Катушка с магнитом в цепи

Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение

Электромагнетизм — это совокупность явлений, обусловленных связью электрических токов и магнитных полей. Иногда эта связь приводит к нежелательным эффектам. К примеру, ток, протекающий по электрическим кабелям на корабле, вызывает ненужное отклонение судового компаса. Однако нередко электричество намеренно используется для создания магнитных полей большой интенсивности. В качестве примера можно привести электромагниты. О них мы сегодня и поговорим.

Электрический ток и магнитный поток

Интенсивность магнитного поля можно определить числом линий магнитного потока, которое приходится на единицу площади. Магнитное поле возникает всюду, где протекает электрический ток, причем магнитный поток в воздухе пропорционален последнему. Прямой провод, несущий ток, можно согнуть в виток. При достаточно малом радиусе витка это приводит к возрастанию магнитного потока. При этом сила тока не увеличивается.

Эффект концентрации магнитного потока можно еще усилить, увеличивая количество витков, т. е. скручивая провод в катушку. Справедливо и обратное. Магнитное поле катушки с током можно ослабить, если уменьшить количество витков.

Выведем важное соотношение. В точке максимальной плотности магнитного потока (в ней на единицу площади приходится больше всего линий потока) соотношение между электрическим током I, числом витков провода n и магнитным потоком В выражается так: In пропорционально В. Ток в 12 А, текущий по катушке из 3 витков, создает точно такое же магнитное поле, как и ток в 3 А, текущий по катушке из 12 витков. Это важно знать, решая практические задачи.

Соленоид

Катушка из намотанного провода, создающая магнитное поле, называется соленоидом. Провода можно наматывать на железо (железный сердечник). Подойдет и немагнитная основа (например, воздушный сердечник). Как вы видите, можно использовать не только железо, чтобы создать магнитное поле катушки с током. С точки зрения величины потока любой немагнитный сердечник эквивалентен воздуху. То есть приведенное выше соотношение, связывающее ток, число витков и поток, в этом случае выполняется достаточно точно. Таким образом, магнитное поле катушки с током можно ослабить, если применить эту закономерность.

Использование железа в соленоиде

Для чего в соленоиде используется железо? Его наличие влияет на магнитное поле катушки с током в двух отношениях. Оно увеличивает магнитное действие тока, часто в тысячи раз и более. Однако при этом может нарушаться одна важная пропорциональная зависимость. Речь идет о той, которая существует между магнитным потоком и током в катушках с воздушным сердечником.

Микроскопические области в железе, домены (точнее, их магнитные моменты), при действии магнитного поля, которое создается током, строятся в одном направлении. В результате при наличии железного сердечника данный ток создает больший магнитный поток на единицу сечения провода. Таким образом, плотность потока существенно возрастает. Когда все домены выстраиваются в одном направлении, дальнейшее увеличение тока (или числа витков в катушке) лишь незначительно повышает плотность магнитного потока.

Расскажем теперь немного об индукции. Это важная часть интересующей нас темы.

Индукция магнитного поля катушки с током

Хотя магнитное поле соленоида с железным сердечником гораздо сильнее магнитного поля соленоида с воздушным сердечником, величина его ограничена свойствами железа. Размер того, которое создается катушкой с воздушным сердечником, теоретически не имеет предела. Однако, как правило, получать огромные токи, необходимые для создания поля, сравнимого по величине с полем соленоида с железным сердечником, очень трудно и дорого. Не всегда следует идти этим путем.

Что будет, если изменить магнитное поле катушки с током? Это действие может породить электрический ток точно так же, как ток создает магнитное поле. При приближении магнита к проводнику магнитные силовые линии, пересекающие проводник, индуцируют в нем напряжение. Полярность индуцированного напряжения зависит от полярности и направления изменения магнитного потока. Этот эффект значительно сильнее проявляется в катушке, чем в отдельном витке: он пропорционален числу витков в обмотке. При наличии железного сердечника индуцированное напряжение в соленоиде увеличивается. При таком способе необходимо движение проводника относительно магнитного потока. Если проводник не будет пересекать линии магнитного потока, напряжение не возникнет.

Как получают энергию

Электрические генераторы вырабатывают ток на основе тех же принципов. Обычно магнит вращается между катушками. Величина индуцированного напряжения зависит от величины поля магнита и скорости его вращения (они определяют скорость изменения магнитного потока). Напряжение в проводнике прямо пропорционально скорости магнитного потока в нем.

Во многих генераторах магнит заменен соленоидом. Для того чтобы создать магнитное поле катушки с током, соленоид подключают к источнику тока. Какой в этом случае будет электрическая мощность, вырабатываемая генератором? Она равна произведению напряжения на силу тока. С другой стороны, взаимосвязь тока в проводнике и магнитного потока позволяет использовать поток, создаваемый электрическим током в магнитном поле, для получения механического движения. По этому принципу работают электродвигатели и некоторые электроизмерительные приборы. Однако для создания движения в них необходимо затрачивать дополнительную электрическую мощность.

Сильные магнитные поля

В настоящее время, используя явление сверхпроводимости, удается получать невиданной интенсивности магнитное поле катушки с током. Электромагниты могут быть очень мощными. При этом ток протекает без потерь, т. е. не вызывает нагрева материала. Это позволяет применять большое напряжение в соленоидах с воздушным сердечником и избежать ограничений, обусловленных эффектом насыщения. Очень большие перспективы открывает такое мощное магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение не зря интересуют множество ученых. Ведь сильные поля могут использоваться для движения на магнитной «подушке» и создания новых видов электродвигателей и генераторов. Они способны высокую мощность при малой стоимости.

Энергия магнитного поля катушки с током активно используется человечеством. Она уже долгие годы широко применяется, в частности на железных дорогах. О том, как используются магнитные линии поля катушки с током для регулирования движения поездов, мы сейчас и поговорим.

Магниты на железных дорогах

На железных дорогах обычно применяются системы, в которых в целях большей безопасности электромагниты и постоянные магниты дополняют друг друга. Как же действуют эти системы? Сильный постоянный магнит прикрепляют вплотную к рельсу на определенном расстоянии от светофоров. Во время прохождения поезда над магнитом ось постоянного плоского магнита в кабине машиниста поворачивается на малый угол, после чего магнит остается в новом положении.

Регулирование движения на железной дороге

Движение плоского магнита включает сигнальный звонок или сирену. Далее происходит следующее. Через пару секунд кабина машиниста проходит над электромагнитом, который связан со светофором. Если тот дает поезду зеленую улицу, то электромагнит оказывается под напряжением и ось постоянного магнита в вагоне поворачивается в свое первоначальное положение, выключая сигнал в кабине. Когда же на светофоре горит красный или желтый свет, электромагнит бывает выключен, и тогда после некоторой задержки автоматически включается тормоз, если, конечно, это забыл сделать машинист. Тормозная цепь (как и звуковой сигнал) подключается к сети с момента поворота оси магнита. Если магнит во время задержки возвращается в первоначальное положение, то тормоз не включается.

Источник

Почему катушка взаимодействует с магнитом

Магнит будет взаимодействовать с катушкой либо притягиваясь, либо отталкиваясь от нее. Это будет возникать вследствие того, что катушка с проходящим по ней током, будет подобна магниту с двумя полюсами. Направление индуцируемого тока будет определять, где у катушки будет находиться какой из полюсов.

Взаимодействие магнита и катушки представляет собой взаимодействие двух магнитов: одноимённые полюсы отталкиваются, а разноимённые — притягиваются, следовательно, при прохождении тока по катушке последняя сама становится магнитом, полюсы которого при изменении направления тока в цепи тоже меняются.

• Магнит и катушка взаимодействуют либо притягиваясь, либо отталкиваясь.
• Катушка с проходящим по ней током подобна магниту с двумя полюсами.
• Направление индуцируемого тока определяет, где у катушки будет находиться какой из полюсов.
• Когда магнит отталкивается от катушки, в ней появляется индукционный ток.
• Железный сердечник усиливает магнитное поле катушки благодаря свойствам ферромагнетика.
• При внесении магнита в катушку возникает индукционный электрический ток.
• Сердечник усиливает магнитное действие катушки.
• При приближении магнита к кольцу без прорези возрастает магнитный поток сквозь площадь кольца, что вызывает появление индукционного тока и создание магнитного поля.

Как взаимодействует магнит и катушка

Магнитное поле катушки велико по сравнению с магнитным полем проводника (при одинаковой силе тока). При пропускании тока через катушку вокруг нее образуется магнитное поле. Чем больший ток протекает по катушке, тем сильнее будет магнитное поле.

Почему катушка с током отталкивается от магнита

Магнит будет взаимодействовать с катушкой либо притягиваясь, либо отталкиваясь от нее. Это будет возникать вследствие того, что катушка с проходящим по ней током, будет подобна магниту с двумя полюсами. Направление индуцируемого тока будет определять, где у катушки будет находиться какой из полюсов.

Когда магнит отталкивается от катушки

Если магнит приближать к катушке, то в ней появится индукционный ток такого направления, что магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки при этом нужно совершить положительную работу.

Почему железный сердечник усиливает магнитное поле катушки

Сердечник? Почему магнитное действие катушки, по которой идет ток, усиливается, когда в нее вводят железный сердечник? Железо обладает удивительным свойством ферромагнетика: благодаря своей структуре оно усиливает магнитное поле в несколько раз.

Что происходит при внесении магнита в катушку

При внесение магнита в катушку, замкнутую на гальванометр, в ней возникает индукционный электрический ток.

Что усиливает магнитное действие катушки

Сердечник — металлический стержень для усиления мощности электромагнита. Сердечник, введённый внутрь катушки с током, усиливает магнитное действие катушки.

Когда при помощи магнита возникает индукционный ток в катушке

Действие прибора основано на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем (1831 г.) и заключающейся в следующем: «в катушке (как во всяком проводнике), находящейся в магнитном поле, возникает индукционный ток, если магнитное поле испытывает какое-либо изменение.

Что будет происходить при приближении магнита

При приближении магнита к кольцу без прорези возрастает магнитный поток сквозь площадь кольца. Так как кольцо замкнуто, то в нем возникает индукционный ток. В кольце с разрезом ток циркулировать не может. Ток в сплошном кольце создаёт магнитное поле, поэтому кольцо приобретает свойства магнита.

Как возникает индукционный ток в катушке

Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему притягивает магнит

Как известно, магниты обладают способностью притягивать ряд металлов, атомы которых имеют возможность перестраиваться в присутствии магнита. У этих металлов начинают образовываться магнитные полюса, что и дает возможность притягиваться.

Что не притягивает магнит

Золото, медь, алюминий, латунь, олово, серебро, свинец не притягиваются. Следовательно, магниты для поиска металлов могут применяться ограниченно.

Что будет если глотнуть магнит

Если магнит имеет острые края, очень высок риск повреждения слизистой оболочки пищевода на разную глубину, вплоть до ее полного линейного разрыва. Особенно тяжелые последствия возникают в тех случаях, когда инородное тело извлекается не сразу, а через несколько дней.

Как влияет сердечник на магнитное поле катушки

Если вставить железный сердечник, то магнитное поле увеличится, так же можно увеличить его если увеличить ток, а если ток уменьшить, то магнитное поле ослабнет.

Каким образом можно усилить магнитное поле катушки током

Магнитное действие катушки с током можно усилить, усилив ток, увеличив количество витков в катушке и введя внутрь катушки железный сердечник.

В каком направлении будет действовать на магнит сила со стороны катушки

Решение. Сила будет направлена от магнита. (Вариант: вправо; катушка будет отталкиваться от магнита).

Чем характеризуется катушка

Основными параметрами катушки являются ее индуктивность и резонансная частота. Индуктивность — это способность катушки хранить энергию в виде магнитного поля, вызванного протеканием тока. Индуктивность измеряется в Генри и выражается как отношение мгновенного напряжения к изменению тока во времени.

Чем усилить магнит

Для усиления магнита подручными способами нужно создать электромагнитное поле. Понадобится источник тока и изолированные провода, которые нужно намотать на катушку. Внутри следует оставить место, чтобы установить разряженный и нуждающийся в усилении магнит.

Как называется самый мощный магнит

Часто люди называют неодимовый магнит как: супермагнит, вечный магнит, сверхмагнит, мощный магнит, редкоземельный магнит, сильный магнит, правильный магнит, магнит неодим-железо-бор, магнит Nd-Fe-B.

Как работает магнитная левитация

Явление электродинамической магнитной левитации возникает, когда вращающийся и/или движущийся постоянный магнит либо катушка с током создают переменное магнитное поле близи проводника. Переменное магнитное поле наводит вихревые токи в проводнике, которые создают поле в противоположном направлении.

Как работает электромагнитная катушка

Либо электрический ток проходит через провод катушки для создания магнитного поля, либо, наоборот, внешнее изменяющееся во времени магнитное поле внутри катушки создает ЭДС (напряжение) в проводнике. Ток через любой проводник создает круговое магнитное поле вокруг проводника в соответствии с законом Ампера.

Почему магнит подковой

Сближение полюсов позволило повысить напряженность между ними и добиться увеличения силы притяжения магнита. При одинаковых значениях поля форма подковы позволяет сильнее притягивать и удерживать грузы.

Каким образом можно уменьшить магнитное поле катушки с током

Магнитное поле катушки, в которой находится ток, можно ослабить если вынуть железный сердечник. *(Т. к. вставив в катушку железный сердечник мы увеличим магнитное поле; если увеличить ток в катушке, магнитное поле также увеличится (следовательно, не подходит); в случае Г) также увеличивается магнитное поле.)

Почему магнит не притягивает

На движущиеся заряды в магнитном поле дейтвует сила Лоренца, поэтому магнит и притягивает другие ферромагнетики. Но не у всех металлов в атомах есть непарные электроны, сила Лоренца действует на парные электроны в противоположные стороны, поэтому они не притягиваются магнитами.

Как меняется магнитное поле катушки при увеличении силы тока в ней

Магнитное поле, увеличивается, увеличивается сила, действующая на проводник.

Каким образом можно изменить магнитное поле катушки

Если изменить направление тока в катушке, то это приведет к изменению магнитного поля. Для этого необходимо поменять контакты местами. Направление тока противоположно движению электронов в катушке, которые двигаются от минуса к плюсу.

Чего зависит индуктивность катушки

Индуктивность катушки зависит от числа витков, радиуса и общей формы, также она пропорциональна числу витков и диаметру катушки. Индуктивность обратно пропорциональна длине провода для заданного диаметра катушки и числу витков. Итак, чем ближе будут витки, тем больше будет индуктивность.

Для чего сердечник в катушке

Ферритовый сердечник — пассивный элемент, для подавления паразитных магнитных полей в трансформаторах или катушках индуктивности

Как взаимодействуют постоянный магнит

Если соединить 2 магнита, то одинаковые полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.

Как получается магнит

В качестве материалов для постоянных магнитов обычно служат железо, никель, кобальт, некоторые сплавы редкоземельных металлов (как, например, в неодимовых магнитах), а также некоторые естественные минералы, такие как магнетиты.

Каким свойством обладает катушка индуктивности

Главное свойство катушек — величина индуктивности. Она измеряется в Генри. Чем больше значение индуктивности, тем больше энергии может запасти в себе катушка. Обычно на катушках написана их величина.

Как долго Магнитит магнит

В зависимости от формы и условий эксплуатации такие изделия могут сохранять свои эксплуатационные свойства до 20 лет.

Когда магнит теряет силу

Срок службы Во-вторых, срок службы магнита или количество времени, в течение которого магнит сохраняет свои магнитные характеристики. Неодимовый магнит теряет порядка 1% в течение 100 лет, в то время, как ферритовый магнит уже через 8-10 лет полностью теряет свои магнитные свойства и становится обычным куском железа.

Какие притягивает магнит

Магниты притягивают железо, никель, кобальт и некоторые виды сталей. Магниты не притягивают латунь, алюминий, медь и нержавеющую сталь.

Что такое магнитное поле катушки

Магнитное поле катушки велико по сравнению с магнитным полем проводника (при одинаковой силе тока). При пропускании тока через катушку вокруг нее образуется магнитное поле. Чем больший ток протекает по катушке, тем сильнее будет магнитное поле.

Когда действие магнитного поля катушки с током ослабляется

При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется.

Почему сердечник в переменном магнитном поле нагреваются

Сплошной сердечник будет нагреваться больше, поскольку он имеет меньшее электрическое сопротивление, чем сердечник, набранный из тонких изолированных пластин. Соответственно, сила вихревого тока в нем будет больше. Раздел кодификатора ФИПИ: 3.13 Электромагнитная индукция.

Что лучше всего притягивает магнит

Если конкретизировать, то хорошо притягиваются железо, чугун, большинство видов стали, никель. Поэтому поиск металлолома магнитом эффективен (например, поисковым магнитом f300). Золото, медь, алюминий, латунь, олово, серебро, свинец не притягиваются.

Что будет если ввести Северный полюс магнита в катушку

Изменение магнитного поля вызывает ток в катушке. То есть внесение и вынесение из катушки магнита любым полюсом вызовет появление тока в катушке. Чем больше скорость изменения магнитного поля, тем сильнее ток, возникающий в катушке.

Как притягивает магнит

Как известно, магниты обладают способностью притягивать ряд металлов, атомы которых имеют возможность перестраиваться в присутствии магнита. У этих металлов начинают образовываться магнитные полюса, что и дает возможность притягиваться.

Взаимодействие магнита и катушки вызвано их магнитными свойствами: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются. При прохождении тока через катушку образуется магнитное поле, которое велико по сравнению с полем проводника. Чем больше ток протекает по катушке, тем сильнее магнитное поле.

Катушка с проходящим по ней током является магнитом с двумя полюсами, которые меняются при изменении направления тока в цепи. При приближении магнита к катушке возникает индукционный ток такого направления, что магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу.

Чтобы усилить магнитное поле катушки, в нее вводят железный сердечник, который благодаря своей структуре обладает удивительным свойством ферромагнетика и усиливает магнитное поле в несколько раз.

При внесении магнита в катушку замкнутую на гальванометр, в ней возникает индукционный электрический ток. Это происходит благодаря явлению электромагнитной индукции, открытому Фарадеем в 1831 году, которое заключается в том, что в катушке, находящейся в магнитном поле, возникает индукционный ток, если магнитное поле испытывает изменение.

Кольцо без прорези при приближении магнита увеличивает магнитный поток сквозь его площадь, что вызывает появление индукционного тока. В сплошном кольце, в котором ток может циркулировать, создается магнитное поле, поэтому оно приобретает свойства магнита.

Таким образом, взаимодействие магнита и катушки основано на их магнитных свойствах, а введение железного сердечника позволяет усилить магнитное поле катушки, что находит широкое применение в различных областях науки и промышленности.

Источник