Alapképletek.

Logikus lenne a passzív rádióelemek másik képviselőjéről - az induktorokról - beszélni. De a róluk szóló történetet messziről kell kezdeni, emlékezve a mágneses tér létezésére, mert ez a mágneses tér veszi körül és hatol át a tekercseken, és a mágneses térben, leggyakrabban váltakozva, működnek a tekercsek. Röviden, ez az élőhelyük.

A mágnesesség mint az anyag tulajdonsága

A mágnesesség az anyag egyik legfontosabb tulajdonsága, akárcsak például a tömeg vagy az elektromos tér. A mágnesesség jelenségei, akárcsak az elektromosság, régóta ismertek, de az akkori tudomány nem tudta megmagyarázni e jelenségek lényegét. Egy érthetetlen jelenséget „mágnesességnek” neveztek Magnézia városa után, amely egykor Kis-Ázsiában volt. A közelben bányászott ércből szereztek állandó mágneseket.

Az állandó mágnesek azonban nem különösebben érdekesek e cikk keretein belül. Mivel azt ígérték, hogy az induktorokról lesz szó, akkor nagy valószínűséggel az elektromágnesességről fogunk beszélni, mert korántsem titok, hogy még az árammal ellátott vezeték körül is van mágneses tér.

Modern körülmények között meglehetősen könnyű a mágnesesség jelenségét legalább kezdeti szinten tanulmányozni. Ehhez össze kell állítania egy egyszerű elektromos áramkört egy akkumulátorból és egy zseblámpa izzójából. A mágneses mező, irányának és erősségének mutatójaként használhat egy normál iránytűt.

DC mágneses mező

Mint tudják, az iránytű észak felé mutatja az irányt. Ha a közelben helyezi el a fent említett legegyszerűbb áramkör vezetékeit, és felkapcsolja a villanykörtét, az iránytű tűje kissé el fog térni normál helyzetétől.

Egy másik izzó párhuzamos csatlakoztatásával megduplázhatja az áramkör áramát, aminek következtében a nyíl elfordulási szöge kissé megnő. Ez azt jelzi, hogy az áramot vezető vezeték mágneses tere nagyobb lett. Ezen az elven működnek a mutatós mérőműszerek.

Ha az akkumulátor polaritása megfordul, akkor az iránytű tűje elfordítja a másik végét - a vezetékekben a mágneses mező iránya is megváltozott. Amikor az áramkört kikapcsolják, az iránytű tűje visszatér a megfelelő helyzetébe. A tekercsben nincs áram, és nincs mágneses tér sem.

Mindezekben a kísérletekben az iránytű egy tesztmágneses tű szerepét tölti be, mint ahogy az állandó elektromos tér vizsgálatát egy tesztelektromos töltés végzi.

Ilyen egyszerű kísérletek alapján megállapíthatjuk, hogy a mágnesesség az elektromos áram hatására születik: minél erősebb ez az áram, annál erősebbek a vezető mágneses tulajdonságai. Akkor honnan jön az állandó mágnesek mágneses tere, hiszen senki sem kötött rájuk vezetékes akkumulátort?

A tudományos alapkutatások bebizonyították, hogy az állandó mágnesesség elektromos jelenségeken alapul: minden elektron a saját elektromos terében van, és elemi mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Csak a legtöbb anyagban ezek a tulajdonságok semlegesítik egymást, és néhányban valamilyen oknál fogva egyetlen nagy mágnessé egyesülnek.

Természetesen a valóságban nem minden olyan primitív és egyszerű, de általában még az állandó mágneseknek is megvannak a csodálatos tulajdonságai az elektromos töltések mozgása miatt.

Milyen mágneses vonalak ezek?

A mágneses vonalak vizuálisan láthatók. Az iskolai fizikaórákon erre a célra fémreszeléket öntenek egy kartonlapra, alá pedig állandó mágnest helyeznek el. Egy kartonlap enyhe megérintésével az 1. ábrán látható képet érheti el.

1. kép

Könnyen belátható, hogy a mágneses erővonalak elszakadás nélkül elhagyják az északi pólust és behatolnak a délibe. Persze mondhatjuk, hogy pont fordítva, délről északra, de ez így van, tehát északról délre. Ugyanúgy, ahogy egykor elfogadták az áram irányát pluszból mínuszba.

Ha állandó mágnes helyett árammal áramló vezetéket vezetsz át a kartonon, akkor a fémreszeléken mágneses mező látható, a vezető. Ez a mágneses mező koncentrikus körvonalaknak tűnik.

A mágneses mező tanulmányozásához fűrészpor nélkül is megteheti. Elég egy vizsgálómágneses tűt megmozgatni egy áramvezető vezető körül, hogy lássuk, a mágneses erővonalak valóban zárt koncentrikus körök. Ha a teszt nyilat abba az irányba mozgatja, amerre a mágneses tér eltéríti, akkor minden bizonnyal ugyanoda tér vissza, ahonnan elindult. Csakúgy, mint a Föld körül járni: ha úgy mész, hogy sehova sem fordulsz, előbb-utóbb ugyanoda érsz.

2. ábra.

Az áramvezető mágneses mező irányát a fába lyukak fúrására szolgáló szerszám, a karmantyú szabálya határozza meg. Itt minden nagyon egyszerű: a kardánt úgy kell forgatni, hogy előrefelé irányuló mozgása egybeessen a vezetékben lévő áram irányával, majd a fogantyú forgási iránya megmutatja, hová irányul a mágneses mező.

3. ábra.

"Az áram tőlünk jön" - a kör közepén lévő kereszt egy nyíl tolla, amely túlrepül a rajz síkján, és ahol "Az áramlat hozzánk jön" egy hátulról repülő nyíl hegyét mutatja. a lap síkja. Legalábbis ez a magyarázata ezeknek az iskolai fizikaórákon adott jelöléseknek.

4. ábra.

Ha minden egyes vezetőre alkalmazzuk a gimlet-szabályt, akkor az egyes vezetőkben a mágneses tér irányának meghatározása után bátran kijelenthetjük, hogy az azonos áramirányú vezetők vonzzák egymást, és mágneses mezőik összeadódnak. A különböző irányú áramú vezetők taszítják egymást, mágneses mezőjük kompenzálva van.

Induktor

Ha egy áramvezető vezetőt gyűrű (fordulat) formájában készítenek, akkor saját mágneses pólusai lesznek északon és délen. De egy fordulat mágneses tere általában kicsi. Sokkal jobb eredmény érhető el, ha a vezetéket tekercs formájában feltekerjük. Ezt a részt induktornak vagy egyszerűen induktornak nevezik. Ilyenkor az egyes fordulatok mágneses tere összeadódik, kölcsönösen erősítve egymást.

5. ábra.

Az 5. ábra azt mutatja, hogy a tekercs mágneses mezőinek összegét hogyan kaphatjuk meg. Úgy tűnik, hogy minden fordulat saját forrásból táplálható, amint az az ábrán látható. 5.2, de egyszerűbb a meneteket sorba kötni (csak egy vezetékkel tekerje fel).

Nyilvánvaló, hogy minél több fordulattal rendelkezik egy tekercs, annál erősebb a mágneses tere. A mágneses tér a tekercsen áthaladó áramtól is függ. Ezért teljesen jogos megbecsülni a tekercs azon képességét, hogy mágneses mezőt hozzon létre, egyszerűen megszorozva a tekercsen áthaladó áramot (A) a fordulatok számával (W). Ezt az értéket amper-fordulatoknak nevezzük.

Magtekercs

A tekercs által keltett mágneses mező jelentősen növelhető, ha a tekercs belsejébe ferromágneses anyagú magot helyezünk. A 6. ábrán egy táblázat látható a különböző anyagok relatív mágneses permeabilitásával.

Például a transzformátoracél körülbelül 7...7,5 ezerszer erősebbé teszi a mágneses teret, mint mag hiányában. Más szóval, a mag belsejében a mágneses tér 7000-szer erősebben forgatja a mágnestűt (ezt csak mentálisan lehet elképzelni).

6. ábra.

A táblázat tetején paramágneses és diamágneses anyagok találhatók. A relatív mágneses permeabilitás µ a vákuumhoz viszonyítva van megadva. Következésképpen a paramágneses anyagok kissé erősítik a mágneses teret, a diamágneses anyagok pedig kissé gyengítik. Általában ezek az anyagok nem gyakorolnak nagy hatást a mágneses térre. Bár magas frekvenciákon néha sárgaréz vagy alumínium magokat használnak az áramkörök hangolására.

A táblázat alján ferromágneses anyagok találhatók, amelyek jelentősen fokozzák az áramot vezető tekercs mágneses terét. Például egy transzformátor acél magja pontosan 7500-szor erősebbé teszi a mágneses teret.

Hogyan és hogyan mérjük a mágneses teret

Amikor az elektromos mennyiségek mérésére egységekre volt szükség, az elektron töltését vették szabványnak. Az elektron töltéséből egy nagyon valóságos és még kézzelfogható egység alakult ki - a coulomb, és ennek alapján minden egyszerűnek bizonyult: amper, volt, ohm, joule, watt, farad.

Mi tekinthető kiindulási pontnak a mágneses mezők mérésénél? Nagyon problémás egy elektront valamilyen módon mágneses térhez kötni. Ezért a mágnesesség mértékegysége egy vezető, amelyen 1 A egyenáram folyik át.

A fő ilyen jellemző a feszültség (H). Megmutatja, hogy a mágneses tér mekkora erővel hat a fent említett tesztvezetőre, ha ez vákuumban történik. A vákuum célja, hogy kizárja a környezet hatását, ezért ez a jellemző - feszültség teljesen tiszta. A feszültség mértékegysége amper per méter (a/m). Ez a feszültség 16 cm távolságban jelenik meg az 1A áramot hordozó vezetőtől.

A térerősség csak a mágneses tér elméleti képességét jelzi. A valódi cselekvőképességet egy másik érték, a mágneses indukció (B) tükrözi. Ez mutatja azt a valós erőt, amellyel a mágneses tér 1A áramú vezetőre hat.

7. ábra.

Ha egy 1 m hosszú vezetőben 1A áram folyik, és azt 1 N (102 G) erővel tolják (vonják), akkor azt mondják, hogy a mágneses indukció értéke egy adott pontban pontosan 1 tesla.

A mágneses indukció vektormennyiség a számértéke mellett, van iránya is, amely mindig egybeesik a vizsgált mágneses térben a vizsgált mágneses tű irányával.

8. ábra.

A mágneses indukció mértékegysége a Tesla (TL), bár a gyakorlatban gyakran használják a kisebb Gauss-egységet: 1TL = 10 000G. Sok vagy kevés? A mágneses mező egy erős mágnes közelében több Teslát is elérhet, a mágneses iránytű tű közelében legfeljebb 100 Gauss, a Föld mágneses tere a felszín közelében körülbelül 0,01 Gauss és még ennél is alacsonyabb.

A B mágneses indukciós vektor csak a tér egy pontjában jellemzi a mágneses teret. A mágneses tér hatásának értékelésére egy bizonyos térben egy másik fogalmat vezetnek be: a mágneses fluxust (Φ).

Valójában az adott téren, valamilyen területen áthaladó mágneses indukciós vonalak számát jelenti: Φ=B*S*cosα. Ezt a képet esőcseppek formájában is ábrázolhatjuk: egy vonal egy csepp (B), és együtt a Φ mágneses fluxus. Így kapcsolódnak közös fluxussá a tekercs egyes meneteinek mágneses tápvezetékei.

9. ábra.

Az SI rendszerben a mágneses fluxus mértékegysége Weber (Wb), ilyen fluxus akkor lép fel, ha 1 Tesla indukció hat 1 négyzetméteres területen.

A különféle eszközökben (motorokban, transzformátorokban stb.) A mágneses fluxus általában egy bizonyos úton halad át, amelyet mágneses áramkörnek vagy egyszerűen mágneses áramkörnek neveznek. Ha a mágneses áramkör zárt (gyűrűs transzformátor magja), akkor az ellenállása kicsi, a mágneses fluxus akadálytalanul halad át és a mag belsejében koncentrálódik. Az alábbi ábra példákat mutat be zárt és nyitott mágneses áramkörű tekercsekre.

10. ábra.

De a mag lefűrészelhető, és egy darabot ki lehet húzni belőle, hogy mágneses rés keletkezzen. Ez növeli az áramkör általános mágneses ellenállását, ezáltal csökkenti a mágneses fluxust, és összességében az indukció a teljes magban csökken. Ez olyan, mintha egy nagy ellenállást sorba forrasztana egy elektromos áramkörbe.

11. ábra.

Ha a keletkező rést egy acéldarabbal blokkolják, kiderül, hogy a résszel párhuzamosan egy további kisebb mágneses ellenállású szakaszt csatlakoztattak, amely helyreállítja a zavart mágneses fluxust. Ez nagyon hasonlít az elektromos áramkörök söntjéhez. Egyébként a mágneses áramkörre is van törvény, amit a mágneses áramkör Ohm-törvényének neveznek.

12. ábra.

A mágneses fluxus fő része átmegy a mágneses sönton. Ezt a jelenséget használják az audio- vagy videojelek mágneses rögzítésekor: a szalag ferromágneses rétege lefedi a mágneses fejek magjában lévő rést, és a teljes mágneses fluxus a szalagon keresztül záródik.

A tekercs által keltett mágneses fluxus iránya a jobbkéz szabály segítségével határozható meg: ha négy kinyújtott ujj jelzi a tekercsben lévő áram irányát, akkor a hüvelykujj a mágneses vonalak irányát mutatja, ahogy az ábra mutatja. 13.

13. ábra.

Általánosan elfogadott, hogy a mágneses vonalak elhagyják az északi pólust és belépnek a délre. Ezért a hüvelykujj ebben az esetben a déli pólus helyét jelzi. Az iránytű segítségével ellenőrizheti, hogy ez ismét igaz-e.

Hogyan működik egy villanymotor?

Ismeretes, hogy az elektromosság fényt és hőt hozhat létre, és részt vehet az elektrokémiai folyamatokban. A mágnesesség alapjainak bemutatása után beszélhetünk az elektromos motorok működéséről.

Az elektromos motorok felépítése, teljesítménye és működési elve nagyon eltérő lehet: például egyen- és váltóáramú, léptetős vagy kommutátoros. De sokféle kialakítás mellett a működés elve a forgórész és az állórész mágneses mezőinek kölcsönhatásán alapul.

E mágneses mezők létrehozásához áramot vezetnek át a tekercseken. Minél nagyobb az áramerősség és minél nagyobb a külső mágneses tér mágneses indukciója, annál erősebb a motor. Mágneses magokat használnak ennek a mezőnek a fokozására, ezért van az elektromos motorokban annyi acél alkatrész. Néhány egyenáramú motormodell állandó mágnest használ.

14. ábra.

Itt azt mondhatjuk, hogy minden világos és egyszerű: áramot vezettünk át egy vezetéken, és mágneses mezőt kaptunk. Egy másik mágneses térrel való kölcsönhatás hatására ez a vezető elmozdul, és mechanikai munkát is végez.

A forgásirány a balkéz szabállyal határozható meg. Ha négy kinyújtott ujj jelzi az áram irányát a vezetőben, és a mágneses vonalak a tenyérbe lépnek, akkor a hajlított hüvelykujj jelzi a vezető kiszorításának irányát a mágneses térben.

Mágneses tér és induktivitás

Mágneses mező keletkezik minden olyan vezető körül, amelyen keresztül áramlik. Ezt a hatást elektromágnesességnek nevezik. Mágneses mezők befolyás szintezés elektronok az atomokban, és okozhat térben fejlődni képes fizikai erő. Mint elektromos mezők, a mágneses mezők teljesen elfoglalhatják üres tér, És befolyásolja az anyagot a távolságon.

A mágneses mezőnek két fő jellemzője van: a magnetomotoros erő és a mágneses fluxus. A tér teljes mennyiségét vagy hatását mágneses fluxusnak nevezzük, és azt az erőt, amely ezt a mágneses fluxust létrehozza a térben, magnetomotoros erőnek. Ez a két jellemző nagyjából analóg az elektromos feszültséggel (magnetomotoros erő) és az elektromos árammal (mágneses fluxus) a vezetőben. A mágneses fluxus, ellentétben az elektromos árammal (ami csak ott van, ahol szabad elektronok vannak), teljesen üres térben terjedhet. A tér ugyanúgy ellenáll a mágneses áramlásnak, mint a vezető az elektromos áramnak. A mágneses fluxus nagysága egyenlő a magnetomotoros erő és a közeg ellenállása osztva.

A mágneses tér eltér az elektromos tértől. Ha az elektromos tér a rendelkezésre álló eltérő töltések számától függ (minél több az egyik típusú, a másikon az ellenkező típusú elektromos töltés, annál nagyobb az elektromos tér ezek között a vezetők között), akkor a mágneses mezőt az áramlás hozza létre. elektronok (minél intenzívebb az elektronok mozgása, annál nagyobb a mágneses tér körülöttük).

A mágneses tér energiájának tárolására képes eszközt induktornak nevezzük. A tekercs alakja sokkal erősebb mágneses teret hoz létre, mint egy normál egyenes vezető. Az induktor szerkezeti alapja egy dielektromos keret, amelyre egy huzal spirál formájában van feltekerve (keret nélküli tekercsek is léteznek). A tekercs lehet egyrétegű vagy többrétegű. Mágneses magokat használnak az induktivitás növelésére. A tekercs belsejében elhelyezett mag koncentrálja a mágneses teret, és ezáltal növeli annak induktivitását.

Az induktorok szimbólumai az elektromos diagramokon a következők:

Mivel az elektromos áram koncentrált mágneses teret hoz létre a tekercs körül, ennek a mezőnek a mágneses fluxusa egyenlő energiatárolás (amelynek megőrzése annak köszönhető kinetikus mozgás elektronok a tekercsen keresztül). Minél nagyobb az áram a tekercsben, annál erősebb a mágneses tér, ill annál több energia.

tárolja az induktort Mert induktorok megment kinetikus energia mozgó elektronok mágneses tér formájában, elektromos áramkörben viselkednek teljesen más, mint ellenállások (amelyek egyszerűen hő formájában). Az áramon alapuló energiatárolási képesség lehetővé teszi az induktor számára, hogy ezt az áramot állandó szinten tartsa. Más szóval, ellenáll az áram változásainak. Amikor az áram a tekercsen keresztül növekszik vagy csökken, ő gyártja feszültség, amelynek polaritása ellentétes ezekkel a változásokkal.

Több energia tárolásához növelni kell az induktoron áthaladó áramot. Ebben az esetben a mágneses térerősség megnő, ami feszültség megjelenéséhez vezet az elektromágneses önindukció elve szerint. Ezzel szemben, hogy energiát szabadítson fel a tekercsből, csökkenteni kell a rajta áthaladó áramot. Ebben az esetben a mágneses térerősség csökken, ami ellentétes polaritású feszültség megjelenéséhez vezet.

Emlékezzen Newton első törvényére, amely kimondja, hogy minden testet továbbra is nyugalmi állapotban vagy egyenletes és lineáris mozgásban tartanak mindaddig, amíg az alkalmazott erők rá nem kényszerítik ezen állapot megváltoztatására. Az induktortekercseknél a helyzet megközelítőleg ugyanaz: „a tekercsen áthaladó elektronok általában mozgásban maradnak, a nyugalmi elektronok pedig általában nyugalomban maradnak”. Hipotetikusan zárlatos induktor bameddig kívánják, karbantarthatók állandó sebesség elektronáramlás külső segítség nélkül:

A gyakorlatban az induktor csak szupravezetők használata esetén képes állandó áramot fenntartani. A közönséges vezetékek ellenállása elkerülhetetlenül csillapítja az elektronok áramlását (külső energiaforrás nélkül).

Amikor a tekercsen áthaladó áram növekszik, olyan feszültséget hoz létre, amelynek polaritása ellentétes az elektronok áramlásával. Ebben az esetben az induktor terhelésként működik. Ahogy mondani szokták, „feltöltődik”, ahogy egyre több energia raktározódik el mágneses terén. A következő képen kb figyelni feszültség polaritás

Ezzel szemben, amikor a tekercsen áthaladó áram csökken, a kapcsain feszültség jelenik meg, amelynek polaritása megfelel az elektronok áramlásának. Ebben az esetben az induktor áramforrásként működik. Mágneses térenergiát bocsát ki az áramkör többi részébe. figyelni feszültség polaritás az áram irányához képest:

Ha egy nem mágnesezett induktort áramforráshoz csatlakoztatunk, akkor a kezdeti pillanatban ellenáll az elektronok áramlásának, átadva a forrás teljes feszültségét. Ahogy az áramerősség növekedni kezd, a tekercs körül létrejövő mágneses tér erőssége megnő, elnyeli az energiát az áramforrásból. Végül az áram eléri a maximális értékét, és megáll a növekedésben. Ebben a pillanatban a tekercs leáll energiát felvenni tápegységrőlÉs kivezetésein a feszültség a minimális szintre csökken(amíg az áram marad maximális szinten). Így, ahogy több energiát tárolunk, az induktoron áthaladó áram növekszik, és a kapcsai feszültsége csökken. Vegye figyelembe, hogy ez a viselkedés teljesen ellentétes a kondenzátor viselkedésével,amelyben a szám növekedésea tárolt energia feszültségnövekedéshez vezet a kapcsain. Ha kondenzátorok tárolt energiát használjon karbantartani állandó feszültség, majd az induktorok ezt az energiát használják fel fenntartása állandó áramérték.

Az, hogy a tekercshuzal milyen anyagból készül, jelentős hatással van az adott áramerősség által létrehozott mágneses fluxusra (és ezáltal a tárolt energia mennyiségére). Az anyag, amelyből az induktormag készül, szintén befolyásolja a mágneses fluxust: egy ferromágneses anyag (például vas) erősebb fluxust hoz létre, mint egy nem mágneses anyag (például alumínium vagy levegő).

Az induktor azon képességét, hogy elektromos áramforrásból energiát nyer ki és azt mágneses tér formájában tárolja, ún. induktivitás. Az induktivitás az áramváltozásokkal szembeni ellenállás mértéke is. Az induktivitás jelölésére használják "L" karakter, és benne van mérve Henry, rövidítve "Hn"

Tudtad, Mi az a gondolatkísérlet, gedanken kísérlet?
Ez egy nem létező gyakorlat, egy túlvilági tapasztalat, egy olyan dolog képzelete, ami valójában nem létezik. A gondolatkísérletek olyanok, mint az éber álmok. Szörnyeket szülnek. Ellentétben a fizikai kísérlettel, amely hipotézisek kísérleti tesztje, a „gondolatkísérlet” varázslatosan helyettesíti a kísérleti tesztelést a kívánt következtetésekkel, amelyeket a gyakorlatban még nem teszteltek, manipulálva azokat a logikai konstrukciókat, amelyek valójában magát a logikát sértik, bizonyított premisszákként használva, van, helyettesítéssel. A „gondolatkísérletekre” jelentkezők fő feladata tehát az, hogy megtévesszék a hallgatót vagy az olvasót azzal, hogy egy valódi fizikai kísérletet a „babájával” helyettesítenek - feltételesen szabadlábra helyezett fiktív érveléssel, maga a fizikai ellenőrzés nélkül.
A fizika képzeletbeli, „gondolatkísérletekkel” való megtöltése egy abszurd, szürreális, zavaros világkép kialakulásához vezetett. Egy igazi kutatónak meg kell különböztetnie az ilyen „cukorkapapírt” a valódi értékektől.

A relativisták és a pozitivisták azzal érvelnek, hogy a „gondolatkísérletek” nagyon hasznos eszközt jelentenek az elméletek (amelyek a fejünkben is felmerül) konzisztencia ellenőrzésére. Ezzel megtévesztik az embereket, hiszen bármilyen ellenőrzést csak az ellenőrzés tárgyától független forrás végezhet. Maga a hipotézis kérelmezője nem lehet saját kijelentésének próbája, hiszen ennek az állításnak magának az az oka, hogy az állításban nincs ellentmondás a kérelmező számára.

Ezt látjuk az SRT és a GTR példáján, amelyek egyfajta tudományt és közvéleményt irányító vallássá változtak. Semmiféle ellentmondó tény nem tudja felülmúlni Einstein képletét: „Ha egy tény nem felel meg az elméletnek, változtasd meg a tényt” (Egy másik változatban: „A tény nem felel meg az elméletnek? – Annál rosszabb a tény ”).

A maximum, amit egy „gondolatkísérlet” állíthat, az csak a hipotézis belső konzisztenciája a pályázó saját, sokszor egyáltalán nem igaz logikájának keretei között. Ez nem ellenőrzi a gyakorlat betartását. Valódi ellenőrzés csak tényleges fizikai kísérletben történhet.

A kísérlet azért kísérlet, mert nem a gondolat finomítása, hanem a gondolat próbája. Az önkonzisztens gondolat nem tudja igazolni önmagát. Ezt Kurt Gödel is bebizonyította.

Az elektromágnesesség olyan jelenségek összessége, amelyeket elektromos áramok és mágneses mezők összekapcsolódása okoz. Néha ez a kapcsolat nemkívánatos hatásokhoz vezet. Például a hajón elektromos kábeleken átfolyó áram a hajó iránytűjének szükségtelen elhajlását okozza. Az elektromosságot azonban gyakran szándékosan használják nagy intenzitású mágneses mezők létrehozására. Ilyen például az elektromágnesek. Ma róluk fogunk beszélni.

és a mágneses fluxus

A mágneses tér intenzitása az egységnyi területen lévő mágneses fluxusvonalak számával határozható meg. mindenhol előfordul, ahol elektromos áram folyik, és a levegőben lévő mágneses fluxus arányos ez utóbbival. Az áramot vezető egyenes vezetéket tekercsbe lehet hajlítani. A tekercs kellően kis sugara esetén ez a mágneses fluxus növekedéséhez vezet. Ebben az esetben az áramerősség nem növekszik.

A mágneses fluxus koncentrációjának hatása tovább fokozható a menetszám növelésével, vagyis a vezeték tekercsbe csavarásával. Ennek az ellenkezője is igaz. Az áramvezető tekercs mágneses tere a fordulatok számának csökkentésével gyengíthető.

Vezessünk le egy fontos összefüggést. A maximális mágneses fluxussűrűség pontján (ahol a legtöbb fluxusvonal van egységnyi területen) az I elektromos áram, az n huzal fordulatszáma és a B mágneses fluxus közötti összefüggés a következőképpen fejeződik ki: In arányos A 3 menetes tekercsen átfolyó 12 A-es áram pontosan ugyanolyan mágneses teret hoz létre, mint a 12 menetes tekercsen átfolyó 3 A-es áram. Ezt fontos tudni a gyakorlati problémák megoldása során.

Szolenoid

A mágneses teret létrehozó, tekercselt huzal tekercset mágnestekercsnek nevezzük. A vezetékek a vas köré tekerhetők (vasmag). Nem mágneses alap (például levegőmag) is megfelelő. Amint látja, nem csak vasat használhat egy áramvezető tekercs mágneses mezőjének létrehozására. A fluxus nagyságát tekintve bármely nem mágneses mag egyenértékű a levegővel. Vagyis a fenti, áramot, fordulatszámot és fluxust összekötő összefüggés ebben az esetben elég pontosan teljesül. Így az áramvezető tekercs mágneses tere gyengülhet, ha ezt az elvet alkalmazzuk.

Vas használata mágnesszelepben

Mire használják a vasat a mágnesszelepben? Jelenléte kétféleképpen hat az áramvezető tekercs mágneses terére. Növeli az áramerősséget, gyakran több ezerszeresére vagy még többre. Ez azonban megsérthet egy fontos arányos viszonyt. Arról beszélünk, amely a mágneses fluxus és az áram között van légmagos tekercsekben.

Mikroszkopikus régiók a vasban, domének (pontosabban egy irányban épülnek fel egy áram által létrehozott mágneses tér hatására. Ennek eredményeként vasmag jelenlétében ez az áram nagyobb mágneses fluxust hoz létre perenként egységnyi vezeték keresztmetszete Így a fluxussűrűség jelentősen megnövekszik Ha minden tartomány egy irányba sorakozik, az áram (vagy a tekercs menetszámának) további növekedése csak kis mértékben növeli a mágneses fluxus sűrűségét.

Most beszéljünk egy kicsit az indukcióról. Ez egy fontos része a minket érdeklő témának.

Az áramtekercs mágneses térindukciója

Bár a vasmagos szolenoid mágneses tere sokkal erősebb, mint a levegőmagos szolenoid mágneses tere, nagyságát a vas tulajdonságai korlátozzák. Elméletileg nincs korlátozva a légmagos tekercs által létrehozott méret. Általában azonban nagyon nehéz és költséges előállítani azokat a hatalmas áramokat, amelyek ahhoz szükségesek, hogy egy vasmagos mágnesszelephez hasonló nagyságú mezőt hozzanak létre. Nem kell mindig ezt az utat járni.

Mi történik, ha megváltoztatjuk egy áramvezető tekercs mágneses terét? Ez a művelet ugyanúgy képes elektromos áramot létrehozni, mint az áram mágneses teret. Amikor egy mágnes megközelíti a vezetőt, a vezetőt keresztező mágneses erővonalak feszültséget indukálnak benne. Az indukált feszültség polaritása a mágneses fluxus polaritásától és változási irányától függ. Ez a hatás sokkal erősebb egy tekercsben, mint egy egyedi menetben: arányos a tekercs meneteinek számával. Vasmag jelenlétében a mágnesszelep indukált feszültsége megnő. Ezzel a módszerrel a vezetőt a mágneses fluxushoz képest el kell mozgatni. Ha a vezető nem keresztezi a mágneses fluxusvonalakat, nem lép fel feszültség.

Hogyan szerezzünk energiát?

Az elektromos generátorok ugyanezen elvek alapján állítják elő az áramot. A mágnes általában a tekercsek között forog. Az indukált feszültség nagysága a mágnes mezőjének nagyságától és forgási sebességétől függ (ezek határozzák meg a mágneses fluxus változási sebességét). A vezető feszültsége egyenesen arányos a benne lévő mágneses fluxus sebességével.

Sok generátorban a mágnest mágnesszelep helyettesíti. Áramvezető tekercsben mágneses mező létrehozásához a mágnesszelepet a Mekkora lesz ebben az esetben a generátor által termelt elektromos teljesítmény? Ez egyenlő a feszültség és az áram szorzatával. Másrészt a vezetőben lévő áram és a mágneses fluxus közötti kapcsolat lehetővé teszi, hogy a mágneses térben elektromos áram által létrehozott fluxust mechanikai mozgás létrehozására használják fel. Az elektromos motorok és néhány elektromos mérőműszer ezen az elven működik. Ahhoz azonban, hogy mozgást hozzon létre bennük, további elektromos energiát kell felhasználni.

Erős mágneses mezők

Jelenleg a tekercs mágneses mezőjének soha nem látott intenzitása érhető el árammal. Az elektromágnesek nagyon erősek lehetnek. Ebben az esetben az áram veszteség nélkül folyik, azaz nem okozza az anyag felmelegedését. Ez lehetővé teszi nagy feszültségek alkalmazását a levegőmag mágnestekercseken, és elkerüli a telítési korlátozásokat. Az áramvezető tekercs ilyen erős mágneses tere nagyon nagy távlatokat nyit meg. Az elektromágnesek és alkalmazásaik jó okkal érdekesek sok tudós számára. Végtére is, az erős mezőket mágneses levitációra lehet használni, és új típusú villanymotorokat és generátorokat lehet létrehozni. Alacsony költség mellett nagy teljesítményre képesek.

Az emberiség aktívan használja az áramtekercs mágneses terének energiáját. Évek óta széles körben alkalmazzák, különösen a vasúton. Most arról lesz szó, hogy az áramvezető tekercs mágneses erővonalait hogyan használják a vonatok mozgásának szabályozására.

Mágnesek a vasúton

A vasutak jellemzően olyan rendszereket használnak, amelyekben az elektromágnesek és az állandó mágnesek kiegészítik egymást a nagyobb biztonság érdekében. Hogyan működnek ezek a rendszerek? Az erős a sínhez van rögzítve, bizonyos távolságra a közlekedési lámpáktól. Ahogy a vonat áthalad a mágnesen, a vezetőfülkében lévő állandó lapos mágnes tengelye kis szögben elfordul, majd a mágnes az új pozícióban marad.

A vasúti forgalom szabályozása

Egy lapos mágnes mozgása riasztócsengőt vagy szirénát indít el. Ezután a következő történik. Néhány másodperc múlva a vezetőfülke áthalad az elektromágnesen, amely a közlekedési lámpához van csatlakoztatva. Ha zöld utat ad a vonatnak, akkor az elektromágnes feszültség alá kerül, és az állandó mágnes tengelye a kocsiban az eredeti helyzetébe fordul, kikapcsolva a jelzést a kabinban. Amikor a közlekedési lámpa piros vagy sárga, az elektromágnes kikapcsol, majd bizonyos késleltetés után automatikusan bekapcsol a fék, kivéve persze, ha a vezető elfelejtette ezt megtenni. A fékáramkör (valamint a hangjelzés) a mágnes tengelyének elfordításától kezdve csatlakozik a hálózathoz. Ha a mágnes a késleltetés alatt visszatér eredeti helyzetébe, a fék nem kapcsol be.

A mágneses mezőnek a tér bizonyos részében való koncentrálásához egy tekercset készítenek egy vezetékből, amelyen áramot vezetnek át.

A mező mágneses indukciójának növelése a tekercs fordulatszámának növelésével és acél magra helyezésével érhető el, amelynek molekuláris áramai saját mezőt létrehozva növelik a tekercs keletkező mezőjét.

Rizs. 3-11. Gyűrűs tekercs.

Egy gyűrűs tekercs (3-11. ábra) w menete egyenletesen oszlik el egy nem mágneses mag mentén. Az átlagos mágneses vonallal egybeeső sugarú kör által határolt felületet teljes áram hatol át.

A szimmetriából adódóan a H térerősség az átlagos mágneses vonalon minden ponton azonos, ezért a ppm.

Az összáram törvénye szerint

honnan a mágneses térerősség az átlagos mágneses vonalon, amely egybeesik a gyűrűtekercs középvonalával,

és mágneses indukció

Amikor a mágneses indukció a középvonalon kellő pontossággal tekinthető annak átlagos értékével megegyező, és ennek következtében a tekercs keresztmetszetén átmenő mágneses fluxus

A (3-20) egyenlet megadható az Ohm-törvény alakjában egy mágneses áramkörre

ahol Ф a mágneses fluxus; - m.d.s.; - a mágneses áramkör (mag) ellenállása.

A (3-21) egyenlet hasonló az Ohm-törvény elektromos áramkörre vonatkozó egyenletéhez, azaz a mágneses fluxus egyenlő a ppm arányával. az áramkör mágneses ellenállására.

Rizs. 3-12. Hengeres tekercs.

A hengeres tekercs (3-12. ábra) egy kellõen nagy sugarú gyûrûtekercs részének tekinthetõ, és a tekercselés csak a mag azon részén található, amelynek hossza megegyezik a tekercs hosszával. A térerősséget és a mágneses indukciót a hengeres tekercs közepén lévő axiális vonalon a (3-18) és (3-19) képlet határozza meg, amelyek ebben az esetben hozzávetőlegesek és csak a (3. ábra) 12).

Példa 3-5. Nem ferromágneses anyagú maggal, 2000 fordulatszámú hengeres tekercs hossza 30 cm, átmérője 5 cm. Határozzuk meg a tekercs mágneses fluxusát, amikor az áramerősség 5 A.

Mágneses fluxus tekercs