Un solenoide es una colección de N vueltas idénticas de cable conductor aislado, enrolladas uniformemente alrededor de un marco o núcleo común. La misma corriente pasa por las espiras. Los campos magnéticos creados por cada vuelta por separado se suman según el principio de superposición. Inducción campo magnético dentro del solenoide es grande y fuera es pequeño. Para siempre solenoide largo la inducción del campo magnético fuera del solenoide tiende a cero. Si la longitud del solenoide es muchas veces mayor que el diámetro de sus vueltas, entonces prácticamente se puede considerar que el solenoide infinitamente largo. El campo magnético de dicho solenoide está completamente concentrado en su interior y es uniforme (Fig. 6).
La magnitud de la inducción del campo magnético dentro de un solenoide infinitamente largo se puede determinar usando teorema de circulación vectorial
:circulación vectorial 
a lo largo de un contorno cerrado arbitrario es igual a suma algebraica corrientes recorridas por el circuito, multiplicadas por la constante magnética μ oh :
,
(20)
donde μ 0 = 4π 10 -7 H/m.
Fig.6. Campo magnético del solenoide
Para determinar la magnitud de la inducción magnética B dentro del solenoide, seleccionamos un circuito cerrado ABCD de forma rectangular, donde 
- un elemento de la longitud del contorno que especifica la dirección del recorrido (Fig. 6). En este caso, las longitudes AB y CD se considerarán infinitesimales.
Entonces la circulación del vector. 
a lo largo de un contorno cerrado ABCD que cubre N vueltas es igual a:
En las secciones AB y CD el producto 
, ya que el vector 
Y 
mutuamente perpendiculares. Es por eso
.
(22)
En la sección DA fuera del solenoide, la integral 
, ya que el campo magnético fuera del circuito es cero.
Entonces la fórmula (21) tomará la forma:
,
(23)
donde l es la longitud de la sección BC. La suma de las corrientes recorridas por el circuito es igual a
,
(24)
donde I c es la corriente del solenoide; N es el número de vueltas que recorre el circuito ABCD.
Sustituyendo (23) y (24) en (20), obtenemos:
. (25)
De (25) obtenemos una expresión para la inducción del campo magnético de un solenoide infinitamente largo:
.
(26)
Dado que el número de vueltas por unidad de longitud del solenoide n es igual a:
(27)
entonces finalmente obtenemos:
.
(28)
Si se coloca un núcleo dentro del solenoide, entonces la fórmula (28) para B tomará la forma:
.
(29),
donde es la permeabilidad magnética del material del núcleo.
De este modo, La inducción B del campo magnético del solenoide está determinada por la corriente del solenoide.I do , número de vueltasnortepor unidad de longitud del solenoide y la permeabilidad magnética del material del núcleo.
magnetrón cilíndrico
magnetrón llamado tubo de electrones de dos electrodos (diodo), que contiene un cátodo calentado y un ánodo frío y colocado en un campo magnético externo.
El ánodo del diodo tiene la forma de un cilindro con un radio 
. El cátodo es un cilindro hueco con un radio 
, a lo largo de cuyo eje hay un filamento, generalmente de tungsteno (Fig. 7).
Como resultado del fenómeno de emisión termoiónica, un cátodo caliente emite electrones termoiónicos, que forman una nube de electrones alrededor del cátodo. Al aplicar voltaje de ánodo 
(Fig.8), los electrones comienzan a moverse del cátodo al ánodo a lo largo de los radios, lo que conduce a la aparición de una corriente anódica. 
. La corriente del ánodo se registra con un miliamperímetro.
Fig.7. circuito de diodo
Fig.8. diagrama de circuito
La magnitud del voltaje del ánodo está regulada por el potenciómetro R A. Cuanto mayor es el voltaje del ánodo, mayor es el número de electrones por unidad de tiempo que llegan al ánodo, por lo tanto, mayor es la corriente del ánodo.
La intensidad del campo eléctrico E entre el cátodo y el ánodo es la misma que en un condensador cilíndrico:
,
(30)
donde r es la distancia desde el eje del cátodo hasta un punto dado en el espacio entre el cátodo y el ánodo.
De la fórmula (30) se deduce que la intensidad del campo E es inversamente proporcional a la distancia r al eje del cátodo. En consecuencia, la intensidad del campo es máxima en el cátodo.
r a< entonces el valor del logaritmo ln El campo magnético externo en el que se coloca el diodo es creado por un solenoide (Fig. 8). La longitud del solenoide l es mucho mayor que el diámetro de sus espiras, por lo que el campo dentro del solenoide puede considerarse uniforme. La corriente en el circuito del solenoide se cambia usando un potenciómetro R C (Fig. 8) y se registra con un amperímetro. La naturaleza del movimiento de los electrones dependiendo de la intensidad del campo del solenoide se muestra en la Fig. 9. Si no hay corriente en el circuito del solenoide, entonces la inducción del campo magnético B = 0. Luego, los electrones se mueven del cátodo al ánodo casi a lo largo de radios. Un aumento de corriente en el circuito del solenoide conduce a un aumento en el valor de V. Al mismo tiempo, las trayectorias del movimiento de los electrones comienzan a doblarse, pero todos los electrones llegan al ánodo. En el circuito del ánodo fluirá la misma corriente que en ausencia de un campo magnético. Fig.9. Dependencia de la corriente del ánodo I A de la magnitud de la corriente del solenoide I c en los casos ideal (1) y real (2), así como de la naturaleza del movimiento de los electrones dependiendo de la magnitud del campo del solenoide. Con un cierto valor de corriente en el solenoide, el radio del círculo a lo largo del cual se mueve el electrón se vuelve igual a la mitad de la distancia entre el cátodo y el ánodo: En este caso, los electrones tocan el ánodo y van al cátodo (Fig. 9). Este modo de operación del diodo se llama crítico. En este caso, a través del solenoide fluye una corriente crítica I cr, que corresponde al valor crítico de la inducción del campo magnético B = B cr. En V = V, lo ideal es que la corriente del ánodo disminuya abruptamente hasta cero. En B > B cr, los electrones no llegan al ánodo (Fig. 9) y la corriente del ánodo también será cero (Fig. 9, curva 1). Sin embargo, en la práctica, debido a cierta dispersión de las velocidades de los electrones y la desalineación del cátodo y el solenoide, la corriente del ánodo no disminuye abruptamente, sino suavemente (Fig. 9, curva 2). En este caso, el valor de la corriente del solenoide correspondiente al punto de inflexión en la curva 2 se considera crítico I cr. El valor crítico de la corriente del solenoide corresponde a la corriente del ánodo igual a: – valor máximo de la corriente del ánodo en V = 0. La dependencia de la corriente del ánodo I A de la magnitud de la inducción del campo magnético B (o de la corriente en el solenoide) a un voltaje de ánodo constante y calor constante se llama restablecer la característica del magnetrón. Solenoide llamado conductor retorcido en espiral a través del cual pasa una corriente eléctrica (Figura 1,). A Si mentalmente corta las espiras del solenoide, designa la dirección de la corriente en ellas, como se indicó anteriormente, y determina la dirección de las líneas de inducción magnética de acuerdo con la "regla de gimlet", entonces el campo magnético de todo el solenoide será tener la forma que se muestra en la Figura 1,. b llamado conductor retorcido en espiral a través del cual pasa una corriente eléctrica (Figura 1, Figura 1. Solenoide ( Si mentalmente corta las espiras del solenoide, designa la dirección de la corriente en ellas, como se indicó anteriormente, y determina la dirección de las líneas de inducción magnética de acuerdo con la "regla de gimlet", entonces el campo magnético de todo el solenoide será tener la forma que se muestra en la Figura 1,) ) y su campo magnético ( Figura 2. Modelo informático del solenoide. norte En el eje de un solenoide infinitamente largo, en cada unidad de longitud del cual está enrollado 0 vueltas, la intensidad del campo magnético dentro del solenoide está determinada por la fórmula: = I × norte 0 . h En el punto donde las líneas magnéticas entran al solenoide, se forma un polo sur, y por donde salen, se forma un polo norte. Para determinar los polos del solenoide, utilizan la "regla de la barrena", aplicándola de la siguiente manera: si coloca la barrena a lo largo del eje del solenoide y la gira en la dirección de la corriente en las vueltas de la bobina del solenoide, entonces el movimiento de traslación de la barrena mostrará la dirección del campo magnético (Figura 3). Un solenoide con un núcleo de acero (hierro) en su interior se llama electroimán(Figura 4 y 5). El campo magnético de un electroimán es más fuerte que el de un solenoide porque una pieza de acero insertada en el solenoide se magnetiza y el campo magnético resultante se fortalece. Los polos de un electroimán se pueden determinar, al igual que los de un solenoide, utilizando la “regla de gimlet”. Figura 5. Bobina del electroimán Los electroimanes se utilizan ampliamente en tecnología. Se utilizan para crear un campo magnético en generadores y motores eléctricos, en instrumentos de medición eléctricos, dispositivos eléctricos y similares. En instalaciones de alta potencia, en lugar de fusibles, se utilizan disyuntores automáticos, de aceite y de aire para desconectar la sección dañada del circuito. Se utilizan varios relés para accionar las bobinas de disparo de los disyuntores. Los relés son dispositivos o máquinas que responden a cambios de corriente, voltaje, potencia, frecuencia y otros parámetros. De la gran cantidad de relés, que difieren en su finalidad, principio de funcionamiento y diseño, consideraremos brevemente el diseño de los relés electromagnéticos. La Figura 6 muestra los diseños de estos relés. El funcionamiento del relé se basa en la interacción del campo magnético creado por una bobina estacionaria a través de la cual pasa la corriente y la armadura móvil de acero de un electroimán. Cuando cambian las condiciones de funcionamiento en el circuito de corriente principal, la bobina del relé se excita, el flujo magnético del núcleo tira (gira o retrae) la armadura, que cierra los contactos del circuito, la bobina de disparo del accionamiento de los interruptores de aceite y aire. o relés auxiliares. Figura 6. Relé electromagnético Los relés también han encontrado aplicación en automatización y telemecánica. El flujo magnético de un solenoide (electroimán) aumenta con el número de vueltas y la corriente que contiene. La fuerza magnetizante depende del producto de la corriente por el número de vueltas (número de amperios-vueltas). Si, por ejemplo, tomamos un solenoide cuyo devanado conduce una corriente de 5 A y cuyo número de vueltas es 150, entonces el número de amperios-vueltas será 5 × 150 = 750. Se obtendrá el mismo flujo magnético si tomamos 1500 vueltas y pasamos por ellas una corriente de 0,5 Ah, ya que 0,5 × 1500 = 750 amperios-vueltas. El flujo magnético del solenoide se puede aumentar de las siguientes maneras: 1) inserte un núcleo de acero en el solenoide, convirtiéndolo en un electroimán; 2) aumentar la sección transversal del núcleo de acero del electroimán (ya que para una determinada corriente, intensidad del campo magnético y, por tanto, inducción magnética, un aumento de la sección transversal conduce a un aumento del flujo magnético); 3) reducir el entrehierro del núcleo del electroimán (ya que cuando se reduce la trayectoria de las líneas magnéticas a través del aire, la resistencia magnética disminuye). Video sobre electroimán: El solenoide es una bobina de alambre cilíndrico. Se puede imaginar como muchas bobinas circulares apiladas que transportan corriente. Las líneas del campo magnético creadas por la corriente eléctrica en el solenoide se muestran en la Fig. 6.6. Como puede verse en esta figura, las líneas de fuerza dentro del solenoide son casi rectas. Cuanto más largo sea el solenoide, es decir cuanto mayor es su longitud en comparación con su radio, menor es la curvatura de las líneas de campo dentro del solenoide. En este caso, el vector EN
El campo de inducción magnética dentro del solenoide estará dirigido paralelo a su eje. Además, su dirección estará relacionada con la dirección de la corriente en el solenoide mediante la regla del tornillo derecho. Dirigamos el eje incógnita a lo largo del eje del solenoide. En este caso, la proyección del vector de inducción magnética sobre el eje. incógnita será igual a su módulo, y todas sus demás proyecciones serán iguales a cero: B x =B, B y =B z =0. Sustituyamos estas proyecciones vectoriales. EN
en la ecuación (6.12). obtenemos De esta igualdad se deduce que dentro del solenoide el vector de inducción magnética no sólo conserva su dirección, sino que su magnitud es la misma en todas partes. Por tanto, llegamos a la conclusión de que dentro de un solenoide largo el campo magnético es uniforme. Arroz. 6.6. Campo magnético del solenoide Encontremos la magnitud del vector de inducción del campo magnético dentro del solenoide usando el teorema (6.8) sobre la circulación de este vector. Como contorno C, a lo largo del cual calcularemos la circulación del vector de inducción magnética, elegiremos la línea discontinua que se muestra como línea de puntos en la Fig. 6.6. Un segmento de esta línea de longitud l se encuentra dentro del solenoide y coincide con una de las líneas del campo magnético. Dos rectas perpendiculares a este segmento comienzan en sus extremos y llegan al infinito. En todos los puntos de estas líneas rectas, el vector de inducción magnética es perpendicular a ellas (dentro del solenoide) o igual a cero (fuera del solenoide). Por lo tanto el producto escalar Вdl
en estos puntos es igual a cero. Por tanto, la circulación de la inducción magnética a lo largo del circuito considerado. CON será igual a la integral sobre un segmento de la línea de campo de longitud l. Teniendo en cuenta que la magnitud del vector de inducción magnética es un valor constante, tendremos Sea el número de vueltas del solenoide cubiertas por el circuito C igual a NORTE. En este caso, la suma de las corrientes recorridas por el circuito será igual a ni, Dónde I - intensidad de corriente en una vuelta del solenoide. El teorema (6.8) conduce a la igualdad Вl = μ o NI, de donde encontramos la inducción del campo magnético en el solenoide: В = μ o nI n es el número de vueltas por unidad de longitud del solenoide. Campo magnético de corriente continua Considere el campo magnético creado por una corriente eléctrica que fluye a través de un cable delgado e infinitamente largo. Un sistema de este tipo tiene simetría cilíndrica. Como resultado, el campo magnético debe tener las siguientes propiedades: 1) en cualquier línea recta paralela al cable que transporta corriente, el vector de inducción magnética debe ser el mismo en todas partes; 2) cuando todo el campo magnético gira completamente alrededor del cable, no cambia. En este caso, las líneas de fuerza del campo magnético deben ser círculos cuyos centros se encuentran en el eje del cable con corriente (figura 6.7), y el vector EN en cualquiera de estos círculos tiene el mismo módulo en todas partes. Utilizando el teorema (6.8) sobre la circulación del vector de inducción magnética, encontraremos el módulo de este vector. Para ello, calculamos la circulación de la inducción magnética a lo largo de una de las líneas eléctricas. CON, cuyo radio es igual a A. Desde vector EN es tangente a la línea de campo, es colineal al elemento vectorial dl esta línea. Es por eso Dónde EN es la magnitud del vector de inducción magnética, que, como se dijo, está en todas partes del círculo CON el mismo. lo sacaremos EN para el signo integral. Después de la integración tendremos = EN 2 peniques un Arroz. 6.7. Líneas de campo magnético de corrientes continuas. Desde el circuito CON cubre solo un cable con corriente I, el teorema (6.8) conduce a la igualdad 2 peniques un EN= μ o yo De aquí encontramos que a distancia llamado conductor retorcido en espiral a través del cual pasa una corriente eléctrica (Figura 1, de un cable recto sin fin con corriente I la inducción del campo magnético creado por él será EN= μoI/(2p a) (6.15) Como se puede ver en la Fig. 6.7, dirección del vector EN y la dirección de la corriente I están relacionadas por la regla del tornillo derecho. No es difícil comprobar que esto es efectivamente así utilizando la ley de Biot-Savart-Laplace. Interacción de corrientes Consideremos dos alambres rectos delgados paralelos entre sí con corrientes I 1 y I 2 (Fig. 6.8.). si la distancia R entre los cables es mucho menor que su longitud, entonces la inducción magnética del campo creado por el primer cable a esta distancia se puede encontrar usando la fórmula (6.15): EN= μ o yo 1 /(2p R) Arroz. 6.8. Interacción de corrientes El campo magnético creado por la primera corriente actuará sobre el segundo cable con la fuerza de un amperio. F
21 ,
que está determinado por la fórmula (5.8): F21 = yo 2[yo 2 B 1 ] Dónde yo 2 es un vector cuya longitud es igual a la longitud l de la sección del segundo cable considerado. Este vector se dirige a lo largo del cable en la dirección de la corriente. El módulo de fuerza (6.17) será F 21 =
Yo 2 l B 1 .
(6.18) Sustituyendo la expresión (6.16) en la fórmula (6.18), obtenemos la siguiente expresión para la fuerza con la que actúa el primer alambre sobre una sección del segundo alambre de longitud l: F 21 =
μo yo 1 yo 2 l /
(2p R) Dirección de fuerza F
21
encontramos usando la fórmula (6.17). Cuando las corrientes I 1, I 2 fluyen en una dirección, esta fuerza se dirigirá hacia el primer cable. Fortaleza F
12
, con la que el segundo alambre actúa sobre una sección del primer alambre de longitud l, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza F
21
. Así, se ha establecido que los cables paralelos con corrientes que fluyen en la misma dirección se atraen entre sí. No es difícil demostrar que los cables con corrientes que fluyen en direcciones opuestas se repelen entre sí. Usando la fórmula (6.19), se determina la unidad de corriente en el SI. Como sabes, esta unidad se llama amperio. Por definición, dos cables largos y delgados con corrientes iguales a uno amperio, ubicado paralelo a una distancia de 1 metro uno del otro, interactúan con una fuerza de 2 · 10 -7 N por 1 metro longitud. Sustituyendo estos valores en la fórmula (6.19), encontramos que la constante magnética metro 0 = 4p 10 -7 N/m. La unidad de carga del SI es colgante- expresado a través de una unidad de corriente: Cl = A*s. Medir la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales en 1 CL condujo al significado F= 9 10 9 N a distancia entre cargas R= 1 metro. Usando estos valores encontramos la constante eléctrica mi 0 de la ley de Coulomb F=| Pregunta 1 Pregunta 2 |
/(4pe 0R 2
) Es interesante notar que el valor 1/öe 0 m 0 =3 10 8 m/s numéricamente igual a la velocidad de la luz en el vacío. Campo magnético de corriente eléctrica. Un campo magnético lo crean no solo los naturales o artificiales, sino también un conductor si una corriente eléctrica lo atraviesa. Por tanto, existe una conexión entre los fenómenos magnéticos y eléctricos. No es difícil comprobar que se forma un campo magnético alrededor de un conductor por el que fluye corriente. Coloque un conductor recto encima de la aguja magnética en movimiento, paralelo a ella, y pase una corriente eléctrica a través de él. La flecha tomará una posición perpendicular al conductor. ¿Qué fuerzas podrían hacer girar la aguja magnética? Obviamente, la fuerza del campo magnético que surge alrededor del conductor. Apague la corriente y la aguja magnética volverá a su posición normal. Esto sugiere que cuando se cortó la corriente, el campo magnético del conductor también desapareció. Por tanto, una corriente eléctrica que pasa a través de un conductor crea un campo magnético. Para saber en qué dirección se desviará la aguja magnética, utilice la regla de la mano derecha. Si coloca su mano derecha sobre el conductor, con la palma hacia abajo, de modo que la dirección de la corriente coincida con la dirección de los dedos, entonces el pulgar doblado mostrará la dirección de desviación del polo norte de la aguja magnética colocada debajo del conductor. . Usando esta regla y conociendo la polaridad de la flecha, también puedes determinar la dirección de la corriente en el conductor.
Campo magnético de un conductor rectilíneo. tiene la forma de círculos concéntricos. Si coloca su mano derecha sobre el conductor, con la palma hacia abajo, de modo que la corriente parezca salir de los dedos, entonces el pulgar doblado apuntará al polo norte de la aguja magnética.Un campo así se llama campo magnético circular. La dirección de las líneas de fuerza del campo circular depende del conductor y está determinada por el llamado regla de barrena. Si mentalmente atornillas la barrena en la dirección de la corriente, entonces la dirección de rotación de su mango coincidirá con la dirección de las líneas del campo magnético. Al aplicar esta regla, puedes averiguar la dirección de la corriente en un conductor si conoces la dirección de las líneas de campo creadas por esta corriente. Volviendo al experimento con la aguja magnética, podemos estar convencidos de que siempre está situada con su extremo norte en la dirección de las líneas del campo magnético. Entonces, Un campo magnético surge alrededor de un conductor rectilíneo a través del cual pasa corriente eléctrica. Tiene forma de círculos concéntricos y se llama campo magnético circular. Encurtidos d. Campo magnético del solenoide. Un campo magnético surge alrededor de cualquier conductor, independientemente de su forma, siempre que una corriente eléctrica pase a través del conductor. En ingeniería eléctrica nos ocupamos de aquellos que constan de varias vueltas. Para estudiar el campo magnético de la bobina que nos interesa consideremos primero qué forma tiene el campo magnético de una vuelta.
Imaginemos una bobina de alambre grueso que perfora una hoja de cartón y se conecta a una fuente de corriente. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de una bobina, se forma un campo magnético circular alrededor de cada parte individual de la bobina. Según la regla del "gimlet", no es difícil determinar que las líneas de fuerza magnética dentro de la bobina tienen la misma dirección (hacia nosotros o alejándose de nosotros, dependiendo de la dirección de la corriente en la bobina), y salen desde un lado de la bobina y entre por el otro lado. Una serie de tales giros, con forma de espiral, es el llamado solenoide (bobina).
Alrededor del solenoide, cuando la corriente lo atraviesa, se forma un campo magnético. Se obtiene como resultado de la suma de los campos magnéticos de cada vuelta y tiene la forma del campo magnético de un imán rectilíneo. Las líneas de fuerza del campo magnético del solenoide, como en un imán rectilíneo, salen de un extremo del solenoide y regresan al otro. Dentro del solenoide tienen la misma dirección. Por tanto, los extremos del solenoide tienen polaridad. El final del que emergen las líneas de fuerza es Polo norte solenoide, y el extremo por el que entran las líneas eléctricas es su polo sur. Polos de solenoide puede ser determinado por regla de la mano derecha, pero para ello es necesario conocer la dirección de la corriente en sus giros. Si coloca su mano derecha sobre el solenoide, con la palma hacia abajo, de modo que la corriente parezca salir de los dedos, entonces el pulgar doblado apuntará al polo norte del solenoide.. De esta regla se deduce que la polaridad del solenoide depende de la dirección de la corriente en él. No es difícil verificar esto en la práctica acercando una aguja magnética a uno de los polos del solenoide y luego cambiando la dirección de la corriente en el solenoide. La flecha girará instantáneamente 180°, es decir, indicará que los polos del solenoide han cambiado. El solenoide tiene la propiedad de atraer objetos de hierro ligeros. Si se coloca una barra de acero dentro del solenoide, después de un tiempo, bajo la influencia del campo magnético del solenoide, la barra se magnetizará. Este método se utiliza en la fabricación.
Electroimanes Es una bobina (solenoide) con un núcleo de hierro colocado en su interior. Las formas y tamaños de los electroimanes son variadas, pero la estructura general de todos ellos es la misma. La bobina del electroimán es un marco, generalmente hecho de madera prensada o fibra y tiene varias formas dependiendo del propósito del electroimán. En el marco se enrolla un alambre de cobre aislado en varias capas: el devanado de un electroimán. Tiene diferente número de vueltas y está hecho de alambre de diferentes diámetros, dependiendo del propósito del electroimán. Para proteger el aislamiento del devanado de daños mecánicos, el devanado se cubre con una o más capas de papel o algún otro material aislante. El principio y el final del devanado se sacan y se conectan a terminales de salida montados en el marco o a conductores flexibles con terminales en los extremos.
Si se hace pasar una corriente eléctrica a través del devanado de un electroimán, se forma un campo magnético alrededor del devanado que magnetiza el núcleo. Dado que el núcleo está hecho de hierro dulce, se magnetizará instantáneamente. Si luego corta la corriente, las propiedades magnéticas del núcleo también desaparecerán rápidamente y dejará de ser un imán. Los polos de un electroimán, como un solenoide, están determinados por la regla de la mano derecha. Si cambia el devanado de un electroimán, la polaridad del electroimán cambiará de acuerdo con esto. La acción de un electroimán es similar a la acción de un imán permanente. Sin embargo, existe una gran diferencia entre ellos. Un imán permanente siempre tiene propiedades magnéticas y un electroimán solo cuando una corriente eléctrica pasa por su devanado. Además, la fuerza de atracción de un imán permanente es constante, ya que el flujo magnético de un imán permanente es constante. La fuerza de atracción de un electroimán no es un valor constante. Un mismo electroimán puede tener diferentes fuerzas de atracción. La fuerza de atracción de cualquier imán depende de la magnitud de su flujo magnético.
La fuerza de atracción y, por tanto, su flujo magnético, depende de la magnitud de la corriente que pasa por el devanado de este electroimán. Cuanto mayor es la corriente, mayor es la fuerza de atracción del electroimán y, a la inversa, cuanto menos corriente hay en el devanado del electroimán, menos fuerza atrae hacia sí los cuerpos magnéticos. Pero para los electroimanes que difieren en su diseño y tamaño, la fuerza de su atracción depende no sólo de la magnitud de la corriente en el devanado. Si, por ejemplo, tomamos dos electroimanes del mismo diseño y tamaño, pero uno con un pequeño número de vueltas y el otro con un número mucho mayor, entonces es fácil ver que con la misma corriente la fuerza de atracción de este último será mucho mayor. En efecto, cuanto mayor es el número de espiras de un devanado, mayor es el campo magnético creado alrededor de este devanado con una corriente determinada, ya que está compuesto por los campos magnéticos de cada espira. Esto significa que el flujo magnético del electroimán, y por tanto la fuerza de su atracción, será mayor cuanto mayor sea el número de vueltas que tenga el devanado. Hay otra razón que afecta la magnitud del flujo magnético de un electroimán. Ésta es la cualidad de su circuito magnético. Un circuito magnético es el camino por el que se cierra el flujo magnético. El circuito magnético tiene una cierta resistencia magnética. La reluctancia magnética depende de la permeabilidad magnética del medio a través del cual pasa el flujo magnético. Cuanto mayor es la permeabilidad magnética de este medio, menor es su resistencia magnética.
Por ejemplo, una corriente de 50 mA pasa por el devanado de un electroimán de 1200 vueltas. fuerza magnetomotriz tal electroimán equivale a 0,05 x 1200 = 60 amperios-vueltas. La acción de la fuerza magnetomotriz es similar a la acción de la fuerza electromotriz en un circuito eléctrico. Así como los campos electromagnéticos provocan corriente eléctrica, la fuerza magnetomotriz crea un flujo magnético en un electroimán. Así como en un circuito eléctrico, con un aumento de la fem, el valor de la corriente aumenta, en un circuito magnético, con un aumento de la fuerza magnetomotriz, aumenta el flujo magnético. Acción resistencia magnética similar a la acción de la resistencia eléctrica en un circuito. Así como la corriente disminuye a medida que aumenta la resistencia de un circuito eléctrico, también lo hace la corriente en un circuito magnético. Un aumento de la resistencia magnética provoca una disminución del flujo magnético. La dependencia del flujo magnético de un electroimán de la fuerza magnetomotriz y su resistencia magnética se puede expresar mediante una fórmula similar a la fórmula de la ley de Ohm: fuerza magnetomotriz = (flujo magnético / resistencia magnética) El flujo magnético es igual a la fuerza magnetomotriz dividida por la reluctancia magnética. El número de vueltas del devanado y la resistencia magnética de cada electroimán es un valor constante. Por lo tanto, el flujo magnético de un electroimán determinado cambia sólo con un cambio en la corriente que pasa por el devanado. Dado que la fuerza de atracción de un electroimán está determinada por su flujo magnético, para aumentar (o disminuir) la fuerza de atracción del electroimán, es necesario aumentar (o disminuir) correspondientemente la corriente en su devanado. electroimán polarizado Un electroimán polarizado es una conexión entre un imán permanente y un electroimán. Está diseñado de esta manera. En los polos de un imán permanente se colocan las denominadas extensiones de polo de hierro dulce. Cada extensión de polo sirve como núcleo de un electroimán; sobre él se monta una bobina con un devanado. Ambos devanados están conectados entre sí en serie. Dado que las extensiones polares están conectadas directamente a los polos de un imán permanente, tienen propiedades magnéticas incluso en ausencia de corriente en los devanados; Además, su fuerza de atracción es constante y está determinada por el flujo magnético de un imán permanente. La acción de un electroimán polarizado es que cuando la corriente pasa por sus devanados, la fuerza de atracción de sus polos aumenta o disminuye dependiendo de la magnitud y dirección de la corriente en los devanados. La acción de otros electroimanes se basa en esta propiedad de un electroimán polarizado. dispositivos electricos.
El efecto de un campo magnético sobre un conductor portador de corriente. Si coloca un conductor en un campo magnético de manera que quede perpendicular a las líneas del campo y pasa una corriente eléctrica a través de este conductor, el conductor comenzará a moverse y será expulsado del campo magnético. Como resultado de la interacción de un campo magnético con una corriente eléctrica, el conductor comienza a moverse, es decir, la energía eléctrica se convierte en energía mecánica. La fuerza con la que un conductor es expulsado de un campo magnético depende de la magnitud del flujo magnético del imán, la intensidad de la corriente en el conductor y la longitud de la parte del conductor que cruzan las líneas de campo. La dirección de acción de esta fuerza, es decir, la dirección de movimiento del conductor, depende de la dirección de la corriente en el conductor y está determinada por regla de la mano izquierda. Si sostiene la palma de su mano izquierda de manera que las líneas del campo magnético entren en ella y los cuatro dedos extendidos miran hacia la dirección de la corriente en el conductor, entonces el pulgar doblado indicará la dirección del movimiento del conductor.. Al aplicar esta regla debemos recordar que las líneas de campo salen del polo norte del imán. Dispositivos y accesorios: Configuración de laboratorio con solenoide, fuente de alimentación, milivoltímetro, amperímetro. Breve teoría restablecer la característica del magnetrón. Se llama bobina cilíndrica que contiene una gran cantidad de vueltas de alambre a través de las cuales fluye corriente. Si el paso de la línea helicoidal del conductor que forma la bobina es pequeño, entonces cada vuelta con corriente puede considerarse como una corriente circular separada, y el solenoide como un sistema de corrientes circulares del mismo radio conectadas en serie, que tienen un común eje. El campo magnético dentro del solenoide puede considerarse como la suma de los campos magnéticos creados por cada vuelta. El vector de inducción del campo magnético dentro del solenoide es perpendicular al plano de las espiras, es decir se dirige a lo largo del eje del solenoide y forma un sistema diestro con la dirección de las corrientes anulares de las espiras. En la figura 1.3 se muestra una imagen aproximada de las líneas del campo magnético del solenoide. 1. Las líneas del campo magnético están cerradas. La Figura 2 muestra una sección transversal de un solenoide con longitud L y con el número de vueltas N y radio de sección transversal R. Los círculos con puntos indican secciones de vueltas de bobina a través de las cuales fluye la corriente I, dirigida desde el dibujo hacia nosotros, y los círculos con cruces se indican los tramos de vueltas en las que la corriente se dirige detrás del dibujo. Denotamos el número de vueltas por unidad de longitud del solenoide. La inducción del campo magnético en el punto A, ubicado en el eje del solenoide, se determina integrando los campos magnéticos creados por cada vuelta, y es igual a donde y son los ángulos formados con el eje del solenoide por los vectores de radio y dibujados desde el punto A hasta las espiras exteriores del solenoide, es la permeabilidad magnética del medio, Por tanto, la inducción magnética B es directamente proporcional a la intensidad de la corriente, la permeabilidad magnética del medio que llena el solenoide y el número de vueltas por unidad de longitud. La inducción magnética también depende de la posición del punto A con respecto a los extremos del solenoide. Consideremos varios casos especiales: 1. Deje que el punto A esté en el centro del solenoide, entonces, 2. Sea el punto A en el centro del giro más externo, entonces, De las fórmulas (2) y (3) queda claro que la inducción magnética del solenoide en su borde es la mitad de su valor en el centro. 3. Si la longitud del solenoide es muchas veces mayor que el radio de sus vueltas La uniformidad del campo magnético se altera cerca de los bordes del solenoide. En este caso, la inducción se puede determinar mediante la fórmula donde k es un coeficiente que tiene en cuenta la falta de homogeneidad del campo. El estudio experimental del campo magnético del solenoide en este trabajo se lleva a cabo utilizando una sonda especial: una pequeña bobina montada dentro de una varilla con una regla de escala. El eje de la bobina coincide con el eje del solenoide; la bobina está conectada a un milivoltímetro de corriente alterna, cuya resistencia de entrada es mucho mayor que la resistencia de la bobina de la sonda. Si hay corriente alterna fluyendo a través del solenoide La amplitud de la inducción magnética en esta fórmula depende de la posición del punto dentro del solenoide. Si coloca una bobina de sonda en el solenoide, entonces, de acuerdo con la ley de la inducción electromagnética, surge en ella una fem inducida: donde N 1 es el número de vueltas de la bobina, S es el área de la sección transversal de la bobina, F es el flujo magnético (ya que el eje de la bobina coincide con el eje del solenoide y, por tanto, el magnético El vector de inducción es perpendicular al plano de la sección transversal de la bobina). Dado que la magnitud de la inducción B cambia según la ley De la expresión (7) se desprende claramente que la amplitud de la FEM depende de . Por tanto, midiendo la amplitud de la FEM, podemos determinar: El coeficiente k, que tiene en cuenta la falta de homogeneidad del campo magnético del solenoide en los bordes, se puede determinar mediante la fórmula. (5), conocer y: donde es la amplitud de la corriente alterna que pasa por el solenoide. De las fórmulas (7) y (9) se deduce que la amplitud de la fem inducida es directamente proporcional a la amplitud de la corriente alterna: Un amperímetro y un milivoltímetro conectados a un circuito de corriente alterna miden los valores efectivos de corriente y fem, que están asociados con amplitudes y relaciones: Para valores efectivos de corriente y EMF, la fórmula (10) tiene la forma De la fórmula (11) se deduce que la relación es proporcional al coeficiente K de la falta de homogeneidad de la inducción del campo magnético en el punto del solenoide donde se toman las medidas. donde A es el coeficiente de proporcionalidad. En este trabajo se requieren dos tareas: 1) determinar la distribución de la inducción a lo largo del eje del solenoide a un cierto valor de corriente constante; 2) determinar el valor del coeficiente k. Precauciones de seguridad: 1. No conecte de forma independiente la fuente de alimentación y el milivoltímetro a la red de 220 V. 2. No cambie circuitos activos. No toque partes no aisladas de los circuitos. 3. No deje el circuito encendido sin vigilancia. orden de trabajo Tarea número 1. Estudio de la distribución de la inducción del campo magnético a lo largo del eje del solenoide. 1. Monte el circuito de medición según el diagrama que se muestra en la Fig. 3. Para ello, conecte una fuente de alimentación y un amperímetro al circuito del solenoide, y un milivoltímetro a los terminales de la bobina de la sonda (para medir). En esta instalación, la bobina de la sonda tiene los siguientes parámetros: = 200 vueltas, S). = 2 * 10 -4 m 2, frecuencia AC = 50 Hz, Número de vueltas por unidad de longitud del solenoide n = 2400 1/m 1- soporte de laboratorio Z - varilla " bobina de 2 sondas 3- solenoide 6 - fuente de alimentación con regulador de voltaje (corriente) de salida, 7 - milivoltímetro. 2. Instale la varilla con la regla de escala de modo que la bobina de la sonda quede aproximadamente en el centro del solenoide. 3. Encienda la fuente de alimentación del solenoide y establezca la corriente del solenoide (según el amperímetro) en = 25 mA. Encienda el milivoltímetro y después de calentarlo (5 minutos) tome las lecturas. 4. Moviendo la varilla con una escala lineal, mida usando 
tiende a un valor grande. Luego, al aumentar la distancia r, la intensidad del campo eléctrico entre el cátodo y el ánodo disminuye a cero. Por lo tanto, podemos suponer que los electrones adquieren velocidad bajo la influencia del campo solo cerca del cátodo, y su movimiento adicional hacia el ánodo se produce a una velocidad constante.
..
(32)
,
(33)
Dónde
Vídeo sobre el solenoide:
Dirección vectorial EN
1
relacionado con la dirección de la corriente yo 1 regla del tornillo derecho. Este vector se muestra en la Fig. 6.8. (6.17)
La bobina del electroimán está montada sobre un núcleo de hierro blando recocido o de aleaciones de hierro con silicio, níquel, etc. Este tipo de hierro tiene el menor residuo. Los núcleos suelen estar hechos de láminas delgadas compuestas aisladas entre sí. Las formas de los núcleos pueden ser diferentes, según el propósito del electroimán.
desde m La permeabilidad magnética de los cuerpos ferromagnéticos (hierro, acero) es muchas veces mayor que la permeabilidad magnética del aire, por lo que es más rentable fabricar electroimanes de modo que su circuito magnético no contenga secciones de aire. El producto de la intensidad de la corriente por el número de vueltas del devanado del electroimán se llama fuerza magnetomotriz. La fuerza magnetomotriz se mide en el número de amperios-vueltas.
, (1)
constante magnética.
Y 
. Si el solenoide es lo suficientemente largo, entonces 
y (2)Y . Si el solenoide es lo suficientemente largo, entonces y (3)
(un solenoide "infinitamente" largo), luego para todos los puntos que se encuentran dentro
solenoide en su eje, puedes poner . Entonces
el campo puede considerarse uniforme en la parte central del solenoide y calcularse mediante la fórmula
frecuencia estándar ( = 50 Hz), luego dentro del solenoide y en sus bordes la inducción del campo magnético alterno cambia según la ley (ver (5)):
, (6) 
, , luego de (6) obtenemos la fórmula para calcular la FEM:
(9)
(11)
(12)
5 amperímetro
Valor efectivo del milivoltímetro de fem inducida a través de cada
centímetro de posición de la regla. Usando la fórmula (8) calcule.
Ingrese los resultados de las mediciones y cálculos en la Tabla 1 (tenga en cuenta que ).
