Magnetinis srautas. Magnetai ant geležinkelių

Magnetinis laukas ir induktyvumas

Aplink bet kurį laidininką, kuriuo teka srovė, atsiranda magnetinis laukas. Šis efektas vadinamas elektromagnetizmu. Magnetiniai laukai įtakos išlyginimas elektronai atomuose, ir gali sukelti fizinė jėga, galinti vystytis erdvėje. Patinka elektriniai laukai, magnetiniai laukai gali užimti visiškai tuščia vieta, Ir paveikti materiją per atstumą.

Magnetinis laukas turi dvi pagrindines charakteristikas: magnetinę jėgą ir magnetinį srautą. Bendras lauko kiekis arba jo poveikis vadinamas magnetiniu srautu, o jėga, kuri sukuria šį magnetinį srautą erdvėje, vadinama magnetovaros jėga. Šios dvi charakteristikos yra maždaug analogiškos elektros įtampai (magnetovaros jėgai) ir elektros srovei (magnetiniam srautui) laidininke. Magnetinis srautas, skirtingai nei elektros srovė (kuri egzistuoja tik ten, kur yra laisvųjų elektronų), gali sklisti visiškai tuščioje erdvėje. Erdvė priešinasi magnetiniam srautui taip pat, kaip laidininkas priešinasi elektros srovei. Magnetinio srauto dydis lygus magnetovaros jėgai, padalytai iš terpės varžos.

Magnetinis laukas skiriasi nuo elektrinio lauko. Jei elektrinis laukas priklauso nuo turimo nepanašių krūvių skaičiaus (kuo daugiau vieno tipo elektros krūvių viename laidininke, o priešingo tipo kitame, tuo didesnis elektrinis laukas tarp šių laidininkų), tada magnetinį lauką sukuria srautas. elektronų (kuo intensyvesnis elektronų judėjimas, tuo daugiau aplink juos magnetinio lauko).

Įtaisas, galintis kaupti magnetinio lauko energiją, vadinamas induktoriumi. Ritės forma sukuria daug stipresnį magnetinį lauką nei įprastas tiesus laidininkas. Induktoriaus konstrukcinis pagrindas yra dielektrinis rėmas, ant kurio spiralės pavidalu suvyniotas laidas (yra ir berėmių ritinių). Apvija gali būti vienasluoksnė arba daugiasluoksnė. Magnetinės šerdys naudojamos induktyvumui padidinti. Ritės viduje esanti šerdis koncentruoja magnetinį lauką ir taip padidina jo induktyvumą.

Induktorių simboliai elektros schemose yra tokie:

Kadangi elektros srovė aplink ritę sukuria koncentruotą magnetinį lauką, šio lauko magnetinis srautas lygus energijos kaupimas (kuris taupomas dėl kinetinis judėjimas elektronai per ritę). Kuo didesnė srovė ritėje, tuo stipresnis magnetinis laukas ir tuo daugiau energijos.

saugos induktorių Nes induktoriai išsaugoti kinetinė energija judantys elektronai magnetinio lauko pavidalu, elektros grandinėje jie elgiasi visiškai kitoks nei rezistoriai (kurie yra tiesiog išsklaidyti energiją šilumos pavidalu). Galimybė kaupti energiją pagal srovę leidžia induktoriui išlaikyti tą srovę pastoviu lygiu. Kitaip tariant, jis priešinasi srovės pokyčiams. Kai srovė per ritę didėja arba mažėja , ji gamina.

įtampa, kurios poliškumas yra priešingas šiems pokyčiams

Norint sukaupti daugiau energijos, reikia padidinti srovę per induktorių. Tokiu atveju padidės magnetinio lauko stiprumas, dėl kurio atsiras įtampa pagal elektromagnetinės saviindukcijos principą. Ir atvirkščiai, norint išleisti energiją iš ritės, per ją einanti srovė turi būti sumažinta. Tokiu atveju sumažės magnetinio lauko stiprumas, dėl kurio atsiras priešingo poliškumo įtampa. Prisiminkite pirmąjį Niutono dėsnį, kuris teigia, kad kiekvienas kūnas išlieka ramybės būsenoje arba tolygiai ir linijiškai juda tol, kol ir nebent jį priverčia panaudotos jėgos pakeisti šią būseną. Su induktoriaus ritėmis situacija yra maždaug tokia pati: „elektronai, judantys per ritę, linkę likti judėjime, o ramybės būsenoje esantys elektronai linkę likti ramybėje“. Hipotetiškai, trumpasis jungimasinduktorius b galės būti prižiūrimi tiek, kiek pageidaujama pastovus greitis elektronų srautas

be išorinės pagalbos:

Didėjant srovei per ritę, susidaro įtampa, kurios poliškumas yra priešingas elektronų srautui. Šiuo atveju induktorius veikia kaip apkrova. Jis tampa, kaip sakoma, „įkraunamas“, nes jo magnetiniame lauke sukaupiama vis daugiau energijos. Toliau pateiktame paveikslėlyje apie atkreipkite dėmesį į įtampos poliškumas

Ir atvirkščiai, mažėjant srovei per ritę, jos gnybtuose atsiranda įtampa, kurios poliškumas atitinka elektronų srautą. Šiuo atveju induktorius veikia kaip maitinimo šaltinis. Jis išskiria magnetinio lauko energiją į likusią grandinės dalį. Atkreipkite dėmesį įtampos poliškumas srovės krypties atžvilgiu:

Jei neįmagnetintas induktorius yra prijungtas prie maitinimo šaltinio, tada pradiniu laiko momentu jis priešinsis elektronų srautui, praleisdamas visą šaltinio įtampą. Pradėjus didėti srovei, padidės aplink ritę sukurto magnetinio lauko stiprumas, sugerdamas energiją iš maitinimo šaltinio. Galų gale srovė pasieks maksimalią vertę ir nustos augti. Šiuo metu ritė sustoja sugerti energiją nuo maitinimo šaltinio Ir įtampa jo gnybtuose nukrenta iki minimalaus lygio(kol išlieka srovė maksimaliu lygiu). Taigi, kaupiant daugiau energijos, didėja srovė per induktorių, o įtampa jo gnybtuose krenta. Atkreipkite dėmesį, kad šis elgesys visiškai priešingas kondensatoriaus elgesiui,kuriame skaičiaus padidėjimassukaupta energija padidina įtampą jos gnybtuose. Jei kondensatoriai naudoti sukauptą energiją išlaikyti nuolatinė įtampa, tada induktoriai ši energija naudojama išlaikant pastovi srovės vertė.

Medžiagos, iš kurios pagamintas ritės laidas, tipas turi didelę įtaką magnetiniam srautui (taigi ir sukauptos energijos kiekiui), kurį sukuria tam tikras srovės kiekis. Medžiaga, iš kurios pagaminta induktoriaus šerdis, taip pat turi įtakos magnetiniam srautui: feromagnetinė medžiaga (pvz., geležis) sukurs stipresnį srautą nei nemagnetinė medžiaga (pvz., aliuminis ar oras).

Induktoriaus gebėjimas išgauti energiją iš elektros srovės šaltinio ir kaupti ją magnetinio lauko pavidalu vadinamas induktyvumas. Induktyvumas taip pat yra atsparumo srovės pokyčiams matas. Induktyvumui žymėti naudojamas simbolis "L", ir jis matuojamas Henris, sutrumpintas kaip "Hn"

Logiška būtų kalbėti apie kitą pasyviųjų radijo elementų atstovą – induktorius. Tačiau pasakojimą apie juos teks pradėti iš tolo, prisiminus magnetinio lauko egzistavimą, nes būtent magnetinis laukas supa ir prasiskverbia į ritinius, o būtent magnetiniame lauke, dažniausiai kintamajame, ritės veikia. Trumpai tariant, tai yra jų buveinė.

Magnetizmas kaip materijos savybė

Magnetizmas yra viena iš svarbiausių materijos savybių, kaip ir, pavyzdžiui, masė ar elektrinis laukas. Magnetizmo reiškiniai, kaip ir elektra, buvo žinomi nuo seno, tačiau to meto mokslas negalėjo paaiškinti šių reiškinių esmės. Magnezijos miesto, kuris kadaise buvo Mažojoje Azijoje, vardu buvo pavadintas nesuprantamas reiškinys „magnetizmu“. Būtent iš netoliese kasamos rūdos buvo gauti nuolatiniai magnetai.

Tačiau nuolatiniai magnetai šiame straipsnyje nėra ypač įdomūs. Kadangi buvo žadama kalbėti apie induktorius, tai greičiausiai kalbėsime apie elektromagnetizmą, nes toli gražu ne paslaptis, kad net aplink laidą su srove yra magnetinis laukas.

Šiuolaikinėmis sąlygomis gana lengva ištirti magnetizmo reiškinį bent jau pradiniame lygmenyje. Norėdami tai padaryti, turite surinkti paprastą elektros grandinę iš akumuliatoriaus ir žibintuvėlio lemputės. Kaip magnetinio lauko, jo krypties ir stiprumo indikatorių galite naudoti įprastą kompasą.

DC magnetinis laukas

Kaip žinote, kompasas rodo kryptį į šiaurę. Jei šalia pastatysite paprasčiausios aukščiau minėtos grandinės laidus ir įjungsite lemputę, kompaso rodyklė šiek tiek nukryps nuo įprastos padėties.

Lygiagrečiai prijungę kitą lemputę, galite padvigubinti srovę grandinėje, todėl rodyklės sukimosi kampas šiek tiek padidės. Tai rodo, kad srovės laidos magnetinis laukas tapo didesnis. Būtent šiuo principu veikia rodyklės matavimo priemonės.

Jei baterijos poliškumas yra atvirkštinis, kompaso rodyklė pasuks kitą galą – magnetinio lauko kryptis laiduose taip pat pasikeitė kryptimi. Kai grandinė išjungiama, kompaso rodyklė grįš į tinkamą padėtį. Ritėje nėra srovės ir nėra magnetinio lauko.

Visuose šiuose eksperimentuose kompasas atlieka bandomosios magnetinės adatos vaidmenį, kaip ir nuolatinio elektrinio lauko tyrimas atliekamas bandomuoju elektros krūviu.

Remdamiesi tokiais paprastais eksperimentais galime daryti išvadą, kad magnetizmas gimsta dėl elektros srovės: kuo ši srovė stipresnė, tuo stipresnės laidininko magnetinės savybės. Iš kur tada atsiranda nuolatinių magnetų magnetinis laukas, nes niekas prie jų nejungė akumuliatoriaus su laidais?

Fundamentalūs moksliniai tyrimai įrodė, kad nuolatinis magnetizmas yra pagrįstas elektriniais reiškiniais: kiekvienas elektronas yra savo elektriniame lauke ir turi elementarių magnetinių savybių. Tik daugumoje medžiagų šios savybės viena kitą neutralizuoja, o kai kuriose kažkodėl susijungia į vieną didelį magnetą.

Žinoma, iš tikrųjų viskas nėra taip primityvu ir paprasta, tačiau, apskritai, net nuolatiniai magnetai turi savo nuostabių savybių dėl elektros krūvių judėjimo.

Kokios tai magnetinės linijos?

Magnetines linijas galima pamatyti vizualiai. Mokyklinėse fizikos pamokose šiam tikslui ant kartono lakšto pilamos metalinės drožlės, o apačioje – nuolatinis magnetas. Lengvai bakstelėję į kartono lakštą galite pasiekti 1 paveiksle pavaizduotą paveikslėlį.

1 pav.

Nesunku pastebėti, kad magnetinės jėgos linijos palieka šiaurinį ašigalį ir nenutrūkdamos patenka į pietų ašigalį. Žinoma, galime sakyti, kad yra kaip tik priešingai, iš pietų į šiaurę, bet taip yra, taigi iš šiaurės į pietus. Lygiai taip pat, kaip kadaise jie priėmė srovės kryptį nuo pliuso iki minuso.

Jei vietoj nuolatinio magneto per kartoną praleidžiate laidą su srove, tada metalinės drožlės parodys jį, laidininką, magnetinį lauką. Šis magnetinis laukas atrodo kaip koncentrinės apskritos linijos.

Norėdami ištirti magnetinį lauką, galite išsiversti be pjuvenų. Pakanka pajudinti bandomąją magnetinę adatą aplink srovę nešantį laidininką, kad pamatytumėte, ar magnetinės jėgos linijos iš tiesų yra uždari koncentriniai apskritimai. Jei bandomąją rodyklę pastumsite ta kryptimi, kur magnetinis laukas ją nukreipia, tikrai grįšite į tą patį tašką, iš kurio pradėjote judėti. Visai kaip vaikščiojimas aplink Žemę: jei eini niekur nepasisukęs, anksčiau ar vėliau ateisi į tą pačią vietą.

2 pav.

Srovę nešančio laidininko magnetinio lauko kryptis nustatoma pagal įrankio, skirto medienoje skylėms gręžti, taisyklę. Čia viskas labai paprasta: antgalį reikia pasukti taip, kad jo judėjimas į priekį sutaptų su srovės kryptimi laide, tada rankenos sukimosi kryptis parodys, kur nukreiptas magnetinis laukas.

3 pav.

„Srovė teka iš mūsų“ - apskritimo viduryje esantis kryžius yra strėlės plunksna, skrendanti už piešinio plokštumos, o ten, kur „Srovė ateina pas mus“, rodomas iš užpakalio skrendančios strėlės galiukas. lapo plokštuma. Bent jau taip paaiškinami šie užrašai, pateikiami fizikos pamokose mokykloje.

4 pav.

Jei kiekvienam laidininkui taikysime gimleto taisyklę, tada, nustačius magnetinio lauko kryptį kiekviename laidininke, galime drąsiai teigti, kad vienodos srovės krypties laidininkai traukia, o jų magnetiniai laukai sumuojasi. Skirtingų krypčių srovės laidininkai atstumia vienas kitą, kompensuojamas jų magnetinis laukas.

Induktorius

Jei srovės laidininkas pagamintas žiedo (posūkio) pavidalu, tada jis turės savo magnetinius polius, šiaurę ir pietus. Tačiau vieno posūkio magnetinis laukas paprastai yra mažas. Daug geresnių rezultatų galima pasiekti apvijus laidą ritės pavidalu. Ši dalis vadinama induktoriumi arba tiesiog induktoriumi. Šiuo atveju atskirų posūkių magnetiniai laukai sumuojasi, vienas kitą sustiprindami.

5 pav.

5 paveiksle parodyta, kaip galima gauti ritės magnetinių laukų sumą. Atrodo, kad kiekvienas posūkis gali būti maitinamas iš savo šaltinio, kaip parodyta Fig. 5.2, bet posūkius lengviau sujungti nuosekliai (tiesiog apvyniokite juos vienu laidu).

Visiškai akivaizdu, kad kuo daugiau ritės apsisukimų, tuo stipresnis jos magnetinis laukas. Magnetinis laukas taip pat priklauso nuo srovės per ritę. Todėl yra gana teisėta įvertinti ritės gebėjimą sukurti magnetinį lauką tiesiog padauginus srovę per ritę (A) iš apsisukimų skaičiaus (W). Ši vertė vadinama amperais – posūkiais.

Šerdies ritė

Ritės sukuriamas magnetinis laukas gali būti žymiai padidintas, jei į ritės vidų įterpiama feromagnetinės medžiagos šerdis. 6 paveiksle parodyta lentelė su santykiniu įvairių medžiagų magnetiniu pralaidumu.

Pavyzdžiui, transformatorinis plienas magnetinį lauką padarys maždaug 7...7,5 tūkstančio kartų stipresnį nei be šerdies. Kitaip tariant, šerdies viduje magnetinis laukas suks magnetinę adatą 7000 kartų stipriau (tai galima įsivaizduoti tik mintyse).

6 pav.

Lentelės viršuje yra paramagnetinės ir diamagnetinės medžiagos. Santykinis magnetinis pralaidumas µ pateikiamas vakuumo atžvilgiu. Vadinasi, paramagnetinės medžiagos šiek tiek sustiprina magnetinį lauką, o diamagnetinės jį silpnina. Apskritai šios medžiagos neturi didelio poveikio magnetiniam laukui. Nors aukštais dažniais grandinėms derinti kartais naudojamos žalvario arba aliuminio šerdys.

Lentelės apačioje yra feromagnetinės medžiagos, kurios žymiai sustiprina srovę nešančios ritės magnetinį lauką. Pavyzdžiui, transformatoriaus plieninė šerdis magnetinį lauką sustiprins lygiai 7500 kartų.

Kaip ir kaip išmatuoti magnetinį lauką

Kai elektros dydžiams matuoti reikėjo vienetų, elektrono krūvis buvo laikomas standartu. Iš elektrono krūvio susidarė labai tikras ir net apčiuopiamas vienetas - kulonas, ir jo pagrindu viskas pasirodė paprasta: amperas, voltas, omas, džaulis, vatas, faradas.

Ką galima laikyti magnetinių laukų matavimo atskaitos tašku? Labai problemiška kažkaip susieti elektroną su magnetiniu lauku. Todėl magnetizmo matavimo vienetas yra laidininkas, kuriuo teka 1 A nuolatinė srovė.

Pagrindinė tokia charakteristika yra įtempimas (H). Tai rodo jėgą, kuria magnetinis laukas veikia aukščiau minėtą bandymo laidininką, jei tai vyksta vakuume. Vakuumas skirtas pašalinti aplinkos įtaką, todėl ši charakteristika – įtampa yra laikoma visiškai gryna. Įtempimo vienetas yra amperas vienam metrui (a/m). Ši įtampa atsiranda 16 cm atstumu nuo laidininko, kurio srovė yra 1 A.

Lauko stiprumas rodo tik teorinį magnetinio lauko gebėjimą. Realų gebėjimą veikti atspindi kita reikšmė – magnetinė indukcija (B). Būtent tai parodo tikrąją jėgą, kuria magnetinis laukas veikia laidininką, kurio srovė yra 1A.

7 pav.

Jei 1 m ilgio laidininku teka 1A srovė ir jis stumiamas (traukiamas) 1 N (102 G) jėga, tai jie sako, kad magnetinės indukcijos vertė tam tikrame taške yra lygiai 1 tesla.

Magnetinė indukcija yra vektorinis dydis, be savo skaitinės reikšmės, jis taip pat turi kryptį, kuri visada sutampa su tiriamosios magnetinės adatos kryptimi tiriamame magnetiniame lauke.

8 pav.

Magnetinės indukcijos vienetas yra Tesla (TL), nors praktikoje dažnai naudojamas mažesnis Gauso vienetas: 1TL = 10 000G. Ar tai daug ar mažai? Magnetinis laukas šalia galingo magneto gali siekti kelias Teslas, prie magnetinio kompaso adatos ne daugiau kaip 100 Gausų, Žemės magnetinis laukas šalia paviršiaus yra maždaug 0,01 Gauso ir net mažesnis.

Magnetinės indukcijos vektorius B charakterizuoja magnetinį lauką tik viename erdvės taške. Norint įvertinti magnetinio lauko poveikį tam tikroje erdvėje, įvedama kita sąvoka: magnetinis srautas (Φ).

Tiesą sakant, tai reiškia magnetinės indukcijos linijų, einančių per tam tikrą erdvę, per tam tikrą sritį, skaičių: Φ = B * S * cosα. Šis paveikslėlis gali būti pavaizduotas lietaus lašų pavidalu: viena linija yra vienas lašas (B), o visa kartu yra magnetinis srautas Φ. Taip atskirų ritės vijų magnetinės maitinimo linijos sujungiamos į bendrą srautą.

9 pav.

SI sistemoje magnetinio srauto vienetas yra Weberis (Wb), toks srautas atsiranda, kai 1 Tesla indukcija veikia 1 kv.m plotą.

Magnetinis srautas įvairiuose įrenginiuose (varikliuose, transformatoriuose ir kt.), kaip taisyklė, eina tam tikru keliu, vadinamu magnetine grandine arba tiesiog magnetine grandine. Jei magnetinė grandinė uždara (žiedinio transformatoriaus šerdis), tai jos varža maža, magnetinis srautas netrukdomas praeina ir koncentruojasi šerdies viduje. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyti ritinių su uždaromis ir atviromis magnetinėmis grandinėmis pavyzdžiai.

10 pav.

Tačiau šerdį galima nupjauti ir iš jos ištraukti gabalėlį, kad susidarytų magnetinis tarpas. Tai padidins bendrą grandinės magnetinę varžą, todėl sumažės magnetinis srautas ir apskritai sumažės indukcija visoje šerdyje. Tai tarsi didelės varžos litavimas nuosekliai į elektros grandinę.

11 pav.

Jei susidaręs tarpas užkimštas plieno gabalėliu, paaiškėja, kad lygiagrečiai su tarpu buvo prijungta papildoma sekcija su mažesne magnetine varža, kuri atkurs sutrikusį magnetinį srautą. Tai labai panašu į šuntą elektros grandinėse. Beje, yra ir magnetinės grandinės dėsnis, kuris vadinamas Omo dėsniu magnetinei grandinei.

12 pav.

Pagrindinė magnetinio srauto dalis eis per magnetinį šuntą. Būtent šis reiškinys naudojamas magnetiniam garso ar vaizdo signalų įrašymui: feromagnetinis juostos sluoksnis padengia magnetinių galvučių šerdies tarpą, o per juostą uždaromas visas magnetinis srautas.

Ritės sukuriamo magnetinio srauto kryptį galima nustatyti taikant dešinės rankos taisyklę: jei keturi ištiesti pirštai rodo srovės kryptį ritėje, tai nykštys parodys magnetinių linijų kryptį, kaip parodyta paveikslėlyje. 13.

13 pav.

Visuotinai pripažįstama, kad magnetinės linijos palieka šiaurinį ašigalį ir patenka į pietus. Todėl nykštis šiuo atveju nurodo pietų ašigalio vietą. Ar tai tiesa, dar kartą galite patikrinti naudodami kompaso adatą.

Kaip veikia elektros variklis?

Yra žinoma, kad elektra gali sukurti šviesą ir šilumą bei dalyvauti elektrocheminiuose procesuose. Supažindinus su magnetizmo pagrindais, galima pakalbėti apie tai, kaip veikia elektros varikliai.

Elektros varikliai gali būti labai skirtingos konstrukcijos, galios ir veikimo principų: pavyzdžiui, nuolatinės ir kintamos srovės, žingsniniai ar komutatoriai. Tačiau esant įvairioms konstrukcijoms, veikimo principas pagrįstas rotoriaus ir statoriaus magnetinių laukų sąveika.

Norint sukurti šiuos magnetinius laukus, srovė praeina per apvijas. Kuo didesnė srovė ir kuo didesnė išorinio magnetinio lauko magnetinė indukcija, tuo variklis galingesnis. Šiam laukui sustiprinti naudojamos magnetinės šerdys, todėl elektros varikliai turi tiek daug plieninių dalių. Kai kuriuose nuolatinės srovės variklių modeliuose naudojami nuolatiniai magnetai.

14 pav.

Čia, galima sakyti, viskas aišku ir paprasta: per laidą praleidome srovę ir gavome magnetinį lauką. Dėl sąveikos su kitu magnetiniu lauku šis laidininkas juda ir atlieka mechaninį darbą.

Sukimosi kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę. Jei keturi ištiesti pirštai nurodo srovės kryptį laidininke, o magnetinės linijos patenka į delną, tai sulenktas nykštys parodys magnetiniame lauke išstumiamo laidininko kryptį.

Elektromagnetizmas – tai visuma reiškinių, kuriuos sukelia elektros srovių ir magnetinių laukų ryšys. Kartais šis ryšys sukelia nepageidaujamą poveikį. Pavyzdžiui, elektros kabeliais tekanti srovė laive sukelia nereikalingą laivo kompaso nukreipimą. Tačiau elektra dažnai sąmoningai naudojama didelio intensyvumo magnetiniams laukams sukurti. Pavyzdys yra elektromagnetai. Šiandien apie juos kalbėsime.

ir magnetinis srautas

Magnetinio lauko intensyvumą galima nustatyti pagal magnetinio srauto linijų skaičių ploto vienete. atsiranda visur, kur teka elektros srovė, o magnetinis srautas ore yra proporcingas pastarajam. Tiesią laidą, tekančią srovę, galima sulenkti į ritę. Esant pakankamai mažam ritės spinduliui, tai padidina magnetinį srautą. Šiuo atveju srovės stiprumas nedidėja.

Magnetinio srauto koncentracijos efektą galima dar labiau sustiprinti padidinus apsisukimų skaičių, tai yra sukant laidą į ritę. Taip pat yra priešingai. Srovę nešančios ritės magnetinis laukas gali būti susilpnintas sumažinus apsisukimų skaičių.

Išveskime svarbų ryšį. Didžiausio magnetinio srauto tankio taške (kur ploto vienete yra daugiausia srauto linijų) ryšys tarp elektros srovės I, laido vijų skaičiaus n ir magnetinio srauto B išreiškiamas taip: In yra proporcingas. į B. 12 A srovė, tekanti per 3 apsisukimų ritę, sukuria lygiai tokį patį magnetinį lauką, kaip ir 3 A srovė, tekanti per 12 apsisukimų ritę. Tai svarbu žinoti sprendžiant praktines problemas.

Solenoidas

Suvyniotos vielos ritė, kuri sukuria magnetinį lauką, vadinama solenoidu. Laidus galima vynioti aplink geležį (geležies šerdį). Tinka ir nemagnetinis pagrindas (pavyzdžiui, oro šerdis). Kaip matote, srovę nešančios ritės magnetiniam laukui sukurti galite naudoti ne tik geležį. Kalbant apie srauto dydį, bet kuri nemagnetinė šerdis yra lygi orui. Tai yra, aukščiau nurodytas ryšys, jungiantis srovę, apsisukimų skaičių ir srautą, šiuo atveju yra gana tiksliai. Taigi, taikant šį principą, srovės nešančios ritės magnetinis laukas gali susilpnėti.

Geležies naudojimas solenoide

Kam geležis naudojama solenoide? Jo buvimas veikia srovės nešančios ritės magnetinį lauką dviem būdais. Jis padidina srovę, dažnai tūkstančius ar daugiau kartų. Tačiau tai gali pažeisti vieną svarbų proporcingą santykį. Mes kalbame apie tą, kuris egzistuoja tarp magnetinio srauto ir srovės ritėse su oro šerdimi.

Mikroskopiniai regionai geležyje, domenai (tiksliau, jie yra pastatyti viena kryptimi, veikiant magnetiniam laukui, kurį sukuria srovė. Dėl to, esant geležinei šerdies, ši srovė sukuria didesnį magnetinį srautą vieneto laido skerspjūvis Taigi srauto tankis ženkliai padidėja Kai visi domenai išsirikiuoja ta pačia kryptimi, toliau didinant srovę (arba ritės apsisukimų skaičių) magnetinio srauto tankis didėja.

Dabar pakalbėkime šiek tiek apie indukciją. Tai svarbi mus dominančios temos dalis.

Srovės ritės magnetinio lauko indukcija

Nors geležies šerdies solenoido magnetinis laukas yra daug stipresnis nei oro šerdies solenoido magnetinis laukas, jo dydį riboja geležies savybės. Teoriškai nėra jokių apribojimų dydžiui, kurį sukuria oro šerdies ritė. Tačiau paprastai yra labai sunku ir brangu gauti milžiniškas sroves, kurių reikia norint sukurti lauką, kurio dydis panašus į geležies šerdies solenoido lauką. Ne visada reikia eiti šiuo keliu.

Kas atsitiks, jei pakeisite srovę nešančios ritės magnetinį lauką? Šis veiksmas gali sukurti elektros srovę taip pat, kaip srovė sukuria magnetinį lauką. Kai magnetas artėja prie laidininko, magnetinės jėgos linijos, kertančios laidininką, sukelia jame įtampą. Indukuotos įtampos poliškumas priklauso nuo magnetinio srauto poliškumo ir kitimo krypties. Šis poveikis yra daug stipresnis ritėje nei atskirame posūkyje: jis yra proporcingas apvijos apsisukimų skaičiui. Esant geležinei šerdies indukuota įtampa solenoide didėja. Taikant šį metodą, laidininkas turi judėti magnetinio srauto atžvilgiu. Jei laidininkas nekerta magnetinio srauto linijų, įtampa neatsiras.

Kaip mes gauname energijos?

Elektros generatoriai gamina srovę tais pačiais principais. Paprastai magnetas sukasi tarp ritinių. Indukuojamos įtampos dydis priklauso nuo magneto lauko dydžio ir jo sukimosi greičio (jie lemia magnetinio srauto kitimo greitį). Įtampa laidininke yra tiesiogiai proporcinga jame esančio magnetinio srauto greičiui.

Daugelyje generatorių magnetas pakeičiamas solenoidu. Norint sukurti magnetinį lauką srovę nešančioje ritėje, solenoidas prijungiamas prie Kokia šiuo atveju bus generatoriaus generuojama elektros galia? Jis lygus įtampos ir srovės sandaugai. Kita vertus, ryšys tarp laidininko srovės ir magnetinio srauto leidžia naudoti magnetiniame lauke elektros srovės sukuriamą srautą mechaniniam judėjimui sukurti. Šiuo principu veikia elektros varikliai ir kai kurie elektriniai matavimo prietaisai. Tačiau norint juose sukurti judėjimą, būtina išleisti papildomą elektros energiją.

Stiprūs magnetiniai laukai

Šiuo metu naudojant galima gauti precedento neturintį ritės su srove magnetinio lauko intensyvumą. Elektromagnetai gali būti labai galingi. Šiuo atveju srovė teka be nuostolių, ty nesukelia medžiagos kaitinimo. Tai leidžia oro šerdies solenoidams prijungti aukštą įtampą ir išvengti prisotinimo apribojimų. Toks galingas srovę nešančios ritės magnetinis laukas atveria labai dideles perspektyvas. Elektromagnetai ir jų pritaikymas ne veltui domina daugelį mokslininkų. Galų gale, stiprūs laukai gali būti naudojami judėti magnetine levitacija ir sukurti naujų tipų elektros variklius ir generatorius. Jie gali turėti didelę galią už mažą kainą.

Srovės ritės magnetinio lauko energiją žmonija aktyviai naudoja. Jis buvo plačiai naudojamas daugelį metų, ypač geležinkeliuose. Dabar kalbėsime apie tai, kaip srovę nešančios ritės magnetinio lauko linijos naudojamos traukinių judėjimui reguliuoti.

Magnetai ant geležinkelių

Geležinkeliuose paprastai naudojamos sistemos, kuriose elektromagnetai ir nuolatiniai magnetai papildo vienas kitą, kad užtikrintų didesnį saugumą. Kaip šios sistemos veikia? Stiprioji tvirtinama arti bėgio tam tikru atstumu nuo šviesoforo. Traukiniui važiuojant virš magneto, nuolatinio plokščiojo magneto ašis vairuotojo kabinoje pasisuka nedideliu kampu, o po to magnetas lieka naujoje padėtyje.

Eismo geležinkelyje reguliavimas

Plokščio magneto judėjimas įjungia pavojaus varpą arba sireną. Tada atsitinka taip. Po poros sekundžių vairuotojo kabina pereina per elektromagnetą, kuris yra prijungtas prie šviesoforo. Jei jis uždega traukiniui žalią šviesą, tada elektromagnetas įjungiamas, o nuolatinio magneto ašis vagone pasisuka į pradinę padėtį, išjungiant signalą salone. Kai šviečia raudonas arba geltonas šviesoforo signalas, elektromagnetas išjungiamas, o po tam tikro uždelsimo automatiškai įjungiamas stabdys, nebent vairuotojas, žinoma, pamiršo tai padaryti. Stabdžių grandinė (taip pat ir garso signalas) prijungiama prie tinklo nuo magneto ašies pasukimo momento. Jei uždelsimo metu magnetas grįžta į pradinę padėtį, stabdys neįsijungia.

Ar žinojai Kas yra minties eksperimentas, gedanken eksperimentas?
Tai neegzistuojanti praktika, anapusinė patirtis, įsivaizdavimas to, ko iš tikrųjų nėra. Minties eksperimentai yra tarsi pabudimo sapnai. Jie pagimdo monstrus. Skirtingai nuo fizinio eksperimento, kuris yra eksperimentinis hipotezių patikrinimas, „mąstymo eksperimentas“ stebuklingai pakeičia eksperimentinį bandymą norimomis išvadomis, kurios nebuvo patikrintos praktiškai, manipuliuodami loginėmis konstrukcijomis, kurios iš tikrųjų pažeidžia pačią logiką, kaip įrodytas naudojant neįrodytas prielaidas, yra pakeičiant. Taigi pagrindinė „minties eksperimentų“ pretendentų užduotis yra apgauti klausytoją ar skaitytoją, tikrą fizinį eksperimentą pakeičiant jo „lėle“ - fiktyviais samprotavimais lygtinai be paties fizinio patikrinimo.
Fiziką pripildžius įsivaizduojamais „minčių eksperimentais“, atsirado absurdiškas, siurrealistinis, painus pasaulio vaizdas. Tikras tyrinėtojas tokius „saldainių popierėlius“ turi atskirti nuo tikrų vertybių.

Reliatyvistai ir pozityvistai teigia, kad „minčių eksperimentai“ yra labai naudinga priemonė teorijų (taip pat kylančių mūsų galvose) nuoseklumui patikrinti. Tuo jie apgaudinėja žmones, nes bet kokį patikrinimą gali atlikti tik nuo patikrinimo objekto nepriklausomas šaltinis. Pats hipotezės pareiškėjas negali būti savo teiginio testu, nes paties šio teiginio priežastis yra pareiškėjo matomų teiginių prieštaravimų nebuvimas.

Tai matome SRT ir GTR pavyzdyje, kurie virto savotiška religija, kontroliuojančia mokslą ir viešąją nuomonę. Jokie jiems prieštaraujantys faktai negali įveikti Einšteino formulės: „Jei faktas neatitinka teorijos, pakeisk faktą“ (Kitoje versijoje „Ar faktas neatitinka teorijos? - Tuo blogiau už faktą“. “).

Maksimalus, ką gali teigti „minčių eksperimentas“, yra tik vidinis hipotezės nuoseklumas paties pareiškėjo, dažnai jokiu būdu netikros, logikos rėmuose. Tai netikrina, kaip laikomasi praktikos. Tikras patikrinimas gali būti atliktas tik atliekant tikrą fizinį eksperimentą.

Eksperimentas yra eksperimentas, nes tai ne minčių tobulinimas, o minties išbandymas. Savaime nuosekli mintis negali savęs patikrinti. Tai įrodė Kurtas Gödelis.

§ 45. Savęs indukcija. Induktyvumas

Jei uždarysite ir atidarysite ritės srovės grandinę (45 pav.), tada aplink ją atsiras ir išnyks magnetinis laukas. Kintantis magnetinis laukas kerta pačios ritės vijas ir sukuria pvz. d.s. saviindukcija. Pasikeitus ritės magnetiniam laukui, jos posūkius kerta jų pačių magnetinės linijos ir joje atsiranda e-banga. d.s. saviindukcija.

Jei ant ritės su apsisukimų skaičiumi W keičiasi srovės srautai aš, tada jis sukuria magnetinį srautą Φ, kertantį jo posūkius.
Vadinamas magnetinio srauto ir apsisukimų skaičiaus sandauga srauto jungtis ir žymimas raide ψ (psi):

ψ = Φ W. (39)

Srauto jungtis ψ, kaip ir magnetinis srautas Φ, matuojamas Webers ( wb).
Srauto jungtis nagrinėjamoje ritėje yra proporcinga srovei, tekančiai per jos posūkius. Štai kodėl

ψ = L I, (40)

Kur L- proporcingumo koeficientas, vadinamas induktyvumu.
Iš (40) formulės matyti, kad induktyvumas nustatomas pagal srauto jungties santykį su srovės stipriu ritėje ir apibūdina ritės gebėjimą sužadinti elektros energiją. d.s. saviindukcija (srauto jungtis).

Induktyvumas matuojamas Henry (H); 1 gn = 1 omų sek. Jei tolygiai pasikeitus srovei laidininke 1 A 1 val sek sukeltas e. d.s. saviindukcija lygi 1 V, tada tokio laidininko induktyvumas yra 1 gn. Mažesnis induktyvumo vienetas vadinamas milihenriu ( akimirksniu); 1 gn = 1000 akimirksniu. Induktyvumo vienetas, kuris yra milijoną kartų mažesnis už Henrį, vadinamas mikrohenriu ( μgn); 1 gn = 1 000 000 μgn = 10 6 mcg n; 1 akimirksniu = 1000 μgn.
Nustatykime ilgio ritės induktyvumą l, turintys posūkius, esančius viename sluoksnyje, per kurį teka srovė aš(ritės ilgis yra 10 ar daugiau kartų didesnis už skersmenį).
Srovė, tekanti per ritės vijas, sužadina magnetinį lauką, kurio intensyvumas

ir magnetinė indukcija

Srovės sukuriamas magnetinis srautas yra

ir srauto jungtis

ψ = Φ W.

Nuo induktyvumo

Transformuodami išraišką (42), gauname induktyvumą:

Taigi, ritės induktyvumas yra tiesiogiai proporcingas jos apsisukimų skaičiaus kvadratui, ritės šerdies medžiagos magnetiniam pralaidumui, jos rėmo skerspjūvio plotui ir atvirkščiai proporcingas ritės ilgiui.

Pavyzdys. Ant rėmo cilindro be šerdies vienu sluoksniu suvyniojama 500 vielos apsisukimų. Ritės rėmo ilgis l = 0,24 m, ir jo skersmuo d = 0,02 m. Nustatykite šios ritės induktyvumą, jei ritę supančio oro magnetinis pralaidumas yra μ a = μ 0 = 4π · 10 -7 g/m.
Sprendimas. Ritės skerspjūvio plotas

Ritės induktyvumas

Skirtingos vielos ritės (apvijos) turi skirtingą induktyvumą. Ritė su plienine šerdimi turi žymiai didesnį induktyvumą nei ritė be šerdies. Jei vielos ritės be šerdies induktyvumą laikysime kaip vieną, tada ritės su plienine šerdimi induktyvumas bus maždaug 3500 kartų didesnis. Tai paaiškinama tuo, kad į ritę, kuria teka srovė, įvedant plieninę šerdį, šerdis yra įmagnetinama, dėl to magnetinis srautas, kertantis ritės posūkius, žymiai padidėja, o srauto jungtis padidėja. Kadangi santykinis plieninės šerdies magnetinis pralaidumas yra maždaug 3500 kartų didesnis nei oro, ritės induktyvumas padidėja tuo pačiu koeficientu, kai pridedama šerdis. Tačiau šis induktyvumas nėra pastovus, nes plieno μ a priklauso nuo lauko stiprumo N, taigi ir srovės stipris apvijoje.
Ritės induktyvumą taip pat lemia jos skerspjūvis ir ilgis. Kuo didesnis skerspjūvis, tuo didesnė induktyvumas. Didėjant ritės ilgiui ir išliekant pastoviam apsisukimų skaičiui, induktyvumas mažėja.