Über das Magnetfeld, Magnetspulen und Elektromagnete
Magnetfeld des elektrischen Stroms
Das Magnetfeld wird nicht nur auf natürliche oder künstliche Weise erzeugt Permanentmagnete, aber auch ein Leiter, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt. Daher besteht ein Zusammenhang zwischen magnetischen und elektrischen Phänomenen.
Es ist nicht schwer sicherzustellen, dass um den Draht, durch den der Strom fließt, ein Magnetfeld entsteht. Legen Sie einen geraden Draht parallel dazu über die bewegliche Magnetnadel und leiten Sie elektrischen Strom durch ihn. Der Pfeil nimmt eine Position senkrecht zum Draht ein.
Welche Kräfte könnten dazu führen, dass sich die Magnetnadel dreht? Offensichtlich ist es die Stärke des Magnetfelds, das um den Draht herum erzeugt wird. Schalten Sie den Strom aus und die Magnetnadel kehrt in ihre normale Position zurück. Dies deutet darauf hin, dass beim Abschalten des Stroms auch das Magnetfeld des Drahtes verschwindet.
Somit erzeugt der durch den Draht fließende elektrische Strom ein Magnetfeld. Um herauszufinden, in welche Richtung die Magnetnadel auslenkt, wenden Sie die Rechte-Hand-Regel an.Wenn Sie Ihre rechte Hand mit der Handfläche nach unten auf den Draht legen, sodass die Richtung des Stroms mit der Richtung der Finger übereinstimmt, zeigt der gebogene Daumen die Auslenkungsrichtung des Nordpols der unter dem Draht platzierten Magnetnadel an . Mit dieser Regel und der Kenntnis der Polarität des Pfeils können Sie auch die Richtung des Stroms im Draht bestimmen.
Ein geradliniges magmatisches Drahtfeld hat die Form konzentrischer Kreise. Wenn Sie Ihre rechte Hand mit der Handfläche nach unten auf den Draht legen, sodass der Strom von den Fingern fließt, zeigt der gebogene Daumen zum Nordpol der Magnetnadel. Ein solches Feld wird als kreisförmiges Magnetfeld bezeichnet.
Die Richtung der Kraftlinien des kreisförmigen Feldes hängt davon ab Richtungen des elektrischen Stroms im Leiter und wird durch die sogenannte Gimbal-Regel bestimmt. Wenn der Kardanring gedanklich in Stromrichtung gedreht wird, stimmt die Drehrichtung seines Griffs mit der Richtung der magnetischen Feldlinien des Feldes überein. Wenn Sie diese Regel anwenden, können Sie die Richtung des Stroms im Draht ermitteln, wenn Sie die Richtung der Feldlinien des durch diesen Strom erzeugten Feldes kennen.
Um auf das Magnetnadel-Experiment zurückzukommen: Sie können sicherstellen, dass es immer mit seinem nördlichen Ende in Richtung der magnetischen Feldlinien positioniert ist.
So entsteht um einen geraden Draht herum ein Magnetfeld, durch das ein elektrischer Strom fließt. Es hat die Form konzentrischer Kreise und wird als kreisförmiges Magnetfeld bezeichnet.
Sohlen usw. Magnetmagnetfeld
Um jeden Draht, unabhängig von seiner Form, entsteht ein Magnetfeld, sofern durch den Draht ein elektrischer Strom fließt.
V Elektrotechnik wir beschäftigen uns verschiedene Arten von Spulenbestehend aus mehreren Windungen.Um das Magnetfeld der interessierenden Spule zu untersuchen, betrachten wir zunächst, welche Form das Magnetfeld einer Windung hat.
Stellen Sie sich eine Spule aus dickem Draht vor, die durch ein Stück Pappe verläuft und an eine Stromquelle angeschlossen ist. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt, bildet sich um jeden einzelnen Teil der Spule ein kreisförmiges Magnetfeld. Mit der „Gimbal“-Regel lässt sich leicht feststellen, dass die magnetischen Feldlinien innerhalb der Schleife die gleiche Richtung haben (auf uns zu oder von uns weg, abhängig von der Richtung des Stroms in der Schleife) und auf einer Seite austreten der Schleife und treten von der anderen Seite ein. Eine Reihe solcher Spulen in Form einer Spirale ist ein sogenanntes Solenoid (Spule).
Wenn Strom durch die Magnetspule fließt, bildet sich um sie herum ein Magnetfeld. Es entsteht durch Addition der Magnetfelder jeder Windung und ähnelt in seiner Form dem Magnetfeld eines geradlinigen Magneten. Die magnetischen Feldlinien des Elektromagneten verlassen wie bei einem geradlinigen Magneten ein Ende des Elektromagneten und kehren zum anderen zurück. Im Inneren des Magneten haben sie die gleiche Richtung. Somit sind die Enden des Elektromagneten polarisiert. Das Ende, an dem die Stromleitungen austreten, ist der Nordpol des Magneten, und das Ende, an dem die Stromleitungen eintreten, ist sein Südpol.
Magnetpole können mit der rechten Handregel bestimmt werden, dafür muss man aber die Richtung des Stroms in seinen Windungen kennen. Wenn Sie Ihre rechte Hand mit der Handfläche nach unten auf den Magneten legen, sodass der Strom von den Fingern fließt, zeigt der gebogene Daumen zum Nordpol des Magneten... Aus dieser Regel folgt, dass die Polarität des Magneten abhängt von der Richtung des Stroms darin.Dies lässt sich in der Praxis leicht überprüfen, indem man eine Magnetnadel an einen der Magnetpole hält und dann die Stromrichtung im Magneten ändert. Der Pfeil dreht sich sofort um 180°, das heißt, er zeigt an, dass sich die Pole des Magneten geändert haben.
Der Magnet hat die Fähigkeit, die Lunge anzuziehen. Wenn ein Stahlstab in den Magneten eingesetzt wird, wird der Stab nach einiger Zeit unter dem Einfluss des Magnetfelds des Magneten magnetisiert. Diese Methode wird in der Produktion eingesetzt Permanentmagnete.
Elektromagnete
Elektromagnet ist eine Spule (Solenoid), in der sich ein Eisenkern befindet. Die Formen und Größen von Elektromagneten sind unterschiedlich, aber der allgemeine Aufbau ist bei allen gleich.
Die Spule eines Elektromagneten ist ein Rahmen, der meist aus Pressspan oder Fasern besteht und je nach Verwendungszweck des Elektromagneten unterschiedliche Formen hat. Auf dem Rahmen ist in mehreren Lagen ein kupferisolierter Draht aufgewickelt – die Spule des Elektromagneten. Je nach Verwendungszweck des Elektromagneten hat er eine unterschiedliche Windungszahl und besteht aus Draht unterschiedlichen Durchmessers.
Um die Spulenisolierung vor mechanischer Beschädigung zu schützen, wird die Spule mit einer oder mehreren Lagen Papier oder anderem Isoliermaterial abgedeckt. Der Anfang und das Ende der Wicklung werden herausgeführt und mit den am Rahmen befestigten Ausgangsklemmen oder mit flexiblen Drähten mit Ohren an den Enden verbunden.
Die Spule des Elektromagneten ist auf einem Kern aus weichem, geglühtem Eisen oder Eisenlegierungen mit Silizium, Nickel usw. montiert. Dieses Eisen weist die geringsten Rückstände auf Magnetismus... Die Kerne bestehen meist aus dünnen, voneinander isolierten Blechen.Die Formen des Kerns können je nach Verwendungszweck des Elektromagneten unterschiedlich sein.
Fließt ein elektrischer Strom durch die Spule eines Elektromagneten, so entsteht um die Spule herum ein Magnetfeld, das den Kern magnetisiert. Da der Kern aus Weicheisen besteht, wird er sofort magnetisiert. Wenn Sie dann den Strom abschalten, verschwinden auch die magnetischen Eigenschaften des Kerns schnell und er ist kein Magnet mehr. Die Pole eines Elektromagneten werden wie bei einer Magnetspule durch die Rechte-Hand-Regel bestimmt. Wenn in der Spule des Elektromagneten undgmEat aktuelle Richtung, dann ändert sich die Polarität des Elektromagneten entsprechend.
Die Wirkung eines Elektromagneten ähnelt der eines Permanentmagneten. Es gibt jedoch einen großen Unterschied zwischen den beiden. Ein Permanentmagnet ist immer magnetisch und ein Elektromagnet nur dann, wenn ein elektrischer Strom durch seine Spule fließt.
Darüber hinaus bleibt die Anziehungskraft des Permanentmagneten unverändert, da der magnetische Fluss eines Permanentmagneten unverändert bleibt. Die Anziehungskraft eines Elektromagneten ist nicht konstant. Derselbe Elektromagnet kann eine unterschiedliche Schwerkraft haben. Die Anziehungskraft eines Magneten hängt von der Größe seines magnetischen Flusses ab.
Die Anziehungskraft eines Schlick-Elektromagneten und damit sein magnetischer Fluss hängen von der Stärke des Stroms ab, der durch die Spule dieses Elektromagneten fließt. Je größer der Strom, desto größer die Anziehungskraft des Elektromagneten und umgekehrt, je kleiner der Strom in der Spule des Elektromagneten, desto weniger Kraft zieht er magnetische Körper an.
Bei Elektromagneten unterschiedlicher Bauart und Größe hängt die Stärke ihrer Anziehungskraft jedoch nicht nur von der Stärke des Stroms in der Spule ab.Wenn wir zum Beispiel zwei Elektromagnete des gleichen Geräts und der gleichen Größe nehmen, aber einen mit einer kleinen Anzahl von Spulen und den anderen mit einer viel größeren Anzahl, dann ist es leicht zu erkennen, dass bei demselben Strom die Anziehungskraft von Letzteres wird viel größer sein. Je größer die Anzahl der Spulen ist, desto größer ist bei einem gegebenen Strom das um diese Spule erzeugte Magnetfeld, da es aus den Magnetfeldern jeder Windung besteht. Dies bedeutet, dass der magnetische Fluss des Elektromagneten und damit die Anziehungskraft umso größer ist, je größer die Windungszahl der Spule ist.
Es gibt noch einen weiteren Grund, der die Größe des magnetischen Flusses eines Elektromagneten beeinflusst. Das ist die Qualität seines magnetischen Kreises. Ein magnetischer Kreis ist der Weg, entlang dem sich der magnetische Fluss schließt. Der Magnetkreis hat einen bestimmten magnetischen Widerstand... Der magnetische Widerstand hängt von der magnetischen Permeabilität des Mediums ab, durch das der magnetische Fluss fließt. Je größer die magnetische Permeabilität dieses Mediums ist, desto geringer ist sein magnetischer Widerstand.
Da die magnetische Permeabilität ferromagnetischer Körper (Eisen, Stahl) um ein Vielfaches größer ist als die magnetische Permeabilität von Luft, ist es daher rentabler, Elektromagnete so herzustellen, dass ihr Magnetkreis keine Luftabschnitte enthält. Das Produkt aus der Stärke des Stroms und der Anzahl der Windungen der Spule des Elektromagneten wird als magnetomotorische Kraft bezeichnet. Die magnetomotorische Kraft wird anhand der Anzahl der Amperewindungen gemessen.
Beispielsweise fließt ein Strom von 50 mA durch die Spule eines Elektromagneten mit 1200 Windungen. Magnetomotorische Kraft eines solchen Elektromagneten gleich 0,05 NS 1200 = 60 Ampere.
Die Wirkung der magnetomotorischen Kraft ähnelt der Wirkung der elektromotorischen Kraft in einem Stromkreis. So wie EMF die Ursache für elektrischen Strom ist, erzeugt die magnetomotorische Kraft einen magnetischen Fluss in einem Elektromagneten. So wie in einem Stromkreis mit zunehmender EMF der Wert des Stroms zunimmt, nimmt auch in einem Magnetkreis mit zunehmender magnetomotorischer Kraft der magnetische Fluss zu.
Die Wirkung des magnetischen Widerstands ähnelt der Wirkung des Widerstands eines Stromkreises. So wie der Strom sinkt, wenn der Widerstand eines Stromkreises zunimmt, führt in einem Magnetkreis eine Erhöhung des Magnetwiderstands zu einer Verringerung des Magnetflusses.
Die Abhängigkeit des magnetischen Flusses eines Elektromagneten von der magnetomotorischen Kraft und seinem magnetischen Widerstand kann durch eine Formel ausgedrückt werden, die der Formel des Ohmschen Gesetzes ähnelt: magnetomotorische Kraft = (magnetischer Fluss / Reluktanz)
Der magnetische Fluss ist gleich der magnetomotorischen Kraft dividiert durch den magnetischen Widerstand.
Die Anzahl der Windungen der Spule und der magnetische Widerstand für jeden Elektromagneten sind ein konstanter Wert. Daher ändert sich der magnetische Fluss eines bestimmten Elektromagneten nur mit einer Änderung des durch die Spule fließenden Stroms. Da die Anziehungskraft eines Elektromagneten durch seinen magnetischen Fluss bestimmt wird, ist es zum Erhöhen (oder Verringern) der Anziehungskraft eines Elektromagneten erforderlich, den Strom in seiner Spule entsprechend zu erhöhen (oder zu verringern).
Polarisierter Elektromagnet
Ein polarisierter Elektromagnet ist die Kopplung eines Permanentmagneten mit einem Elektromagneten. Die Anordnung erfolgt folgendermaßen: An den Polen des Permanentmagneten werden die sogenannten Verlängerungen der Weicheisenpole befestigt.Jeder Pol dient als elektromagnetischer Kern.Auf ihm ist eine Spule mit Spule platziert. Beide Spulen sind in Reihe geschaltet.
Da die Polverlängerungen direkt mit den Polen eines Permanentmagneten verbunden sind, verfügen sie auch dann über magnetische Eigenschaften, wenn in den Spulen kein Strom fließt; Gleichzeitig bleibt ihre Anziehungskraft unverändert und wird durch den magnetischen Fluss eines Permanentmagneten bestimmt.
Die Wirkung eines polarisierten Elektromagneten besteht darin, dass beim Stromfluss durch seine Spulen die Anziehungskraft seiner Pole je nach Stärke und Richtung des Stroms in den Spulen zunimmt oder abnimmt. Diese Eigenschaft eines polarisierten Elektromagneten beruht auf der Wirkung elektromagnetisch polarisiertes Relais und andere elektrische Geräte.
Die Wirkung eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Leiter
Wenn ein Draht so in ein Magnetfeld gebracht wird, dass er senkrecht zu den Feldlinien verläuft, und ein elektrischer Strom durch diesen Draht fließt, beginnt sich der Draht zu bewegen und wird vom Magnetfeld gedrückt.
Durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes mit dem elektrischen Strom beginnt sich der Leiter zu bewegen, das heißt die elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt.
Die Kraft, mit der der Draht vom Magnetfeld abgestoßen wird, hängt von der Stärke des magnetischen Flusses des Magneten, dem Strom im Draht und der Länge des Teils des Drahtes ab, den die Kraftlinien kreuzen. Die Wirkungsrichtung dieser Kraft, also die Bewegungsrichtung des Leiters, hängt von der Richtung des Stroms im Leiter ab und wird durch die Linke-Hand-Regel bestimmt.
Wenn Sie die Handfläche Ihrer linken Hand so halten, dass die Linien des Magnetfelds in sie eindringen, und die ausgestreckten vier Finger in Richtung des Stroms im Leiter drehen, zeigt der gebogene Daumen die Bewegungsrichtung des Leiters an ... Bei der Anwendung dieser Regel müssen Sie bedenken, dass die Feldlinien vom Nordpol des Magneten ausgehen.