir bobinin manyetik alanıdır. Şekil 97 aşağıdakilerden oluşan bir bobini göstermektedir: çok sayıda ahşap bir çerçeveye sarılmış tel dönüşleri. Bobinde akım olduğunda demir talaşları uçlarına doğru çekilir; akım kesildiğinde ise düşerler.

Pirinç. 97. Demir tozlarının akım bobini ile çekilmesi

Akımlı bir bobin ince ve esnek iletkenler üzerine asılırsa, pusulanın manyetik iğnesi ile aynı şekilde kurulacaktır. Bobinin bir ucu kuzeye, diğer ucu güneye bakacak. Bu, manyetik bir iğne gibi akıma sahip bir bobinin kuzey ve güney olmak üzere iki kutbu olduğu anlamına gelir (Şek. 98).

Pirinç. 98. Mevcut bobin kutupları

Akım taşıyan bobinin etrafında manyetik bir alan vardır. Doğru akım alanı gibi talaş kullanılarak tespit edilebilir (Şek. 99). Akım taşıyan bir bobinin manyetik alanının manyetik çizgileri de kapalı eğrilerdir. Genel olarak bobinin dışına doğru yönlendirildikleri kabul edilir. Kuzey Kutbu güneye doğru bobinler (bkz. Şekil 99).

Pirinç. 99. Akım bobininin manyetik çizgileri

Akım taşıyan bobinler teknolojide mıknatıs olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Uygundurlar çünkü manyetik eylem geniş sınırlar içerisinde değiştirilebilir (güçlendirilebilir veya zayıflatılabilir). Bunu yapmanın yollarına bakalım.

Şekil 97, bir bobinin manyetik alanının akımla etkisinin gözlemlendiği bir deneyi göstermektedir. Bobini daha fazla tel dönüşü olan başka bir bobinle değiştirirseniz, aynı akım gücüyle daha fazla demir nesne çekecektir. Araç, Akım taşıyan bir bobinin manyetik etkisi daha güçlüdür, içindeki sarım sayısı arttıkça.

Bobinin bulunduğu devreye bir reosta bağlayalım (Şekil 100) ve bunu bobindeki akım gücünü değiştirmek için kullanalım. Akım arttıkça akım bobininin manyetik alanının etkisi artar, akım azaldıkça zayıflar..

Pirinç. 100. Bobinin manyetik alanının etkisi

Ayrıca, akım taşıyan bir bobinin manyetik etkisinin, sarım sayısını veya içindeki akımın gücünü değiştirmeden önemli ölçüde artırılabileceği ortaya çıktı. Bunu yapmak için bobinin içine bir demir çubuk (çekirdek) yerleştirmeniz gerekir. Bobinin içine yerleştirilen demir, bobinin manyetik etkisini artırır(Şek. 101).

Pirinç. 101. Demir çekirdekli bir bobinin manyetik alanının etkisi

İçinde demir çekirdek bulunan bobine elektromıknatıs denir.

Elektromıknatıs birçok teknik cihazın ana parçalarından biridir. Şekil 102, asılı bir yük ile bir armatürü (demir plaka) tutan yay şeklindeki bir elektromıknatısı göstermektedir.

Pirinç. 102. Yay şeklindeki elektromıknatıs

Elektromıknatıslar dikkat çekici özelliklerinden dolayı teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Akım kapatıldığında hızla manyetikliği giderilir; amaçlarına bağlı olarak çeşitli boyutlarda yapılabilirler; elektromıknatıs çalışırken, bobindeki akımın gücü değiştirilerek manyetik etkisi ayarlanabilir.

Büyük kaldırma kuvvetine sahip elektromıknatıslar, fabrikalarda çelik veya dökme demirden yapılmış ürünlerin yanı sıra çelik ve dökme demir talaşı ve külçeleri taşımak için kullanılır (Şekil 103).

Pirinç. 103. Elektromıknatısların uygulanması

Şekil 104'te manyetik tane ayırıcının kesiti gösterilmektedir. Tahılın içine çok ince demir tozları karışır. Bu talaşlar sağlıklı tahılların pürüzsüz tanelerine yapışmaz ama yabani otların tanelerine yapışır. Tahıllar (1) hazneden dönen bir tamburun (2) üzerine dökülür. Tamburun içinde güçlü bir elektromıknatıs (5) bulunur. Demir parçacıklarını (4) çekerek, yabani ot tanelerini tahıl akışından (3) uzaklaştırır ve bu şekilde tahılı yabani otlardan ve yanlışlıkla temizler. demir nesneler yakaladı.

Pirinç. 104. Manyetik ayırıcı

Elektromıknatıslar telgraf, telefon ve diğer birçok cihazda kullanılmaktadır.

Sorular

1. Uzun ince iletkenlerin üzerine asılı duran akım taşıyan bobin hangi yöne monte edilmiştir? Manyetik iğneyle ne gibi benzerlikleri var?
2. Akım taşıyan bir bobinin manyetik etkisi hangi yollarla artırılabilir?
3. Elektromıknatıs neye denir?
4. Fabrikalarda elektromıknatıslar hangi amaçlarla kullanılır?
5. Manyetik tane ayırıcı nasıl çalışır?

Egzersiz 41

1. Tasarımı değiştirmeden kaldırma kuvveti ayarlanabilen bir elektromıknatıs yapmak gerekir. Nasıl yapılır?
2. Değişmek için ne yapılması gerekiyor manyetik kutuplar zıt yönlerde akımı olan bobinler?
3. Tasarımcıya elektromıknatıstaki akımın nispeten küçük olması şartı verilirse güçlü bir elektromıknatıs nasıl yapılır?
4. Vinçte kullanılan elektromıknatıslar muazzam bir güce sahiptir. Gözlerden başıboş demir tozlarını çıkarmak için kullanılan elektromıknatıslar çok zayıftır. Bu fark hangi yöntemlerle sağlanıyor?

Egzersiz yapmak

Hareket eden bir elektrik yükü çevredeki alanda manyetik bir alan yaratır. Bir iletkenin içinden geçen elektronların akışı, iletkenin çevresinde manyetik bir alan oluşturur. Metal bir teli bir çubuğun etrafına halkalar halinde sararsanız bir bobin elde edersiniz. Böyle bir bobinin yarattığı manyetik alanın ilginç ve en önemlisi kullanışlı özelliklere sahip olduğu ortaya çıktı.

Manyetik alan neden oluşur?

Bazı maddelerin metal nesneleri çekmesini sağlayan manyetik özellikleri eski çağlardan beri bilinmektedir. Ancak bu olgunun özünü anlamaya ancak şu şekilde yaklaşmayı başardık: XIX'in başı yüzyıl. Elektrik yüklerine benzetilerek, manyetik etkileri belirli manyetik yükleri (dipoller) kullanarak açıklama girişimleri olmuştur. 1820'de Danimarkalı fizikçi Hans Oersted, manyetik bir iğnenin, yakınında bulunan bir iletkenden elektrik akımı geçtiğinde saptığını keşfetti.

Aynı zamanda Fransız araştırmacı Andre Ampere, birbirine paralel yerleştirilmiş iki iletkenin neden olduğunu tespit etti. karşılıklı çekimİçlerinden bir yönde bir elektrik akımı geçtiğinde ve akımlar farklı yönlere yönlendirildiğinde itme meydana gelir.

Pirinç. 1. Ampere'nin akım taşıyan tellerle yaptığı deney. Akım taşıyan bir telin yanında pusula iğnesi

Bu gözlemlere dayanarak Ampere, manyetik alanın hareket eden elektrik yükleri tarafından oluşturulduğunu varsayarsak, akımın bir iğne ile etkileşiminin, tellerin ve kalıcı mıknatısların birbirleriyle çekilmesinin (ve itilmesinin) açıklanabileceği sonucuna vardı. Ek olarak Ampere, maddenin içinde sabit bir manyetik alanın ortaya çıkmasının nedeni olan sönümsüz moleküler akımların bulunduğuna göre cesur bir hipotez öne sürdü. O zaman tüm manyetik olaylar hareket edenlerin etkileşimi ile açıklanabilir. elektrik ücretleri ve özel bir manyetik yük yoktur.

Manyetik alanın büyüklüğünü ve etkileşim kuvvetini hesaplamanın mümkün olduğu matematiksel model (teori), İngiliz fizikçi James Maxwell tarafından geliştirildi. Elektriksel ve manyetik olayları birleştiren Maxwell denklemlerinden şu sonuç çıktı:

• Manyetik alan yalnızca elektrik yüklerinin hareketinin bir sonucu olarak ortaya çıkar;
• Doğal manyetik cisimlerde sabit bir manyetik alan mevcuttur, ancak bu durumda bile alanın nedeni, maddenin kütlesindeki moleküler akımların (girdapların) sürekli hareketidir;
• Alternatif elektrik alanı kullanılarak da manyetik alan oluşturulabilir ancak bu konu sonraki yazılarımızda ele alınacaktır.

Akım bobininin manyetik alanı

Herhangi bir silindirik çubuk (ahşap, plastik vb.) üzerindeki halkalara sarılmış metal tel, elektromanyetik bir bobindir. Telin yalıtılması, yani bitişik dönüşlerin kısa devre yapmasını önlemek için bir tür yalıtkanla (vernik veya plastik örgü) kaplanması gerekir. Akım akışının bir sonucu olarak, tüm dönüşlerin manyetik alanları toplanır ve bobinin akımla birlikte toplam manyetik alanının manyetik alanla aynı (tamamen benzer) olduğu ortaya çıkar. kalıcı mıknatıs.

Pirinç. 2. Bobinin ve kalıcı mıknatısın manyetik alanı.

Bobinin içindeki manyetik alan, kalıcı bir mıknatısta olduğu gibi tekdüze olacaktır. Dıştan manyetik çizgiler Akım bobininin alanları küçük metal talaşları kullanılarak tespit edilebilir. Manyetik alan çizgileri kapalıdır. Pusulanın manyetik iğnesine benzer şekilde, akımlı bir bobinin güney ve kuzey olmak üzere iki kutbu vardır. Güç hatları Kuzey Kutbu'ndan doğar ve Güney Kutbu'nda biter.

Akım taşıyan bobinler için uygulamaya bağlı olarak kullanılan ek, ayrı isimler vardır:

• İndüktör veya basitçe - indüktans. Terim radyo mühendisliğinde kullanılır;
• Gaz kelebeği(gaz kelebeği - regülatör, sınırlayıcı). Elektrik mühendisliğinde kullanılır;
• Solenoid. Bu bileşik kelime iki kelimeden geliyor Yunanca kelimeler: solen - kanal, boru ve eidos - benzer). Elektromekanik mekanizmalar olarak kullanılan, özel manyetik alaşımlardan (ferromıknatıslar) yapılmış çekirdeklere sahip özel bobinlerin adıdır. Örneğin, araba marş motorlarında solenoid solenoiddir.

Pirinç. 3. İndüktörler, indüktör, solenoid

Manyetik alan enerjisi

Akıma sahip bobin, güç kaynağından (pil, akümülatör) gelen enerjiyi depolar; bu ne kadar büyük olursa, akım I ve endüktans adı verilen L değeri de o kadar büyük olur. W akımına sahip bir bobinin manyetik alan enerjisi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

$$ W = (( L*I^2)\over 2 ) $$

Bu formül bir cismin kinetik enerjisi formülüne benzer. Endüktans bir cismin kütlesine, akım ise cismin hızına benzer. Kinetik enerji hızın karesiyle orantılı olduğu gibi, manyetik enerji de akımın karesiyle orantılıdır.

Bobinin endüktans değerini hesaplamak için aşağıdaki formül:

$$ L = μ *((N^2*S)\over l_к) $$

N, bobin dönüşlerinin sayısıdır;

S, bobinin kesit alanıdır;

l k bobinin uzunluğudur;

μ – çekirdek malzemenin manyetik geçirgenliği – referans değeri. Çekirdek, bobinin içine yerleştirilmiş metal bir çubuktur. Manyetik alanın büyüklüğünü önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır.

Ne öğrendik?

Böylece manyetik alanın yalnızca elektrik yüklerinin hareketi sonucu ortaya çıktığını öğrendik. Akım taşıyan bir bobinin manyetik alanı, kalıcı bir mıknatısın manyetik alanına benzer. Bobinin manyetik alanının enerjisi, akım gücü I ve endüktans L bilinerek hesaplanabilir.

Konuyla ilgili deneme

Raporun değerlendirilmesi

Ortalama puanı: 4. Alınan toplam puan: 52.

Konuları incelemeye devam ediyoruz elektromanyetik olaylar. Bugünkü dersimizde ise akım ve elektromıknatıs içeren bir bobinin manyetik alanını ele alacağız.

En büyük pratik ilgi alanı, akım taşıyan bir bobinin manyetik alanıdır. Bir bobin elde etmek için yalıtımlı bir iletken alıp onu bir çerçevenin etrafına sarmanız gerekir. Böyle bir bobin çok sayıda tel dönüşü içerir. Lütfen unutmayın: bu teller plastik bir çerçevenin etrafına sarılmıştır ve bu telin iki terminali vardır (Şekil 1).

Pirinç. 1. Makara

İki ünlü bilim adamı bobinin manyetik alanını inceledi: Andre-Marie Ampère ve François Arago. Bobinin manyetik alanının tamamen kalıcı bir mıknatısın manyetik alanına karşılık geldiğini bulmuşlardır (Şekil 2).

Pirinç. 2. Bobinin ve kalıcı mıknatısın manyetik alanı

Bobinin manyetik çizgileri neden böyle görünüyor?

Düz bir iletkenden doğru akım akarsa çevresinde manyetik bir alan oluşur. Manyetik alanın yönü “jimlet kuralı” ile belirlenebilir (Şekil 3).

Pirinç. 3. Bir iletkenin manyetik alanı

Bu iletkeni spiral şeklinde büküyoruz. Akımın yönü aynı kalır, iletkenin manyetik alanı da iletkenin etrafında bulunur, iletkenin farklı bölümlerinin alanı toplanır. Manyetik alan bobinin içinde yoğunlaşacaktır. Sonuç olarak, bobinin manyetik alanının aşağıdaki resmini elde ediyoruz (Şekil 4).

Pirinç. 4. Bobinin manyetik alanı

Akım taşıyan bobinin etrafında manyetik bir alan vardır. Doğrudan iletkenin alanı gibi talaş kullanılarak tespit edilebilir (Şekil 5). Akım taşıyan bobinin manyetik alan çizgileri de kapalıdır.

Pirinç. 5. Mevcut bobin yakınındaki metal talaşlarının konumu

Akımlı bir bobin ince ve esnek iletkenler üzerine asılırsa, pusulanın manyetik iğnesi ile aynı şekilde kurulacaktır. Bobinin bir ucu kuzeye, diğer ucu güneye bakacak. Bu, manyetik bir iğne gibi akımlı bir bobinin iki kutbu olduğu anlamına gelir - kuzey ve güney (Şekil 6).

Pirinç. 6. Bobin direkleri

Açık elektrik şemaları Bobin şu şekilde tasarlanmıştır:

Pirinç. 7. Diyagramlarda bobin tanımı

Akım taşıyan bobinler teknolojide mıknatıs olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Manyetik etkilerinin geniş sınırlar içerisinde değişebilmesi nedeniyle kullanışlıdırlar.

Bobinin manyetik alanı, iletkenin manyetik alanına (aynı akım gücünde) kıyasla büyüktür.

Bir bobinden akım geçtiğinde etrafında bir manyetik alan oluşur. Bobinden ne kadar çok akım geçerse manyetik alan o kadar güçlü olur.

Manyetik bir iğne veya metal talaşı kullanılarak sabitlenebilir.
Ayrıca bobinin manyetik alanı sarım sayısına bağlıdır. İçindeki sarım sayısı ne kadar fazla olursa, akım taşıyan bobinin manyetik alanı da o kadar güçlü olur. Yani sarım sayısını veya bobinden geçen elektrik akımını değiştirerek bobinin alanını düzenleyebiliriz.

Ama en ilginç şey keşifti İngiliz mühendis Mersin balığı. Şunu gösterdi: Bilim adamı bir bobin aldı ve demir bir çekirdeğe koydu. Mesele şu ki, bu bobinlerin dönüşlerinden elektrik akımı geçirildiğinde, manyetik alan birçok kez arttı ve etraftaki tüm demir nesneler bu cihaza çekilmeye başladı (Şekil 8). Bu cihaza “elektromıknatıs” denir.

Pirinç. 8. Elektromıknatıs

Demirden bir kanca yapıp onu bu alete takmayı akıl ettiklerinde, çeşitli yükleri sürükleyebildiler. Peki elektromıknatıs nedir?

Tanım

Elektromanyetik bir demir çekirdek üzerine yerleştirilmiş, çok sayıda sarım dönüşüne sahip, sarımdan bir elektrik akımı geçtiğinde mıknatıs özelliklerini kazanan bir bobindir.

Diyagramdaki elektromıknatıs bir bobin olarak gösterilmiştir ve üstte yatay bir çizgi vardır (Şekil 9). Bu çizgi demir çekirdeği temsil eder.

Pirinç. 9. Elektromıknatıs tanımı

Elektrik olaylarını incelediğimizde elektrik akımının manyetik olanlar da dahil olmak üzere farklı özelliklere sahip olduğunu söylemiştik. Tartıştığımız deneylerden biri de, bir akım kaynağına bağlı bir teli alıp onu bir demir çivinin etrafına sarmamız ve çeşitli demir nesnelerin bu çiviye nasıl çekilmeye başladığını gözlemlememiz ile ilgiliydi (Şekil 10). Bu en basit elektromıknatıstır. Ve şimdi en basit elektromıknatısın bir bobindeki akım akışı, çok sayıda dönüş ve tabii ki metal bir çekirdek tarafından sağlandığını anlıyoruz.

Pirinç. 10. En basit elektromıknatıs

Günümüzde elektromıknatıslar oldukça yaygındır. Elektromıknatıslar neredeyse her yerde ve her yerde çalışır. Örneğin oldukça büyük yükleri sürüklememiz gerekiyorsa elektromıknatıs kullanırız. Ve mevcut gücü ayarlayarak buna göre gücü artıracağız veya azaltacağız. Elektromıknatısların kullanımına bir başka örnek ise elektrikli zildir.

Bazı araçların (örneğin tramvayların) kapılarının açılıp kapanması ve frenleri de elektromıknatıslarla sağlanmaktadır.

Kaynakça

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizik 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizik 8. - M .: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizik 8. - M .: Aydınlanma.

1. İnternet portalı “site” ()
2. İnternet portalı “site” ()
3. İnternet portalı “class-fizika.narod.ru” ()

Ev ödevi

1. Makara nedir?
2. Herhangi bir bobinin manyetik alanı var mıdır?
3. En basit elektromıknatısı açıklayınız.

Yarıçaplı bir daire çizelim R bir halka bobinin ortalama manyetik çizgisine denk gelen (Şekil 3-11), aşağıdakilerden oluşan düzgün bir şekilde dağıtılmış bir sargıya sahiptir: ɯ döner.

Ortalama manyetik çizginin sınırladığı yüzeye giren toplam akım, Σ BEN = BENɯ

Simetriden dolayı alan kuvveti N ortalama manyetik çizgi üzerinde bulunan noktalarda aynısı.

Mıknatıslanma kuvveti

FM = Merhaba = H 2πR

Toplam akım kanununa göre

BENɯ = H1.

Bir halka bobinin manyetik merkez hattındaki (merkez hattı) manyetik alan kuvveti

H= BENɯ : ben

Pirinç. 3-11. Halka bobini.

ve manyetik indüksiyon

B = μ Ah = μ A(BENɯ/l)

Halka bobinin merkez hattındaki manyetik indüksiyonun ortalama değerine eşit olduğu düşünüldüğünde (ki bu kabul edilebilir) R 1 - R 2 < R 1), Bobinin manyetik akısı için bir ifade yazalım:

f = BS=μ A((IɯS):ben)

Pirinç. 3-12.

Bağımlılık (3-20), bir elektrik devresi için Ohm yasasına benzer ve bu nedenle manyetik bir devre için Ohm yasası olarak adlandırılır; işte F - manyetik akı akıma benzer; FM- N. İle. e'ye benzer. d.s, bir RM- manyetik devrenin - manyetik devrenin - direnci elektrik devresinin direncine benzer. Buradaki manyetik devre, n'nin etkisi altında olan bir çekirdek olan manyetik bir devre olarak anlaşılmalıdır. İle. manyetik akı kapalıdır.

Silindirik bobin (Şekil 3-12), sonsuz büyüklüğe sahip halka şeklindeki bir bobinin parçası olarak düşünülebilir.

uzunluğu bobinin uzunluğuna eşit olan çekirdeğin yalnızca bir kısmında bulunan bir sargıya sahip yarıçap. Bobinin merkezindeki merkez çizgideki alan kuvveti ve manyetik indüksiyon, halka bobin için kullanılan formüllerin aynısı kullanılarak belirlenir. Ancak silindirik bir bobin için bu formüller yaklaşık değerlerdir. Belirlemek için kullanılabilirler N Ve İÇİNDE uzunluğu çapından çok daha büyük olan uzun bir bobinin içinde.

Akım bobininin manyetik alanı konulu makale