من الأهمية العملية أن يكون المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار. يوضح الشكل 97 ملفًا يتكون من عدد كبيرملفوف من الأسلاك على إطار خشبي. عندما يكون هناك تيار في الملف ، تنجذب برادة الحديد إلى نهاياتها ؛ وعندما يتم إيقاف التيار ، فإنها تسقط.

أرز. 97. جذب برادة الحديد بواسطة ملف مع التيار

إذا تم تعليق ملف به تيار على موصلات رفيعة ومرنة ، فسيتم تثبيته بنفس طريقة إبرة البوصلة المغناطيسية. سيواجه أحد طرفي الملف الشمال والآخر يواجه الجنوب. هذا يعني أن الملف الذي يحتوي على تيار ، مثل الإبرة المغناطيسية ، له قطبان - الشمال والجنوب (الشكل 98).

أرز. 98. أقطاب الملف مع التيار

يوجد مجال مغناطيسي حول ملف حمل تيار. يمكن اكتشافه ، مثل الحقل الحالي المباشر ، باستخدام نشارة الخشب (الشكل 99). الخطوط المغناطيسية للمجال المغناطيسي للملف مع التيار هي أيضًا منحنيات مغلقة. من المقبول عمومًا أنه خارج الملف يتم توجيههم منه القطب الشماليلفائف إلى الجنوب (انظر الشكل 99).

أرز. 99. الخطوط المغناطيسية للملف مع التيار

تستخدم الملفات ذات التيار على نطاق واسع في التكنولوجيا كمغناطيس. هم مريحون في ذلك عمل مغناطيسييمكن تغييرها (تقويتها أو إضعافها) على نطاق واسع. دعنا نلقي نظرة على الطرق التي يمكننا من خلالها القيام بذلك.

يوضح الشكل 97 تجربة يتم فيها ملاحظة عمل المجال المغناطيسي للملف مع التيار. إذا استبدلت الملف بآخر بعدد أكبر من لفات الأسلاك ، فعندئذٍ بنفس القوة الحالية ، سوف يجذب المزيد من الأجسام الحديدية. وسائل، التأثير المغناطيسي للملف مع التيار أقوى من رقم أكثرلفائف فيه.

سنقوم بتضمين مقاومة متغيرة في الدائرة التي تحتوي على الملف (الشكل 100) وبمساعدته سنغير القوة الحالية في الملف. مع زيادة القوة الحالية ، يزداد تأثير المجال المغناطيسي للملف مع التيار ، مع انخفاض ، يضعف.

أرز. 100. عمل المجال المغناطيسي للملف

كما اتضح أن التأثير المغناطيسي للملف مع التيار يمكن زيادته بشكل كبير دون تغيير عدد دوراته وقوة التيار فيه. للقيام بذلك ، تحتاج إلى إدخال قضيب حديدي (لب) داخل الملف. الحديد الذي يتم إدخاله داخل الملف يعزز التأثير المغناطيسي للملف.(الشكل 101).

أرز. 101. عمل المجال المغناطيسي لملف ذو قلب حديدي

يسمى الملف الذي يحتوي على لب حديدي بداخله مغناطيس كهربائي.

المغناطيس الكهربائي هو أحد الأجزاء الرئيسية للعديد من الأجهزة التقنية. يوضح الشكل 102 مغناطيسًا كهربائيًا على شكل قوس يحمل مرساة (لوح حديد) بحمل معلق.

أرز. 102. مغناطيس كهربائي مقوس

تستخدم المغناطيسات الكهربائية على نطاق واسع في الهندسة بسبب خصائصها الرائعة. يتم إزالة المغناطيسية بسرعة عند إيقاف التيار ، اعتمادًا على الغرض الذي يمكن صنعه بمجموعة متنوعة من الأحجام ، أثناء تشغيل المغناطيس الكهربائي ، يمكن تعديل تأثيره المغناطيسي عن طريق تغيير القوة الحالية في الملف.

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية ذات قوة الرفع الكبيرة في المصانع لنقل المنتجات المصنوعة من الصلب أو الحديد الزهر ، وكذلك نشارة الصلب والحديد الزهر ، والسبائك (الشكل 103).

أرز. 103. تطبيق المغناطيسات الكهربائية

يوضح الشكل 104 عرضًا مقطعيًا لفاصل الحبوب المغناطيسي. يتم خلط برادة الحديد الدقيقة في الحبوب. لا تلتصق نشارة الخشب هذه بالحبوب الناعمة للحبوب المفيدة ، ولكنها تلتصق بحبوب الأعشاب. يتم سكب الحبوب 1 من القادوس على أسطوانة دوارة 2. يوجد داخل الأسطوانة مغناطيس كهربائي قوي 5. عن طريق جذب جزيئات الحديد 4 ، فإنه يزيل حبيبات الأعشاب من تدفق الحبوب 3 وبهذه الطريقة ينظف الحبوب من الأعشاب الضارة وبالصدفة الأجسام الحديدية الساقطة.

أرز. 104. فاصل مغناطيسي

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في التلغراف وأجهزة الهاتف والعديد من الأجهزة الأخرى.

أسئلة

1. في أي اتجاه يتم تثبيت لفائف حاملة للتيار معلقة على موصلات رفيعة طويلة؟ ما هو التشابه مع إبرة مغناطيسية؟
2. ما هي بعض الطرق لزيادة التأثير المغناطيسي للملف الحامل للتيار؟
3. ما هو المغناطيس الكهربائي؟
4. ما هو الغرض من المغناطيس الكهربائي في المصانع؟
5. كيف يعمل فاصل الحبوب المغناطيسي؟

تمرين 41

1. من الضروري بناء مغناطيس كهربائي ، يمكن تعديل قوة رفعه دون تغيير التصميم. كيف افعلها؟
2. ما يجب القيام به للتغيير أقطاب مغناطيسيةلفائف التيار في اتجاهين متعاكسين؟
3. كيف نبني مغناطيسًا كهربائيًا قويًا إذا أعطي المصمم شرطًا أن التيار في المغناطيس الكهربائي صغير نسبيًا؟
4. للمغناطيسات الكهربائية المستخدمة في الرافعة قوة هائلة. المغناطيسات الكهربائية ، بمساعدة برادة الحديد التي تخرج عن طريق الخطأ من العين ، ضعيفة للغاية. كيف يتحقق هذا الاختلاف؟

يمارس

يخلق الموصل الذي يتدفق من خلاله تيار كهربائي مجالًا مغناطيسيًا يتميز بمتجه الشدة ح(تين. 3). تخضع شدة المجال المغناطيسي لمبدأ التراكب

ووفقًا لقانون Biot-Savart-Laplace ،

أين أناهي القوة الحالية في الموصل ، وهي متجه بطول مقطع أولي من الموصل وموجه في اتجاه التيار ، صهو متجه نصف القطر الذي يربط العنصر بالنقطة المدروسة ص.

أحد أكثر التكوينات شيوعًا للموصلات ذات التيار هو ملف على شكل حلقة نصف قطرها R (الشكل 3 ، أ). المجال المغناطيسي لمثل هذا التيار في المستوى الذي يمر عبر محور التناظر له الشكل (انظر الشكل 3 ، ب). يجب أن يكون للحقل ككل تناظر دوراني حول المحور z (الشكل 3 ، ب) ، ويجب أن تكون خطوط القوة نفسها متماثلة حول مستوى الحلقة (المستوى س ص). سيشبه الحقل الموجود في الجوار المباشر للموصل الحقل بالقرب من سلك مستقيم طويل ، نظرًا لأن تأثير الأجزاء البعيدة من الحلقة صغير نسبيًا هنا. على محور التيار الدائري ، يتم توجيه المجال على طول المحور ض.

دعونا نحسب شدة المجال المغناطيسي على محور الحلقة عند نقطة تقع على مسافة z من مستوى الحلقة. وفقًا للصيغة (6) ، يكفي حساب المكون z للمتجه:

. (7)

بالتكامل على الحلقة بأكملها نحصل على العود ل= 2 ص ص. منذ ذلك الحين ، وفقًا لنظرية فيثاغورس ص 2 = ص 2 + z 2 ، فإن الحقل المطلوب عند نقطة على المحور هو

. (8)

اتجاه متجه حيمكن توجيهها وفقًا لقاعدة البرغي الصحيح.

في وسط الحلبة ض= 0 والصيغة (8) مبسطة:

نحن مهتمون بـ لفائف قصيرة- ملف سلك اسطواني يتكون من نيتحول من نفس نصف القطر. بسبب التناظر المحوري ووفقًا لمبدأ التراكب ، فإن المجال المغناطيسي لملف مثل هذا على المحور H هو المجموع الجبري لمجالات المنعطفات الفردية حأنا: . وهكذا ، فإن المجال المغناطيسي لملف قصير يحتوي على نبالتناوب ، عند نقطة عشوائية على المحور يتم حسابها بواسطة الصيغ

, , (10)

أين ح- توتر، ب- تحريض المجال المغناطيسي.

المجال المغناطيسي لملف لولبي مع التيار

لحساب تحريض المجال المغناطيسي في الملف اللولبي ، يتم استخدام نظرية دوران ناقل الحث المغناطيسي:

, (11)

أين - مجموع جبريالتيارات التي تغطيها الدائرة إلشكل حر، ن- عدد الموصلات ذات التيارات التي تغطيها الدائرة. في هذه الحالة ، يتم أخذ كل تيار في الاعتبار عدة مرات حيث يتم تغطيته بالدائرة ، ويعتبر التيار موجبًا ، ويشكل اتجاهه نظامًا لولبيًا يمينًا مع اتجاه الالتفاف على طول الدائرة - الدائرة عنصر إل.

دعونا نطبق النظرية على دوران ناقل الحث المغناطيسي على ملف لولبي بطول لنأخذ نمع يتحول مع التيار أنا(الشكل 4). في الحساب ، نأخذ في الاعتبار أن الحقل بأكمله تقريبًا يتركز داخل الملف اللولبي (يتم إهمال تأثيرات الحافة) وهو متجانس. ثم تأخذ الصيغة 11 الشكل:

,

من حيث نجد تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن التيار داخل الملف اللولبي:

أرز. 4. الملف اللولبي مع التيار ومجالها المغناطيسي

مخطط التثبيت

أرز. 5 رسم تخطيطي للتثبيت

1 - مقياس تحريض المجال المغناطيسي (teslameter) ، A - مقياس التيار الكهربائي ، 2 - سلك التوصيل ، 3 - مسبار القياس ، 4 - مستشعر القاعة * ، 5 - كائن قيد الدراسة (ملف قصير ، موصل مستقيم ، ملف لولبي) ، 6 - المصدر الحالي ، 7- مسطرة لضبط موضع المستشعر .8- حامل المجس.

* - مبدأ تشغيل الحساس يقوم على ظاهرة تأثير هول (انظر معمل العمل رقم 15 دراسة تأثير القاعة)

أمر العمل

1. دراسة المجال المغناطيسي للملف القصير

1.1 قم بتشغيل الأجهزة. يوجد مصدر الطاقة ومفاتيح مقياس الجهد الكهربائي على الألواح الخلفية.

1.2 ككائن قيد الدراسة 5 (انظر الشكل 5) ، ضع ملفًا قصيرًا في الحامل وقم بتوصيله بالمصدر الحالي 6.

1.3 اضبط منظم الجهد على المصدر 6 على الوضع الأوسط. اضبط القوة الحالية على الصفر عن طريق ضبط خرج القوة الحالية عند المصدر 6 والتحكم فيها باستخدام مقياس التيار (يجب أن تكون القيمة صفراً).

1.4 المنظمين الخشن 1 والضبط 2 (الشكل 6) يحققون قراءات صفرية لمقياس teslameter.

1.5 قم بتثبيت الحامل بمسبار القياس على المسطرة في وضع مناسب للقراءة - على سبيل المثال ، عند إحداثيات 300 مم. في المستقبل ، اتخذ هذا الموضع على أنه صفر. أثناء التثبيت وأثناء القياسات ، لاحظ التوازي بين المسبار والمسطرة.

1.6 ضع الحامل مع الملف القصير بحيث يكون مستشعر القاعة 4 في وسط الملف (الشكل 7). للقيام بذلك ، استخدم برغي التثبيت والارتفاع على حامل المجس. يجب أن يكون مستوى الملف عموديًا على المسبار. في عملية تحضير القياسات ، انقل الحامل بعينة الاختبار ، تاركًا مسبار القياس بلا حراك.

1.7 تأكد من أن قراءاته تظل صفرية خلال وقت التسخين لمقياس التسامي. إذا لم يتم ذلك ، فاضبط مقياس teslameter على صفر عند صفر تيار في العينة.

1.8 اضبط تيار الملف القصير على 5 أ (عن طريق ضبط خرج مصدر الطاقة 6 ، Constanter / Netzgerät Universal).

1.9 قياس الحث المغناطيسي ب exp على محور الملف اعتمادًا على المسافة إلى مركز الملف. للقيام بذلك ، حرك حامل المجس على طول المسطرة ، مع الحفاظ على موازاة موضعه الأصلي. القيم السلبيةتتوافق z مع إزاحة المسبار إلى منطقة إحداثيات أصغر من الإحداثيات الأولية ، والعكس بالعكس - القيم الموجبة لـ z - في منطقة الإحداثيات الكبيرة. أدخل البيانات في الجدول 1.

الجدول 1 اعتماد الحث المغناطيسي على محور ملف قصير على المسافة إلى مركز الملف

1.10 كرر النقاط 1.2 - 1.7.

1.11. قم بقياس اعتماد الحث في مركز الملف على قوة التيار الذي يمر عبر الملف. أدخل البيانات في الجدول 2.

الجدول 2 اعتماد الحث المغناطيسي في وسط ملف قصير على القوة الحالية فيه

2. دراسة المجال المغناطيسي للملف اللولبي

2.1. ككائن قيد الدراسة 5 ، ضع الملف اللولبي على مقعد معدني من مادة غير مغناطيسية يمكن تعديل ارتفاعها (الشكل 8).

2.2. كرر 1.3 - 1.5.

2.3 اضبط ارتفاع المقعد بحيث يمر مسبار القياس على طول محور تناظر الملف اللولبي ، ويكون مستشعر القاعة في منتصف لفات الملف اللولبي.

2.4 كرر الخطوات من 1.7 - 1.11 (يتم استخدام ملف لولبي بدلاً من ملف قصير). أدخل البيانات في الجدولين 3 و 4. في هذه الحالة ، حدد إحداثيات مركز الملف اللولبي على النحو التالي: قم بتثبيت مستشعر القاعة في بداية الملف اللولبي وإصلاح إحداثيات الحامل. ثم حرك الحامل على طول المسطرة على طول محور الملف اللولبي حتى تكون نهاية المستشعر على الجانب الآخر من الملف اللولبي. إصلاح إحداثيات الحامل في هذا الموقف. سيكون إحداثيات مركز الملف اللولبي مساويًا للمتوسط ​​الحسابي للإحداثيين اللذين تم قياسهما.

الجدول 3 اعتماد الحث المغناطيسي على محور الملف اللولبي على المسافة إلى مركزه.

2.5 كرر النقاط 1.3 - 1.7.

2.6. قم بقياس اعتماد الحث في مركز الملف اللولبي على قوة التيار الذي يمر عبر الملف. أدخل البيانات في الجدول 4.

الجدول 4 اعتماد الحث المغناطيسي في وسط الملف اللولبي على القوة الحالية فيه

3. دراسة المجال المغناطيسي للموصل المباشر مع التيار

3.1 ككائن قيد الدراسة 5 ، قم بتركيب موصل مستقيم بالتيار (الشكل 9 ، أ). للقيام بذلك ، قم بتوصيل الأسلاك القادمة من مقياس التيار الكهربائي ومصدر الطاقة ببعضها البعض (قصر الدائرة الخارجية) ووضع الموصل مباشرة على حافة المجس 3 بالقرب من المستشعر 4 ، عموديًا على المسبار (الشكل 9 ، ب) . لدعم الموصل ، استخدم مقعدًا معدنيًا قابل لضبط الارتفاع مصنوعًا من مادة غير مغناطيسية على جانب واحد من المسبار وحامل لعينات الاختبار على الجانب الآخر (يمكن أن يشتمل أحد مقابس الحامل على طرف موصل لمزيد من التثبيت الموثوق به هذا الموصل). امنح الموصل شكلًا مستقيمًا.

3.2 كرر النقاط 1.3 - 1.5.

3.3 تحديد اعتماد الحث المغناطيسي على القوة الحالية في الموصل. أدخل البيانات المقاسة في الجدول 5.

الجدول 5 اعتماد الحث المغناطيسي الناتج عن موصل مستقيم على القوة الحالية فيه

4. تحديد معالم الأشياء المدروسة

4.1 حدد (إذا لزم الأمر ، قم بالقياس) وسجل في الجدول 6 البيانات اللازمة للحسابات: N إلىهو عدد لفات الملف القصير ، صهو نصف قطرها مهو عدد لفات الملف اللولبي ، ل- طوله ، إل- الحث (المشار إليه في الملف اللولبي) ، دهو قطرها.

الجدول 6 معلمات العينات المدروسة

نل	ص	نمع	د	ل	إل

معالجة النتائج

1. باستخدام الصيغة (10) ، احسب الاستقراء المغناطيسي الناتج عن ملف قصير مع التيار. أدخل البيانات في الجدولين 1 و 2. بناءً على البيانات الواردة في الجدول 1 ، قم ببناء التبعيات النظرية والتجريبية للحث المغناطيسي على محور ملف قصير من المسافة z إلى مركز الملف. يتم رسم التبعيات النظرية والتجريبية في نفس محاور الإحداثيات.

2. بناءً على البيانات الواردة في الجدول 2 ، قم ببناء التبعيات النظرية والتجريبية للحث المغناطيسي في مركز ملف قصير على القوة الحالية فيه. يتم رسم التبعيات النظرية والتجريبية في نفس محاور الإحداثيات. احسب شدة المجال المغناطيسي في مركز الملف بقوة تيار 5 أ فيه باستخدام الصيغة (10).

3. باستخدام الصيغة (12) ، احسب الحث المغناطيسي الناتج عن الملف اللولبي. أدخل البيانات في الجدولين 3 و 4. وفقًا للجدول 3 ، قم ببناء التبعيات النظرية والتجريبية للحث المغناطيسي على محور الملف اللولبي من المسافة z إلى مركزه. يتم رسم التبعيات النظرية والتجريبية في نفس محاور الإحداثيات.

4. بناءً على البيانات الواردة في الجدول 4 ، قم ببناء التبعيات النظرية والتجريبية للحث المغناطيسي في مركز الملف اللولبي على القوة الحالية فيه. يتم رسم التبعيات النظرية والتجريبية في نفس محاور الإحداثيات. احسب شدة المجال المغناطيسي في مركز الملف اللولبي بقوة التيار 5 أ فيه.

5. وفقًا للجدول 5 ، قم ببناء اعتماد تجريبي للحث المغناطيسي الناتج عن الموصل على القوة الحالية فيه.

6. على أساس الصيغة (5) ، حدد أقصر مسافة ص o من المستشعر إلى الموصل بالتيار (يتم تحديد هذه المسافة بسمك عزل الموصل وسماكة عزل المستشعر في المسبار). أدخل نتائج الحساب في الجدول 5. احسب المتوسط ​​الحسابي صس ، قارن مع قيمة ملحوظة بصريًا.

7. احسب محاثة الملف اللولبي ل.أدخل نتائج الحسابات في الجدول 4. قارن متوسط ​​القيمة التي تم الحصول عليها إلذات قيمة ثابتة للمحاثة في الجدول 6. لحساب ، استخدم الصيغة ، أين ص- ربط التدفق ، ص = N مع BS ،أين في- الحث المغناطيسي في الملف اللولبي (حسب الجدول 4) ، س= ص د 2/4 هي منطقة المقطع العرضي للملف اللولبي.

أسئلة الاختبار

1. ما هو قانون Biot-Savart-Laplace وكيفية تطبيقه عند حساب المجالات المغناطيسية للموصلات الحاملة للتيار؟

2. كيف يتم تحديد اتجاه المتجه حفي قانون Biot-Savart-Laplace؟

3. كيف نواقل الحث المغناطيسي مترابطة بوالتوتر حبين أنفسهم؟ ما هي وحدات القياس الخاصة بهم؟

4. كيف يتم استخدام قانون Biot-Savart-Laplace في حساب المجالات المغناطيسية؟

5. كيف يتم قياس المجال المغناطيسي في هذا العمل؟ أيّ ظاهرة فيزيائيةعلى أساس مبدأ قياس المجال المغناطيسي؟

6. تعريف الحث ، الفيض المغناطيسي، ربط التدفق. حدد وحدات القياس لهذه الكميات.

قائمة ببليوغرافية

الأدب التربوي

1. كلاشينكوف ن.أساسيات الفيزياء. م: بوستارد ، 2004. المجلد .1

2. Saveliev I.V.. دورة فيزياء. م: نوكا ، 1998. ت 2.

3. ديتلاف أ.,يافورسكي ب.دورة فيزياء. م: تخرج من المدرسه, 2000.

4. ايرودوف ايالكهرومغناطيسية. م: بينوم ، 2006.

5. يافورسكي ب.,ديتلاف أ.كتيب الفيزياء. م: نوكا ، 1998.

يخلق مجال مغناطيسي حول نفسه. لن يكون الشخص هو نفسه إذا لم يكتشف كيفية استخدام هذه الخاصية الرائعة للتيار. بناءً على هذه الظاهرة ، خلق الإنسان مغناطيسًا كهربائيًا.

تطبيقهم واسع جدا ومتواجد في كل مكان في العالم الحديث. تعتبر المغناطيسات الكهربائية رائعة في أنها ، على عكس المغناطيس الدائم ، يمكن تشغيلها وإيقافها حسب الحاجة ، وكذلك تغيير قوة المجال المغناطيسي من حولها. كيف يتم استخدامها الخواص المغناطيسيةتيار؟ كيف يتم صنع المغناطيسات الكهربائية واستخدامها؟

المجال المغناطيسي للملف مع التيار

نتيجة للتجارب ، كان من الممكن معرفة أن المجال المغناطيسي حول الموصل الحامل للتيار يمكن تقويته إذا تم لف السلك في شكل حلزوني. اتضح نوع من الملف. المجال المغناطيسي لمثل هذا الملف أكبر بكثير من المجال المغناطيسي لموصل واحد.

علاوة على ذلك ، توجد خطوط قوة المجال المغناطيسي للملف مع التيار بطريقة مشابهة لخطوط القوة لمغناطيس مستطيل تقليدي. يحتوي الملف على قطبين وأقواس متباينة خطوط مغناطيسيةعلى طول الملف. يمكن تشغيل هذا المغناطيس وإيقاف تشغيله في أي وقت ، على التوالي ، عن طريق تشغيل وإيقاف التيار في أسلاك الملف.

طرق للتأثير على القوى المغناطيسية للملف

ومع ذلك ، فقد تبين أن الملف الحالي له خصائص أخرى رائعة. كلما زاد عدد الدورات التي يتكون منها الملف ، أصبح المجال المغناطيسي أقوى. هذا يسمح لك بجمع مغناطيس من نقاط القوة المختلفة. ومع ذلك ، هناك المزيد طرق بسيطةتأثير على حجم المجال المغناطيسي.

لذلك ، مع زيادة القوة الحالية في أسلاك الملف ، تزداد قوة المجال المغناطيسي ، وعلى العكس من ذلك ، مع انخفاض القوة الحالية ، يضعف المجال المغناطيسي. أي أنه مع اتصال أولي لمقاوم متغير ، نحصل على مغناطيس قابل للتعديل.

يمكن زيادة المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار بشكل كبير عن طريق إدخال قضيب حديدي داخل الملف. إنه يسمى النواة. يتيح استخدام النواة إمكانية إنشاء مغناطيس قوي للغاية. على سبيل المثال ، في الإنتاج ، يتم استخدام مغناطيس يمكنه رفع واستيعاب عدة عشرات من الأطنان من الوزن. يتم تحقيق ذلك بالطريقة التالية.

ينحني القلب على شكل قوس ، ويتم وضع ملفين على طرفيه ، حيث يتم تمرير التيار من خلاله. يتم توصيل الملفات بواسطة أسلاك 4e بحيث تتطابق أقطابها. يضخم اللب مجالهم المغناطيسي. من الأسفل ، يتم إحضار لوحة مع خطاف إلى هذا الهيكل ، حيث يتم تعليق الحمولة. يتم استخدام أجهزة مماثلة في المصانع والموانئ من أجل نقل الأحمال ذات الوزن الكبير جدًا. يتم توصيل هذه الأوزان وفصلها بسهولة عند تشغيل التيار وإيقاف تشغيله في الملفات.

المغناطيسات الكهربائية وتطبيقاتها

تُستخدم المغانط الكهربائية في كل مكان بحيث يصعب تسمية جهاز كهروميكانيكي لا يمكن استخدامه فيه. يتم تثبيت الأبواب في المداخل بواسطة مغناطيس كهربائي.

تقوم المحركات الكهربائية للأجهزة المختلفة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية باستخدام المغناطيسات الكهربائية. يتم إنشاء الصوت في مكبرات الصوت باستخدام المغناطيس. وهي بعيدة كل البعد عن ذلك القائمة الكاملة. كمية كبيرةوسائل الراحة حياة عصريةيعود الفضل في وجودها إلى استخدام المغناطيسات الكهربائية.

أرحب بالجميع في موقعنا!

نواصل الدراسة إلكترونياتمن البداية ، أي من الأساسيات وموضوع مقال اليوم سيكون مبدأ التشغيل والخصائص الرئيسية للمحثات. بالنظر إلى المستقبل ، سأقول أننا سنناقش أولاً الجوانب النظرية ، وسنخصص العديد من المقالات المستقبلية بالكامل للنظر في الدوائر الكهربائية المختلفة التي تستخدم المحاثات ، بالإضافة إلى العناصر التي درسناها سابقًا كجزء من مسارنا - و .

الجهاز ومبدأ تشغيل المحرِّض.

كما هو واضح بالفعل من اسم العنصر - فالمحث ، أولاً وقبل كل شيء ، هو مجرد ملف :) ، وهذا هو عدد كبير منيتحول من موصل معزول. علاوة على ذلك ، فإن وجود العزل هو أهم شرط - يجب ألا تغلق لفات الملف مع بعضها البعض. غالبًا ما يتم جرح المنعطفات على إطار أسطواني أو حلقي:

أهم ما يميزه المحاثاتهو ، بالطبع ، الحث ، وإلا فلماذا يتم إعطاؤه مثل هذا الاسم الحث هو القدرة على تحويل الطاقة الحقل الكهربائيفي طاقة المجال المغناطيسي. ترجع خاصية الملف هذه إلى حقيقة أنه عندما يتدفق التيار عبر الموصل ، ينشأ مجال مغناطيسي حوله:

وإليك ما يبدو عليه المجال المغناطيسي الذي يحدث عندما يمر التيار عبر الملف:

بشكل عام ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، أي عنصر في دائرة كهربائيةلديه محاثة ، حتى قطعة عادية من الأسلاك. لكن الحقيقة هي أن قيمة هذا المحاثة صغيرة جدًا ، على عكس محاثة الملفات. في الواقع ، من أجل توصيف هذه القيمة ، يتم استخدام وحدة Henry (H). 1 Henry في الواقع قيمة كبيرة جدًا ، لذا فإن الأكثر استخدامًا هما µH (microhenry) و mH (milihenry). القيمة الحثيمكن حساب الملفات باستخدام الصيغة التالية:

دعونا نرى ما هي القيمة المضمنة في هذا التعبير:

ويترتب على الصيغة أنه مع زيادة عدد الدورات أو ، على سبيل المثال ، القطر (وبالتالي مساحة المقطع العرضي) للملف ، سيزداد المحاثة. وكلما زاد الطول ، قل. وبالتالي ، يجب وضع المنعطفات على الملف في أقرب مكان ممكن من بعضها البعض ، حيث سيؤدي ذلك إلى تقليل طول الملف.

مع جهاز مغولقد توصلنا إلى ذلك ، حان الوقت للنظر في العمليات الفيزيائية التي تحدث في هذا العنصر أثناء المرور التيار الكهربائي. للقيام بذلك ، سننظر في دائرتين - إحداهما سنمرر تيارًا مباشرًا عبر الملف ، وفي الأخرى - تيار متناوب 🙂

لذا ، أولاً وقبل كل شيء ، دعنا نتعرف على ما يحدث في الملف نفسه عندما يتدفق التيار. إذا لم يغير التيار حجمه ، فلن يكون للملف أي تأثير عليه. هل هذا يعني أنه في حالة التيار المباشر ، لا ينبغي النظر في استخدام المحرِّضات؟ لكن لا ، بعد كل شيء ، يمكن تشغيل / إيقاف التيار المباشر ، وفقط في لحظات التبديل ، تحدث كل الأشياء الأكثر إثارة للاهتمام. دعنا نلقي نظرة على السلسلة:

في هذه الحالة ، يلعب المقاوم دور الحمل ، ويمكن أن يكون مكانه ، على سبيل المثال ، مصباحًا. بالإضافة إلى المقاوم والحث ، تشتمل الدائرة على مصدر تيار ثابت ومفتاح ، حيث سنغلق الدائرة ونفتحها.

ماذا يحدث عندما نغلق المفتاح؟

التيار من خلال الملفسيبدأ في التغيير ، لأنه في المرة السابقة كان يساوي 0. سيؤدي التغيير في التيار إلى تغيير في التدفق المغناطيسي داخل الملف ، والذي بدوره سيؤدي إلى ظهور EMF (القوة الدافعة الكهربائية) الاستقراء الذاتي ، والذي يمكن التعبير عنه على النحو التالي:

سيؤدي حدوث EMF إلى ظهور تيار تحريضي في الملف ، والذي سيتدفق في الاتجاه المعاكس لاتجاه تيار إمداد الطاقة. وبالتالي ، فإن الحث الذاتي EMF سيمنع التيار من التدفق عبر الملف (سيؤدي التيار الحثي إلى إلغاء تيار الدائرة بسبب اتجاهاتهما المعاكسة). وهذا يعني أنه في اللحظة الأولى من الزمن (مباشرة بعد إغلاق المفتاح) ، سيكون التيار عبر الملف مساويًا لـ 0. في هذه اللحظة من الوقت ، يكون EMF للحث الذاتي هو الحد الأقصى. وماذا سيحدث بعد ذلك؟ بقدر ما قيمة EMFيتناسب طرديًا مع معدل تغير التيار ، ثم يضعف تدريجياً ، والتيار ، على التوالي ، على العكس من ذلك ، سيزداد. لنلقِ نظرة على الرسوم البيانية التي توضح ما ناقشناه:

على الرسم البياني الأول نراه جهد دخل الدائرة- في البداية الدائرة مفتوحة ، وعندما يكون المفتاح مغلقًا ، قيمة ثابتة. في الرسم البياني الثاني نرى تغيير في مقدار التيار من خلال الملفالحث. مباشرة بعد إغلاق المفتاح ، يكون التيار غائبًا بسبب حدوث EMF للحث الذاتي ، ثم يبدأ في الزيادة بسلاسة. على العكس من ذلك ، فإن الجهد على الملف في اللحظة الأولى من الوقت هو الحد الأقصى ، ثم يتناقص. سيتطابق الرسم البياني للجهد على الحمل في الشكل (ولكن ليس من حيث الحجم) مع الرسم البياني للتيار عبر الملف (نظرًا لأنه في اتصال متسلسل ، يكون التيار المتدفق عبر عناصر مختلفة من الدائرة هو نفسه). وبالتالي ، إذا استخدمنا المصباح كحمل ، فلن يضيء على الفور بعد إغلاق المفتاح ، ولكن مع تأخير طفيف (وفقًا للرسم البياني الحالي).

سيتم أيضًا ملاحظة عملية عابرة مماثلة في الدائرة عند فتح المفتاح. سيظهر EMF للحث الذاتي في المحرِّض ، لكن تيار الحث في حالة الفتح سيتم توجيهه في نفس اتجاه التيار في الدائرة ، وليس في الاتجاه المعاكس ، وبالتالي فإن الطاقة المخزنة للمحث سيذهب للحفاظ على التيار في الدائرة:

بعد فتح المفتاح ، يحدث EMF للحث الذاتي ، مما يمنع التيار من التناقص من خلال الملف ، وبالتالي لا يصل التيار إلى الصفر على الفور ، ولكن بعد مرور بعض الوقت. الجهد في الملف متطابق في الشكل مع حالة إغلاق المفتاح ، ولكن في الاتجاه المعاكس. هذا يرجع إلى حقيقة أن التغيير في التيار الكهرومغناطيسي الحالي ، وبالتالي ، EMF للحث الذاتي في الحالتين الأولى والثانية متعاكسان في الإشارة (في الحالة الأولى ، يزداد التيار ، وفي الحالة الثانية يتناقص).

بالمناسبة ، ذكرت أن قيمة EMF للحث الذاتي تتناسب طرديًا مع معدل التغيير في القوة الحالية ، وبالتالي ، فإن عامل التناسب ليس أكثر من تحريض الملف:

ينتهي هذا مع المحاثات في دوائر التيار المستمر وينتقل إلى دارات التيار المتردد.

ضع في اعتبارك دائرة يتم فيها تطبيق تيار متناوب على المحرِّض:

دعنا نلقي نظرة على تبعيات التيار والمجالات الكهرومغناطيسية للحث الذاتي في الوقت المناسب ، ثم سنكتشف لماذا تبدو هكذا:

كما اكتشفنا بالفعل الحث الذاتي EMFلدينا علامة تناسبية ومعاكسة مباشرة لمعدل تغير التيار:

في الواقع ، يوضح الرسم البياني هذا الاعتماد علينا انظر بنفسك - بين النقطتين 1 و 2 ، التغييرات الحالية ، وكلما اقتربنا من النقطة 2 ، كلما قلت التغييرات ، وعند النقطة 2 ، لفترة قصيرة من الوقت ، يتغير التيار لا يتغير على الإطلاق معناه. وفقًا لذلك ، يكون معدل التغيير الحالي بحد أقصى عند النقطة 1 وينخفض ​​تدريجيًا عند الاقتراب من النقطة 2 ، وعند النقطة 2 يساوي 0 ، وهو ما نراه في مخطط EMF للحث الذاتي. علاوة على ذلك ، في الفاصل الزمني 1-2 بأكمله ، يزداد التيار ، مما يعني أن معدل تغيره موجب ، فيما يتعلق بهذا ، على EMF ، بشكل عام ، هذه الفترة الزمنية ، على العكس من ذلك ، تأخذ قيمًا سالبة.

وبالمثل ، بين النقطتين 2 و 3 - الانخفاضات الحالية - يكون معدل التغيير الحالي سالبًا ويزداد - يزيد الحث الذاتي EMF ويكون موجبًا. لن أصف بقية الرسم البياني - كل العمليات تتبع نفس المبدأ هناك 🙂

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن رؤية نقطة مهمة جدًا على الرسم البياني - مع زيادة التيار (الأقسام 1-2 و 3-4) ، يكون للحث الذاتي EMF والتيار علامات مختلفة(القسم 1-2: ، العنوان = "(! LANG: تم التقديم بواسطة QuickLaTeX.com" height="12" width="39" style="vertical-align: 0px;">, участок 3-4: title="تم تقديمه بواسطة QuickLaTeX.com" height="12" width="41" style="vertical-align: 0px;">, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень !} حقيقة مثيرة للاهتمام- يقاوم المحرِّض التيار المتردد المتدفق عبر الدائرة. لذلك لديها مقاومة تسمى استقرائي أو رد الفعل وتحسب على النحو التالي:

أين التردد الدائري:. - هذه .

وبالتالي ، كلما زاد تردد التيار ، زادت المقاومة التي سيوفرها المحث. وإذا كان التيار ثابتًا (= 0) ، فإن تفاعل الملف هو 0 ، على التوالي ، لا يؤثر على التيار المتدفق.

لنعد إلى الرسوم البيانية التي بنيناها لحالة استخدام مغوٍ في دائرة تيار متردد. لقد حددنا EMF للتحريض الذاتي للملف ، ولكن ماذا سيكون الجهد؟ كل شيء هنا بسيط حقًا وفقًا لقانون كيرشوف الثاني:

وبالتالي:

دعونا نبني على رسم بياني واحد تبعيات التيار والجهد في الدائرة في الوقت المحدد:

كما ترون ، فإن التيار والجهد يتم إزاحته في الطور () بالنسبة لبعضهما البعض ، وهذا واحد من أهم الخصائصدوائر التيار المتردد التي تستخدم محثًا:

عندما يتم توصيل مغوٍ بدائرة تيار متناوب ، يظهر تحول طور في الدائرة بين الجهد والتيار ، بينما يتأخر التيار خلف الجهد بمقدار ربع الفترة.

لذلك اكتشفنا إدراج الملف في دائرة التيار المتردد 🙂

في هذا الصدد ، ربما ، سننهي مقال اليوم ، وقد اتضح أنه ضخم جدًا ، لذلك سنتحدث أكثر عن المحرِّضات في المرة القادمة. نراكم قريبا ، يسعدنا رؤيتك على موقعنا!

تخلق الشحنة الكهربائية المتحركة مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط. ينتج عن تدفق الإلكترونات التي تمر عبر موصل مجال مغناطيسي حول الموصل. إذا جُرح سلك معدني في حلقات على قضيب ، فسيتم الحصول على ملف. اتضح أن المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة مثل هذا الملف له خصائص مثيرة للاهتمام ، والأهم من ذلك ، مفيدة.

لماذا ينشأ مجال مغناطيسي

الخصائص المغناطيسية لبعض المواد ، التي تجعل من الممكن جذب الأجسام المعدنية ، معروفة منذ العصور القديمة. لكن كان من الممكن الاقتراب من فهم جوهر هذه الظاهرة فقط في التاسع عشر في وقت مبكرقرن. عن طريق القياس مع الشحنات الكهربائية ، كانت هناك محاولات لشرح التأثيرات المغناطيسية بمساعدة بعض الشحنات المغناطيسية (ثنائيات الأقطاب). في عام 1820 ، اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز أورستد أن إبرة مغناطيسية تنحرف عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل بالقرب منها.

في الوقت نفسه ، وجد الباحث الفرنسي André Ampère أن موصلين موجودين بالتوازي مع بعضهما البعض يسببان جذبًا متبادلًا عند مرور تيار كهربائي من خلالهما في اتجاه واحد وتنافر إذا كانت التيارات موجهة في اتجاهات مختلفة.

أرز. 1. خبرة أمبير مع الأسلاك الحاملة للتيار. إبرة البوصلة بالقرب من سلك مع التيار

بناءً على هذه الملاحظات ، خلص أمبير إلى أنه يمكن تفسير تفاعل التيار مع السهم وجاذبية (وتنافر) الأسلاك والمغناطيس الدائم فيما بينها إذا افترضنا أن المجال المغناطيسي يتم إنشاؤه عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، طرح Ampere فرضية جريئة ، تفيد بوجود تيارات جزيئية غير مخففة داخل المادة ، والتي هي سبب ظهور مجال مغناطيسي ثابت. ثم يمكن تفسير جميع الظواهر المغناطيسية بتفاعل الحركة الشحنات الكهربائية، ولا توجد شحنات مغناطيسية خاصة.

طور الفيزيائي الإنجليزي جيمس ماكسويل النموذج الرياضي (النظرية) ، الذي أصبح من الممكن من خلاله حساب حجم المجال المغناطيسي وقوة التفاعل. من معادلات ماكسويل ، التي جمعت بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية ، اتبعت ما يلي:

• ينشأ المجال المغناطيسي فقط نتيجة حركة الشحنات الكهربائية ؛
• يوجد مجال مغناطيسي ثابت في الأجسام المغناطيسية الطبيعية ، ولكن في هذه الحالة ، يكون سبب المجال هو الحركة المستمرة للتيارات الجزيئية (الدوامات) في كتلة المادة ؛
• يمكن أيضًا إنشاء مجال مغناطيسي باستخدام مجال كهربائي بديل ، ولكن سيتم مناقشة هذا الموضوع في مقالاتنا التالية.

المجال المغناطيسي للملف مع التيار

سلك معدني ملفوف في حلقات على أي قضيب أسطواني (خشبي ، بلاستيك ، إلخ) هو ملف كهرومغناطيسي. يجب عزل السلك ، أي مغطى بنوع من العازل (ورنيش أو جديلة بلاستيكية) لتجنب تقصير المنعطفات المجاورة. نتيجة لتدفق التيار ، تتراكم المجالات المغناطيسية لجميع الدورات ويتضح أن المجال المغناطيسي الكلي للملف الحامل للتيار متطابق (مشابه تمامًا) للحقل المغناطيسي للمغناطيس الدائم.

أرز. 2. المجال المغناطيسي للملف والمغناطيس الدائم.

داخل الملف ، سيكون المجال المغناطيسي موحدًا ، كما هو الحال في المغناطيس الدائم. من الخارج ، يمكن الكشف عن خطوط المجال المغناطيسي للملف الحالي باستخدام برادة معدنية دقيقة. خطوط المجال المغناطيسي مغلقة. عن طريق القياس بإبرة البوصلة المغناطيسية ، يحتوي الملف الذي يحتوي على تيار على قطبين - الجنوب والشمال. خطوط القوةتخرج من القطب الشمالي وتنتهي عند الجنوب.

بالنسبة للملفات ذات التيار ، هناك أسماء إضافية منفصلة يتم استخدامها حسب التطبيق:

• محث ، أو ببساطة - الحث. يستخدم المصطلح في هندسة الراديو ؛
• خنق(throssel - منظم ، محدد). تستخدم في الهندسة الكهربائية.
• الملف اللولبي. تأتي هذه الكلمة المركبة من كلمتين يونانيتين: solen - channel ، و pipe و eidos - مماثلة). هذا هو اسم الملفات الخاصة ذات النوى المصنوعة من السبائك المغناطيسية الخاصة (المغناطيسات الحديدية) ، والتي تستخدم كآليات كهروميكانيكية. على سبيل المثال ، في مشغلات السيارات ، يكون مرحل الضام عبارة عن ملف لولبي.

أرز. 3. المحاثات ، الاختناق ، الملف اللولبي

طاقة المجال المغناطيسي

في ملف مع تيار ، يتم تخزين الطاقة من مصدر طاقة (بطارية ، مُركِم) ، وكلما زاد ، زاد التيار I والقيمة L ، والتي تسمى المحاثة. يتم حساب طاقة المجال المغناطيسي للملف مع التيار W باستخدام الصيغة:

$$ W = ((L * I ^ 2) \ أكثر من 2) $$

هذه الصيغة تشبه صيغة الطاقة الحركية للجسم. الحث مشابه لكتلة الجسم ، والتيار مشابه لسرعة الجسم. تتناسب الطاقة المغناطيسية مع مربع التيار ، تمامًا كما تتناسب الطاقة الحركية مع مربع السرعة.

لحساب قيمة محاثة الملف ، هناك الصيغة التالية:

$$ L = μ * ((N ^ 2 * S) \ over l_k) $$

N هو عدد لفات الملف ؛

S هي منطقة المقطع العرضي للملف ؛

ل - طول الملف ؛

μ - النفاذية المغناطيسية للمادة الأساسية - قيمة مرجعية. اللب هو قضيب معدني يوضع داخل الملف. يسمح لك بزيادة حجم المجال المغناطيسي بشكل كبير.

ماذا تعلمنا؟

لذلك ، علمنا أن المجال المغناطيسي ينشأ فقط نتيجة حركة الشحنات الكهربائية. المجال المغناطيسي للملف مع التيار يشبه المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم. يمكن حساب طاقة المجال المغناطيسي للملف من خلال معرفة القوة الحالية I والمحاثة L.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4. مجموع التصنيفات المستلمة: 52.