Flux magnétique. Aimants sur les voies ferrées

Champ magnétique et inductance

Un champ magnétique apparaît autour de tout conducteur traversé par un courant. Cet effet est appelé électromagnétisme. Champs magnétiques influence nivellement électrons dans les atomes, et peut provoquer force physique capable de se développer dans l'espace. Comme champs électriques, les champs magnétiques peuvent occuper complètement espace vide, Et influencer la matièreà distance.

Un champ magnétique a deux caractéristiques principales : la force magnétomotrice et le flux magnétique. La quantité totale de champ ou son effet est appelée flux magnétique, et la force qui crée ce flux magnétique dans l'espace est appelée force magnétomotrice. Ces deux caractéristiques sont à peu près analogues à la tension électrique (force magnétomotrice) et au courant électrique (flux magnétique) dans un conducteur. Le flux magnétique, contrairement au courant électrique (qui n’existe que là où se trouvent des électrons libres), peut se propager dans un espace complètement vide. L'espace résiste au flux magnétique de la même manière qu'un conducteur résiste au courant électrique. L'amplitude du flux magnétique est égale à la force magnétomotrice divisée par la résistance du milieu.

Le champ magnétique est différent du champ électrique. Si le champ électrique dépend du nombre disponible de charges différentes (plus il y a de charges électriques d'un type sur un conducteur et opposées sur l'autre, plus le champ électrique entre ces conducteurs est grand), alors le champ magnétique est créé par le flux d'électrons (plus le mouvement des électrons est intense, plus le champ magnétique autour d'eux est important).

Un dispositif capable de stocker l’énergie d’un champ magnétique est appelé inducteur. La forme de la bobine crée un champ magnétique beaucoup plus puissant qu’un conducteur droit classique. La base structurelle de l'inducteur est un cadre diélectrique sur lequel un fil est enroulé en forme de spirale (il existe également des bobines sans cadre). Le bobinage peut être soit monocouche, soit multicouche. Les noyaux magnétiques sont utilisés pour augmenter l'inductance. Un noyau placé à l'intérieur de la bobine concentre le champ magnétique et augmente ainsi son inductance.

Les symboles des inductances sur les schémas électriques sont les suivants :

Puisque le courant électrique crée un champ magnétique concentré autour de la bobine, le flux magnétique de ce champ est égal stockage d'énergie (dont la conservation est due à mouvement cinétiqueélectrons à travers la bobine). Plus le courant dans la bobine est élevé, plus le champ magnétique est fort et plus il y a d'énergie.

stockera l'inducteur Parce que inducteurs sauvegarder énergie cinétiqueélectrons en mouvement sous forme de champ magnétique, dans un circuit électrique ils se comportent complètement différent de résistances (qui sont simplement dissiper l'énergie sous forme de chaleur). La capacité de stocker de l'énergie en fonction du courant permet à l'inducteur de maintenir ce courant à un niveau constant. En d’autres termes, il résiste aux changements de courant. Lorsque le courant traverse la bobine augmente ou diminue , elle produit.

tension dont la polarité est opposée à ces changements

Pour stocker plus d'énergie, le courant traversant l'inducteur doit être augmenté. Dans ce cas, l'intensité du champ magnétique augmentera, ce qui entraînera l'apparition d'une tension selon le principe de l'auto-induction électromagnétique. A l’inverse, pour libérer de l’énergie de la bobine, il faut réduire le courant qui la traverse. Dans ce cas, l'intensité du champ magnétique diminuera, ce qui entraînera l'apparition d'une tension de polarité opposée. Rappelez-vous la première loi de Newton, qui stipule que tout corps continue d'être maintenu dans un état de repos ou de mouvement uniforme et linéaire jusqu'à ce qu'il soit forcé par des forces appliquées de changer cet état. Avec les bobines d’inductance, la situation est à peu près la même : « les électrons se déplaçant dans la bobine ont tendance à rester en mouvement et les électrons au repos ont tendance à rester au repos ». Hypothétiquement, en court-circuitinductance b pourra être entretenu aussi longtemps que souhaité vitesse constante flux d'électrons

sans aide extérieure :

Lorsque le courant traversant la bobine augmente, il crée une tension dont la polarité est opposée au flux d’électrons. Dans ce cas, l'inducteur agit comme une charge. Il devient, comme on dit, « chargé » à mesure que de plus en plus d'énergie est stockée dans son champ magnétique. Dans l'image suivante à propos de faites attention à polarité de tension

A l'inverse, lorsque le courant traversant la bobine diminue, une tension apparaît à ses bornes dont la polarité correspond au flux d'électrons. Dans ce cas, l’inducteur agit comme une source d’énergie. Il libère l'énergie du champ magnétique dans le reste du circuit. Veuillez noter polarité de tension par rapport au sens du courant :

Si un inducteur non magnétisé est connecté à une source d'alimentation, il résistera au moment initial au flux d'électrons, laissant passer toute la tension de la source. À mesure que le courant commence à augmenter, la force du champ magnétique créé autour de la bobine augmentera, absorbant l’énergie de la source d’alimentation. Finalement, le courant atteindra sa valeur maximale et cessera de croître. A ce moment la bobine s'arrête absorber de l'énergie de l'alimentation Et la tension à ses bornes chute à un niveau minimum(tandis que le courant reste au niveau maximum). Ainsi, à mesure que davantage d’énergie est stockée, le courant traversant l’inducteur augmente et la tension à ses bornes chute. A noter que ce comportement est complètement opposé au comportement d'un condensateur,dans lequel une augmentation du nombrel'énergie stockée entraîne une augmentation de la tension à ses bornes. Si les condensateurs utiliser l'énergie stockée maintenir tension constante, puis les inducteurs cette énergie est utilisée pour maintenir valeur actuelle constante.

Le type de matériau à partir duquel le fil de la bobine est fabriqué a un impact significatif sur le flux magnétique (et donc sur la quantité d'énergie stockée) créé par une quantité de courant donnée. Le matériau à partir duquel le noyau inducteur est fabriqué affecte également le flux magnétique : un matériau ferromagnétique (comme le fer) créera un flux plus fort qu'un matériau non magnétique (comme l'aluminium ou l'air).

La capacité d'un inducteur à extraire l'énergie d'une source de courant électrique et à la stocker sous forme de champ magnétique est appelée inductance. L'inductance est également une mesure de la résistance aux changements de courant. Pour désigner l'inductance, il est utilisé caractère "L", et il est mesuré en Henry, abrégé en "Hn"

Il serait logique de parler d'un autre représentant des éléments radio passifs - les inducteurs. Mais leur histoire devra commencer de loin, en rappelant l'existence d'un champ magnétique, car c'est le champ magnétique qui entoure et pénètre les bobines, et c'est dans le champ magnétique, le plus souvent alternatif, que fonctionnent les bobines. Bref, c'est leur habitat.

Le magnétisme comme propriété de la matière

Le magnétisme est l’une des propriétés les plus importantes de la matière, au même titre que la masse ou le champ électrique. Les phénomènes du magnétisme, comme l'électricité, sont connus depuis longtemps, mais la science de l'époque ne pouvait pas expliquer l'essence de ces phénomènes. Un phénomène incompréhensible a été appelé « magnétisme » du nom de la ville de Magnésie, qui se trouvait autrefois en Asie Mineure. C'est à partir du minerai extrait à proximité que l'on obtenait les aimants permanents.

Mais les aimants permanents ne sont pas particulièrement intéressants dans le cadre de cet article. Puisqu'il a été promis de parler d'inducteurs, nous parlerons très probablement d'électromagnétisme, car ce n'est pas un secret que même autour d'un fil avec du courant, il existe un champ magnétique.

Dans les conditions modernes, il est assez facile d'étudier le phénomène du magnétisme, au moins à un niveau initial. Pour ce faire, vous devez assembler un circuit électrique simple à partir d'une batterie et d'une ampoule pour lampe de poche. Comme indicateur du champ magnétique, de sa direction et de sa force, vous pouvez utiliser une boussole ordinaire.

Champ magnétique CC

Comme vous le savez, une boussole indique la direction vers le Nord. Si vous placez les fils du circuit le plus simple mentionné ci-dessus à proximité et allumez l'ampoule, l'aiguille de la boussole s'écartera légèrement de sa position normale.

En connectant une autre ampoule en parallèle, vous pouvez doubler le courant dans le circuit, provoquant une légère augmentation de l'angle de rotation de la flèche. Cela indique que le champ magnétique du fil porteur de courant est devenu plus grand. C'est sur ce principe que fonctionnent les instruments de mesure à aiguille.

Si la polarité de la batterie est inversée, l'aiguille de la boussole tournera à l'autre extrémité - la direction du champ magnétique dans les fils a également changé de direction. Lorsque le circuit est éteint, l’aiguille de la boussole revient à sa juste position. Il n’y a pas de courant dans la bobine et il n’y a pas de champ magnétique.

Dans toutes ces expériences, la boussole joue le rôle d'une aiguille magnétique de test, tout comme l'étude d'un champ électrique constant est réalisée par une charge électrique de test.

Sur la base d'expériences aussi simples, nous pouvons conclure que le magnétisme naît du courant électrique : plus ce courant est fort, plus les propriétés magnétiques du conducteur sont fortes. D'où vient alors le champ magnétique des aimants permanents, puisque personne n'y a connecté une batterie avec des fils ?

Des recherches scientifiques fondamentales ont prouvé que le magnétisme permanent repose sur des phénomènes électriques : chaque électron est dans son propre champ électrique et possède des propriétés magnétiques élémentaires. Ce n'est que dans la plupart des substances que ces propriétés se neutralisent mutuellement et, dans certaines, pour une raison quelconque, elles se combinent en un seul grand aimant.

Bien sûr, en réalité, tout n'est pas si primitif et simple, mais, en général, même les aimants permanents ont leurs merveilleuses propriétés dues au mouvement des charges électriques.

De quel genre de lignes magnétiques s’agit-il ?

Les lignes magnétiques sont visibles visuellement. Dans les cours de physique scolaire, à cet effet, de la limaille de métal est coulée sur une feuille de carton et un aimant permanent est placé en dessous. En tapotant légèrement une feuille de carton, vous pouvez obtenir l'image illustrée à la figure 1.

Graphique 1.

Il est facile de voir que les lignes de force magnétiques quittent le pôle nord et pénètrent dans le pôle sud sans se rompre. Bien sûr, on peut dire que c’est tout le contraire, du sud au nord, mais c’est comme ça, donc du nord au sud. De la même manière qu’ils acceptaient autrefois le sens du courant du plus vers le moins.

Si, au lieu d'un aimant permanent, vous faites passer un fil avec du courant à travers le carton, alors la limaille métallique lui montrera, le conducteur, un champ magnétique. Ce champ magnétique ressemble à des lignes circulaires concentriques.

Pour étudier le champ magnétique, on peut se passer de sciure de bois. Il suffit de déplacer une aiguille magnétique de test autour d’un conducteur porteur de courant pour constater que les lignes de force magnétiques sont bien des cercles concentriques fermés. Si vous déplacez la flèche de test dans la direction où le champ magnétique la dévie, vous reviendrez certainement au même point d'où vous avez commencé à bouger. C'est comme faire le tour de la Terre : si vous avancez sans vous retourner, tôt ou tard vous arriverez au même endroit.

Graphique 2.

La direction du champ magnétique d'un conducteur porteur de courant est déterminée par la règle d'une vrille, un outil permettant de percer des trous dans le bois. Tout est très simple ici : il faut faire tourner la vrille pour que son mouvement vers l'avant coïncide avec le sens du courant dans le fil, puis le sens de rotation de la poignée indiquera où est dirigé le champ magnétique.

Graphique 3.

"Le courant vient de nous" - la croix au milieu du cercle est la plume d'une flèche volant au-delà du plan du dessin, et où "Le courant vient à nous" montre la pointe d'une flèche volant par derrière le plan de la feuille. C'est du moins l'explication de ces désignations données dans les cours de physique à l'école.

Graphique 4.

Si nous appliquons la règle de la vrille à chaque conducteur, après avoir déterminé la direction du champ magnétique dans chaque conducteur, nous pouvons affirmer avec certitude que les conducteurs ayant la même direction de courant s'attirent et que leurs champs magnétiques s'additionnent. Les conducteurs avec des courants de directions différentes se repoussent, leur champ magnétique est compensé.

Inducteur

Si un conducteur porteur de courant se présente sous la forme d'un anneau (tour), il aura alors ses propres pôles magnétiques, nord et sud. Mais le champ magnétique d’un tour est généralement faible. De bien meilleurs résultats peuvent être obtenus en enroulant le fil sous forme de bobine. Cette partie est appelée inducteur ou simplement inducteur. Dans ce cas, les champs magnétiques des différentes spires s'additionnent et se renforcent mutuellement.

Graphique 5.

La figure 5 montre comment obtenir la somme des champs magnétiques de la bobine. Il semble que chaque tour puisse être alimenté par sa propre source, comme le montre la Fig. 5.2, mais il est plus facile de connecter les spires en série (il suffit de les enrouler avec un seul fil).

Il est bien évident que plus une bobine a de tours, plus son champ magnétique est fort. Le champ magnétique dépend également du courant traversant la bobine. Il est donc tout à fait légitime d'estimer la capacité d'une bobine à créer un champ magnétique en multipliant simplement le courant traversant la bobine (A) par le nombre de spires (W). Cette valeur est appelée ampères-tours.

Bobine de noyau

Le champ magnétique créé par la bobine peut être considérablement augmenté si un noyau en matériau ferromagnétique est inséré à l'intérieur de la bobine. La figure 6 montre un tableau avec la perméabilité magnétique relative de diverses substances.

Par exemple, l'acier du transformateur rendra le champ magnétique environ 7 à 7,5 mille fois plus puissant qu'en l'absence de noyau. En d’autres termes, à l’intérieur du noyau, le champ magnétique fera tourner l’aiguille magnétique 7 000 fois plus fort (cela ne peut être imaginé que mentalement).

Graphique 6.

En haut du tableau se trouvent les substances paramagnétiques et diamagnétiques. La perméabilité magnétique relative µ est donnée par rapport au vide. Par conséquent, les substances paramagnétiques renforcent légèrement le champ magnétique et les substances diamagnétiques l’affaiblissent légèrement. En général, ces substances n’ont pas beaucoup d’effet sur le champ magnétique. Cependant, à hautes fréquences, des noyaux en laiton ou en aluminium sont parfois utilisés pour régler les circuits.

Au bas du tableau se trouvent des substances ferromagnétiques qui améliorent considérablement le champ magnétique d'une bobine conductrice de courant. Par exemple, le noyau en acier d’un transformateur rendra le champ magnétique exactement 7 500 fois plus fort.

Comment et comment mesurer le champ magnétique

Lorsque des unités étaient nécessaires pour mesurer des quantités électriques, la charge d’un électron était prise comme étalon. À partir de la charge d'un électron, une unité très réelle et même tangible s'est formée - le coulomb, et sur sa base tout s'est avéré simple : ampère, volt, ohm, joule, watt, farad.

Par quoi peut-on partir de la mesure des champs magnétiques ? Il est très problématique de lier d’une manière ou d’une autre un électron à un champ magnétique. Par conséquent, l’unité de mesure du magnétisme est un conducteur à travers lequel circule un courant continu de 1 A.

La principale caractéristique est la tension (H). Il montre la force avec laquelle le champ magnétique agit sur le conducteur de test mentionné ci-dessus si cela se produit dans le vide. Le vide est destiné à exclure l'influence de l'environnement, c'est pourquoi cette caractéristique - la tension est considérée comme absolument pure. L'unité de tension est l'ampère par mètre (a/m). Cette tension apparaît à une distance de 16 cm du conducteur véhiculant un courant de 1A.

L'intensité du champ indique uniquement la capacité théorique du champ magnétique. La réelle capacité d’agir se traduit par une autre valeur, l’induction magnétique (B). C'est cela qui montre la force réelle avec laquelle le champ magnétique agit sur un conducteur avec un courant de 1A.

Graphique 7.

Si un courant de 1A circule dans un conducteur de 1 m de long et qu'il est poussé (attiré) avec une force de 1 N (102 G), alors on dit que la valeur de l'induction magnétique en un point donné est exactement de 1 tesla.

L'induction magnétique est une grandeur vectorielle ; en plus de sa valeur numérique, elle a également une direction qui coïncide toujours avec la direction de l'aiguille magnétique de test dans le champ magnétique étudié.

Graphique 8.

L'unité d'induction magnétique est le Tesla (TL), bien qu'en pratique la plus petite unité de Gauss soit souvent utilisée : 1TL = 10 000G. Est-ce beaucoup ou un peu ? Le champ magnétique à proximité d'un aimant puissant peut atteindre plusieurs Tesla, près de l'aiguille d'un compas magnétique pas plus de 100 Gauss, le champ magnétique terrestre près de la surface est d'environ 0,01 Gauss et même plus bas.

Le vecteur induction magnétique B caractérise le champ magnétique en un seul point de l'espace. Pour évaluer l'effet d'un champ magnétique dans un certain espace, un autre concept est introduit : le flux magnétique (Φ).

En fait, il représente le nombre de lignes d'induction magnétique traversant un espace donné, à travers une certaine zone : Φ=B*S*cosα. Cette image peut être représentée sous forme de gouttes de pluie : une ligne est une goutte (B), et l’ensemble est le flux magnétique Φ. C'est ainsi que les lignes électriques magnétiques des spires individuelles de la bobine sont connectées en un flux commun.

Graphique 9.

Dans le système SI, l'unité de flux magnétique est Weber (Wb), un tel flux se produit lorsqu'une induction de 1 Tesla agit sur une surface de 1 m².

Le flux magnétique dans divers appareils (moteurs, transformateurs, etc.) passe généralement par un certain chemin, appelé circuit magnétique ou simplement circuit magnétique. Si le circuit magnétique est fermé (le noyau d'un transformateur en anneau), alors sa résistance est faible, le flux magnétique passe sans entrave et se concentre à l'intérieur du noyau. La figure ci-dessous montre des exemples de bobines avec circuits magnétiques fermés et ouverts.

Graphique 10.

Mais le noyau peut être scié et un morceau en retiré pour créer un entrefer magnétique. Cela augmentera la résistance magnétique globale du circuit, réduisant ainsi le flux magnétique, et globalement l'induction dans l'ensemble du noyau diminuera. C'est la même chose que de souder une grande résistance en série dans un circuit électrique.

Graphique 11.

Si l'espace résultant est bloqué avec un morceau d'acier, il s'avère qu'une section supplémentaire avec une résistance magnétique inférieure a été connectée parallèlement à l'espace, ce qui rétablira le flux magnétique perturbé. Ceci est très similaire à un shunt dans les circuits électriques. À propos, il existe également une loi pour un circuit magnétique, appelée loi d’Ohm pour un circuit magnétique.

Graphique 12.

La majeure partie du flux magnétique passera par le shunt magnétique. C'est ce phénomène qui est utilisé dans l'enregistrement magnétique des signaux audio ou vidéo : la couche ferromagnétique de la bande recouvre l'interstice du noyau des têtes magnétiques, et tout le flux magnétique est fermé à travers la bande.

La direction du flux magnétique produit par la bobine peut être déterminée en utilisant la règle de la main droite : si quatre doigts étendus indiquent la direction du courant dans la bobine, alors le pouce indiquera la direction des lignes magnétiques, comme le montre la figure 13.

Graphique 13.

Il est généralement admis que les lignes magnétiques quittent le pôle nord et entrent dans le sud. Par conséquent, le pouce dans ce cas indique l’emplacement du pôle sud. Vous pouvez vérifier à nouveau si cela est vrai à l’aide de l’aiguille de la boussole.

Comment fonctionne un moteur électrique ?

On sait que l’électricité peut créer de la lumière et de la chaleur et participer à des processus électrochimiques. Après avoir présenté les bases du magnétisme, vous pourrez parler du fonctionnement des moteurs électriques.

Les moteurs électriques peuvent être de conceptions, de puissances et de principes de fonctionnement très différents : par exemple, à courant continu et alternatif, pas à pas ou à collecteur. Mais malgré toute la variété des conceptions, le principe de fonctionnement repose sur l'interaction des champs magnétiques du rotor et du stator.

Pour produire ces champs magnétiques, le courant passe à travers les enroulements. Plus le courant est important et plus l'induction magnétique du champ magnétique externe est élevée, plus le moteur est puissant. Des noyaux magnétiques sont utilisés pour améliorer ce champ, c'est pourquoi les moteurs électriques comportent autant de pièces en acier. Certains modèles de moteurs à courant continu utilisent des aimants permanents.

Graphique 14.

Ici, pourrait-on dire, tout est clair et simple : nous avons fait passer un courant dans un fil et obtenu un champ magnétique. L'interaction avec un autre champ magnétique provoque le déplacement de ce conducteur et effectue également un travail mécanique.

Le sens de rotation peut être déterminé par la règle de gauche. Si quatre doigts étendus indiquent la direction du courant dans le conducteur et que les lignes magnétiques pénètrent dans la paume, alors le pouce plié indiquera la direction du conducteur poussé vers l'extérieur dans le champ magnétique.

L'électromagnétisme est un ensemble de phénomènes provoqués par la connexion de courants électriques et de champs magnétiques. Parfois, cette connexion entraîne des effets indésirables. Par exemple, le courant circulant dans les câbles électriques d'un navire provoque une déviation inutile du compas du navire. Cependant, l’électricité est souvent délibérément utilisée pour créer des champs magnétiques de haute intensité. Un exemple est celui des électro-aimants. Nous en parlerons aujourd'hui.

et flux magnétique

L'intensité du champ magnétique peut être déterminée par le nombre de lignes de flux magnétique par unité de surface. se produit partout où le courant électrique circule, et le flux magnétique dans l'air est proportionnel à ce dernier. Un fil droit transportant du courant peut être plié en bobine. Avec un rayon de bobine suffisamment petit, cela entraîne une augmentation du flux magnétique. Dans ce cas, l’intensité du courant n’augmente pas.

L'effet de la concentration du flux magnétique peut être encore amélioré en augmentant le nombre de tours, c'est-à-dire en tordant le fil pour former une bobine. L’inverse est également vrai. Le champ magnétique d'une bobine conductrice de courant peut être affaibli en réduisant le nombre de tours.

Dérivons une relation importante. Au point de densité de flux magnétique maximale (là où il y a le plus de lignes de flux par unité de surface), la relation entre le courant électrique I, le nombre de tours de fil n et le flux magnétique B s'exprime comme suit : In est proportionnel à B. Un courant de 12 A circulant dans une bobine de 3 tours crée exactement le même champ magnétique qu'un courant de 3 A circulant dans une bobine de 12 tours. Ceci est important à savoir lors de la résolution de problèmes pratiques.

Solénoïde

Une bobine de fil enroulé qui crée un champ magnétique est appelée solénoïde. Les fils peuvent être enroulés autour du fer (noyau de fer). Une base non magnétique (par exemple, un noyau d'air) convient également. Comme vous pouvez le constater, vous pouvez utiliser bien plus que du fer pour créer le champ magnétique d’une bobine conductrice de courant. En termes d'amplitude de flux, tout noyau non magnétique est équivalent à l'air. Autrement dit, la relation ci-dessus reliant le courant, le nombre de tours et le flux est satisfaite de manière assez précise dans ce cas. Ainsi, le champ magnétique d’une bobine conductrice de courant peut être affaibli si ce principe est appliqué.

Utilisation du fer dans le solénoïde

A quoi sert le fer dans un solénoïde ? Sa présence affecte le champ magnétique de la bobine conductrice de courant de deux manières. Cela augmente le courant, souvent des milliers de fois, voire plus. Toutefois, cela pourrait violer une relation proportionnelle importante. Nous parlons de celui qui existe entre le flux magnétique et le courant dans les bobines à noyau d'air.

Régions microscopiques du fer, domaines (plus précisément, ils sont construits dans une direction sous l'action d'un champ magnétique créé par un courant. De ce fait, en présence d'un noyau de fer, ce courant crée un flux magnétique plus important par section transversale unitaire du fil. Ainsi, la densité de flux augmente de manière significative lorsque tous les domaines s'alignent dans la même direction, une augmentation supplémentaire du courant (ou du nombre de spires dans la bobine) n'augmente que légèrement la densité de flux magnétique.

Parlons maintenant un peu de l'induction. C’est une partie importante du sujet qui nous intéresse.

Induction de champ magnétique d'une bobine de courant

Bien que le champ magnétique d’un solénoïde à noyau de fer soit beaucoup plus puissant que celui d’un solénoïde à noyau d’air, son ampleur est limitée par les propriétés du fer. Il n’y a théoriquement aucune limite à la taille créée par la bobine à noyau d’air. Cependant, il est généralement très difficile et coûteux d’obtenir les énormes courants nécessaires pour produire un champ comparable en ampleur à celui d’un solénoïde à noyau de fer. Vous n’êtes pas toujours obligé de suivre cette voie.

Que se passe-t-il si vous modifiez le champ magnétique d’une bobine transportant du courant ? Cette action peut créer un courant électrique de la même manière qu’un courant crée un champ magnétique. Lorsqu'un aimant s'approche d'un conducteur, les lignes de champ magnétique traversant le conducteur y induisent une tension. La polarité de la tension induite dépend de la polarité et du sens de changement du flux magnétique. Cet effet est beaucoup plus fort dans une bobine que dans un tour individuel : il est proportionnel au nombre de tours du bobinage. En présence d'un noyau de fer, la tension induite dans le solénoïde augmente. Avec cette méthode, il est nécessaire de déplacer le conducteur par rapport au flux magnétique. Si le conducteur ne traverse pas les lignes de flux magnétique, aucune tension ne se produira.

Comment obtenons-nous de l’énergie ?

Les générateurs électriques produisent du courant selon les mêmes principes. Généralement, l'aimant tourne entre les bobines. L'amplitude de la tension induite dépend de l'amplitude du champ de l'aimant et de la vitesse de sa rotation (elles déterminent le taux de variation du flux magnétique). La tension dans un conducteur est directement proportionnelle à la vitesse du flux magnétique qui y circule.

Dans de nombreux générateurs, l'aimant est remplacé par un solénoïde. Afin de créer un champ magnétique dans une bobine conductrice de courant, le solénoïde est connecté à Quelle sera la puissance électrique générée par le générateur dans ce cas ? Elle est égale au produit de la tension et du courant. D'autre part, la relation entre le courant dans un conducteur et le flux magnétique permet d'utiliser le flux créé par un courant électrique dans un champ magnétique pour produire un mouvement mécanique. Les moteurs électriques et certains instruments de mesure électriques fonctionnent selon ce principe. Cependant, pour créer du mouvement, il est nécessaire de dépenser de l'énergie électrique supplémentaire.

Champs magnétiques puissants

Actuellement, il est possible d'obtenir une intensité sans précédent du champ magnétique d'une bobine avec courant. Les électroaimants peuvent être très puissants. Dans ce cas, le courant circule sans perte, c’est-à-dire ne provoque pas d’échauffement du matériau. Cela permet d'appliquer des tensions élevées aux solénoïdes à noyau d'air et d'éviter les limitations causées par l'effet de saturation. Un champ magnétique aussi puissant d'une bobine conductrice de courant ouvre de très grandes perspectives. Les électroaimants et leurs applications intéressent à juste titre de nombreux scientifiques. Après tout, des champs puissants peuvent être utilisés pour se déplacer en sustentation magnétique et créer de nouveaux types de moteurs et de générateurs électriques. Ils sont capables de produire une puissance élevée à faible coût.

L'énergie du champ magnétique d'une bobine de courant est activement utilisée par l'humanité. Il est largement utilisé depuis de nombreuses années, notamment sur les chemins de fer. Nous allons maintenant parler de la façon dont les lignes de champ magnétique d'une bobine conductrice de courant sont utilisées pour réguler le mouvement des trains.

Aimants sur les voies ferrées

Les chemins de fer utilisent généralement des systèmes dans lesquels les électro-aimants et les aimants permanents se complètent pour une plus grande sécurité. Comment fonctionnent ces systèmes ? Le plus fort est fixé près du rail à une certaine distance des feux tricolores. Lorsque le train passe sur l'aimant, l'axe de l'aimant plat permanent dans la cabine du conducteur tourne d'un petit angle, après quoi l'aimant reste dans la nouvelle position.

Régulation du trafic ferroviaire

Le mouvement d'un aimant plat déclenche une sonnette d'alarme ou une sirène. Ensuite, ce qui suit se produit. Après quelques secondes, la cabine du conducteur passe au-dessus de l’électro-aimant relié au feu tricolore. S'il donne le feu vert au train, l'électro-aimant devient alors excité et l'axe de l'aimant permanent dans la voiture tourne vers sa position d'origine, coupant ainsi le signal dans la cabine. Lorsque le feu de circulation est rouge ou jaune, l'électro-aimant est éteint, puis après un certain délai, le frein est automatiquement appliqué, à moins, bien sûr, que le conducteur n'oublie de le faire. Le circuit de freinage (ainsi que le signal sonore) est connecté au réseau à partir du moment où l'axe de l'aimant est tourné. Si l'aimant revient à sa position d'origine pendant le délai, le frein ne s'enclenche pas.

Saviez-vous Qu'est-ce qu'une expérience de pensée, une expérience gedanken ?
Il s’agit d’une pratique inexistante, d’une expérience d’un autre monde, d’une imagination de quelque chose qui n’existe pas réellement. Les expériences de pensée sont comme des rêves éveillés. Ils donnent naissance à des monstres. Contrairement à une expérience physique, qui est un test expérimental d'hypothèses, une « expérience de pensée » remplace comme par magie les tests expérimentaux par des conclusions souhaitées qui n'ont pas été testées dans la pratique, en manipulant des constructions logiques qui violent en fait la logique elle-même en utilisant des prémisses non prouvées comme des prémisses prouvées, qui c'est, par substitution. Ainsi, la tâche principale des candidats aux « expériences de pensée » est de tromper l'auditeur ou le lecteur en remplaçant une véritable expérience physique par sa « poupée » - un raisonnement fictif sur parole sans la vérification physique elle-même.
Remplir la physique d’« expériences de pensée » imaginaires a conduit à l’émergence d’une image absurde, surréaliste et confuse du monde. Un vrai chercheur doit distinguer ces « emballages de bonbons » des valeurs réelles.

Les relativistes et les positivistes soutiennent que les « expériences de pensée » sont un outil très utile pour tester la cohérence des théories (également nées dans notre esprit). En cela, ils trompent les gens, puisque toute vérification ne peut être effectuée que par une source indépendante de l'objet de la vérification. Le demandeur de l'hypothèse lui-même ne peut pas tester sa propre déclaration, puisque la raison même de cette déclaration est l'absence de contradictions dans la déclaration visibles par le demandeur.

Nous le voyons dans l’exemple du SRT et du GTR, qui sont devenus une sorte de religion qui contrôle la science et l’opinion publique. Aucun nombre de faits qui les contredisent ne peut vaincre la formule d'Einstein : « Si un fait ne correspond pas à la théorie, changez le fait » (Dans une autre version, « Le fait ne correspond-il pas à la théorie ? - Tant pis pour le fait »).

Le maximum auquel une « expérience de pensée » peut prétendre est seulement la cohérence interne de l’hypothèse dans le cadre de la logique propre du candidat, souvent loin d’être vraie. Cela ne vérifie pas le respect de la pratique. Une véritable vérification ne peut avoir lieu que dans le cadre d’une véritable expérience physique.

Une expérience est une expérience car elle n’est pas un raffinement de la pensée, mais un test de la pensée. Une pensée cohérente ne peut pas se vérifier. Cela a été prouvé par Kurt Gödel.

§ 45. Auto-induction. Inductance

Si vous fermez et ouvrez le circuit de courant de la bobine (Fig. 45), un champ magnétique apparaîtra et disparaîtra autour d'elle. Le champ magnétique changeant traverse les spires de la bobine elle-même et crée par ex. d.s. auto-induction. Avec tout changement dans le champ magnétique de la bobine, ses spires se croisent avec leurs propres lignes magnétiques et une onde électronique y apparaît. d.s. auto-induction.

Si sur une bobine avec le nombre de tours W modification des flux de courant je, alors il crée un flux magnétique Φ traversant ses spires.
Le produit du flux magnétique par le nombre de tours s'appelle liaison de flux et est désigné par la lettre ψ (psi) :

ψ = Φ W. (39)

La liaison de flux ψ, comme le flux magnétique Φ, se mesure en webers ( wb).
La liaison de flux dans la bobine considérée est proportionnelle au courant circulant dans ses spires. C'est pourquoi

ψ = L Je, (40)

Où L- coefficient de proportionnalité, appelé inductance.
De la formule (40), il s'ensuit que l'inductance est déterminée par le rapport entre la liaison de flux et l'intensité du courant dans la bobine et caractérise la capacité de la bobine à exciter l'énergie électrique. d.s. auto-induction (liaison de flux).

L'inductance est mesurée en Henry (H) ; 1 gn = 1 ohms seconde. Si, avec un changement uniforme du courant dans le conducteur de 1 UNà 1 seconde induit e. d.s. auto-induction égale à 1 V, alors un tel conducteur a une inductance de 1 gn. Une plus petite unité d'inductance est appelée millihenry ( instantané); 1 gn = 1000 instantané. L'unité d'inductance qui est un million de fois plus petite qu'un Henry est appelée un microhenry ( µgn); 1 gn = 1 000 000 µgn = 10 6 mcg n; 1 instantané = 1000 µgn.
Déterminons l'inductance d'une bobine de longueur je, ayant des spires situées dans une couche à travers lesquelles circule le courant je(la longueur de la bobine est 10 fois ou plus supérieure au diamètre).
Le courant circulant dans les spires de la bobine excite un champ magnétique dont l'intensité

et induction magnétique

Le flux magnétique créé par le courant est

et liaison de flux

ψ = Φ W.

Depuis l'inductance

En transformant l'expression (42), on obtient l'inductance :

Ainsi, l'inductance d'une bobine est directement proportionnelle au carré du nombre de ses tours, à la perméabilité magnétique du matériau du noyau de la bobine, à la section transversale de son cadre, et inversement proportionnelle à la longueur de la bobine.

Exemple. 500 tours de fil sont enroulés en une seule couche sur un cylindre à châssis sans âme. Longueur du cadre de la bobine je = 0,24 m, et son diamètre d = 0,02 m. Déterminer l'inductance de cette bobine si la perméabilité magnétique de l'air entourant la bobine est μ a = μ 0 = 4π · 10 -7 g/m.
Solution . Surface de la section transversale de la bobine

Inductance de la bobine

Différentes bobines de fil (enroulements) ont des inductances différentes. Une bobine avec un noyau en acier a une inductance nettement plus élevée qu'une bobine sans noyau. Si nous considérons l'inductance d'une bobine de fil sans noyau comme une seule, alors une bobine avec un noyau en acier aura une inductance environ 3 500 fois supérieure. Cela s'explique par le fait que lorsqu'un noyau d'acier est introduit dans une bobine à travers laquelle circule un courant, le noyau est magnétisé, ce qui entraîne une augmentation significative du flux magnétique traversant les spires de la bobine et une augmentation de la liaison de flux. Étant donné que la perméabilité magnétique relative du noyau en acier est environ 3 500 fois supérieure à celle de l'air, l'inductance de la bobine augmente du même facteur lors de l'ajout du noyau. Mais cette inductance n'est pas constante, puisque μ a de l'acier dépend de l'intensité du champ N, et par conséquent, sur l'intensité du courant dans le bobinage.
L'inductance de la bobine est également déterminée par sa section et sa longueur. Plus la section est grande, plus l'inductance est grande. À mesure que la longueur de la bobine augmente et que le nombre de tours reste constant, l'inductance diminue.