حول المجال المغناطيسي والملفات اللولبية والمغناطيسات الكهربائية

المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي

لا يتم إنشاء المجال المغناطيسي فقط عن طريق الطبيعة أو الاصطناعية مغناطيس دائم، ولكن أيضًا موصلًا إذا كان تيار كهربائي يمر عبره. لذلك ، هناك علاقة بين الظواهر المغناطيسية والكهربائية.

ليس من الصعب التأكد من تكوين مجال مغناطيسي حول السلك الذي يتدفق التيار من خلاله. ضع سلكًا مستقيمًا فوق الإبرة المغناطيسية المتحركة موازية لها وقم بتمرير تيار كهربائي خلالها. يتخذ السهم موضعًا عموديًا على السلك.

ما هي القوى التي يمكن أن تسبب دوران الإبرة المغناطيسية؟ من الواضح أن قوة المجال المغناطيسي المتكونة حول السلك. افصل الطاقة وستعود الإبرة المغناطيسية إلى وضعها الطبيعي. يشير هذا إلى أنه عند إيقاف التيار ، يختفي أيضًا المجال المغناطيسي للسلك.

وبالتالي ، فإن التيار الكهربائي الذي يمر عبر السلك يخلق مجالًا مغناطيسيًا. لمعرفة الاتجاه الذي ستنحرفه الإبرة المغناطيسية ، قم بتطبيق قاعدة اليد اليمنى.إذا وضعت يدك اليمنى على السلك ، وراح لأسفل ، بحيث يتزامن اتجاه التيار مع اتجاه الأصابع ، فإن الإبهام المنحني سيظهر اتجاه انحراف القطب الشمالي للإبرة المغناطيسية الموضوعة تحت السلك . باستخدام هذه القاعدة ومعرفة قطبية السهم ، يمكنك أيضًا تحديد اتجاه التيار في السلك.

المجال الناري ذو السلك المستقيم له شكل دوائر متحدة المركز. إذا وضعت يدك اليمنى على السلك ، وراح لأسفل ، بحيث يتدفق التيار من الأصابع ، فإن الإبهام المنحني سيشير إلى القطب الشمالي للإبرة المغناطيسية ، ويسمى هذا المجال بالمجال المغناطيسي الدائري.

يعتمد اتجاه خطوط القوة في المجال الدائري على اتجاهات التيار الكهربائي في الموصل ويتم تحديده من خلال ما يسمى بقاعدة gimbal. إذا كان المحور ملتويًا عقليًا في اتجاه التيار ، فإن اتجاه دوران مقبضه سيتزامن مع اتجاه خطوط المجال المغناطيسي للمجال. بتطبيق هذه القاعدة ، يمكنك معرفة اتجاه التيار في السلك إذا كنت تعرف اتجاه خطوط الحقل للحقل الذي تم إنشاؤه بواسطة هذا التيار.

بالعودة إلى تجربة الإبرة المغناطيسية ، يمكنك التأكد من أنها موضوعة دائمًا مع نهايتها الشمالية في اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

وهكذا ، ينشأ مجال مغناطيسي حول سلك مستقيم يمر من خلاله تيار كهربائي. له شكل دوائر متحدة المركز ويسمى مجال مغناطيسي دائري.

باطن الخ المجال المغناطيسي الملف اللولبي

ينشأ مجال مغناطيسي حول أي سلك ، بغض النظر عن شكله ، بشرط أن يتدفق تيار كهربائي عبر السلك.

V الهندسة الكهربائية التي نتعامل معها أنواع مختلفة من الملفاتتتكون من عدد من الأدوار.لاستكشاف المجال المغناطيسي للملف المعني ، دعونا أولاً نفكر في شكل المجال المغناطيسي لدورة واحدة.

تخيل أن ملفًا من الأسلاك السميكة يمر عبر قطعة من الورق المقوى ومتصل بمصدر طاقة. عندما يمر تيار كهربائي عبر الملف ، يتشكل مجال مغناطيسي دائري حول كل جزء فردي من الملف. وفقًا لقاعدة "gimbal" ، من السهل تحديد أن خطوط المجال المغناطيسي داخل الحلقة لها نفس الاتجاه (باتجاهنا أو بعيدًا عنا ، اعتمادًا على اتجاه التيار في الحلقة) وأنها تخرج من جانب واحد من الحلقة والدخول من الجانب الآخر سلسلة من هذه الملفات ، على شكل لولب ، هو ما يسمى الملف اللولبي (ملف).

يتشكل مجال مغناطيسي حول الملف اللولبي عندما يمر التيار عبره. يتم الحصول عليها نتيجة إضافة المجالات المغناطيسية لكل منعطف ويشبه في الشكل المجال المغناطيسي لمغناطيس مستقيم الخطي. تترك خطوط المجال المغناطيسي للملف اللولبي ، كما هو الحال مع المغناطيس المستقيم ، أحد طرفي الملف اللولبي وتعود إلى الطرف الآخر. داخل الملف اللولبي لديهم نفس الاتجاه. وبالتالي ، فإن نهايات الملف اللولبي مستقطبة. النهاية التي تخرج منها خطوط الكهرباء هي القطب الشمالي للملف اللولبي ، والنهاية التي تدخل منها خطوط الكهرباء هي القطب الجنوبي.

يمكن تحديد أعمدة الملف اللولبي بقاعدة اليد اليمنى ، لكن لهذا تحتاج إلى معرفة اتجاه التيار في المنعطفات. إذا وضعت يدك اليمنى على الملف اللولبي ، فاضغط على راحة اليد ، بحيث يتدفق التيار من الأصابع ، فسيشير الإبهام المنحني إلى القطب الشمالي للملف اللولبي ... من هذه القاعدة ، يتبع ذلك أن قطبية الملف اللولبي تعتمد في اتجاه التيار فيه.من السهل التحقق من ذلك عمليًا عن طريق إحضار إبرة مغناطيسية إلى أحد أقطاب الملف اللولبي ثم تغيير اتجاه التيار في الملف اللولبي. سوف يدور السهم على الفور 180 درجة ، أي أنه سيظهر أن أعمدة الملف اللولبي قد تغيرت.

الملف اللولبي لديه القدرة على رسم الرئتين. إذا تم وضع قضيب فولاذي داخل الملف اللولبي ، بعد مرور بعض الوقت ، تحت تأثير المجال المغناطيسي للملف اللولبي ، فسيكون القضيب ممغنطًا. تستخدم هذه الطريقة في الإنتاج مغناطيس دائم.

مغناطيس كهربائي

الكهرومغناطيسية عبارة عن ملف (ملف لولبي) به قلب حديدي يوضع بداخله. تختلف أشكال وأحجام المغناطيسات الكهربائية ، لكن الهيكل العام لها جميعًا هو نفسه.

ملف المغناطيس الكهربائي عبارة عن إطار مصنوع في أغلب الأحيان من لوح مضغوط أو من الألياف وله أشكال مختلفة اعتمادًا على الغرض من المغناطيس الكهربائي. يتم لف سلك معزول بالنحاس على الإطار في عدة طبقات - ملف المغناطيس الكهربائي. لها عدد مختلف من المنعطفات وهي مصنوعة من سلك بأقطار مختلفة ، اعتمادًا على الغرض من المغناطيس الكهربائي.

لحماية عزل الملف من التلف الميكانيكي ، يتم تغطية الملف بطبقة واحدة أو أكثر من الورق أو مادة عازلة أخرى. يتم إخراج بداية ونهاية الملف وتوصيله بأطراف الإخراج المثبتة على الإطار أو بأسلاك مرنة مع آذان في النهايات.

يتم تثبيت ملف المغناطيس الكهربائي على قلب مصنوع من الحديد الملدن الناعم أو سبائك الحديد مع السيليكون والنيكل وما إلى ذلك. هذا الحديد لديه أقل بقايا المغناطيسية... غالبًا ما تكون النوى مصنوعة من صفائح رقيقة ، معزولة عن بعضها البعض.يمكن أن تكون أشكال القلب مختلفة ، اعتمادًا على الغرض من المغناطيس الكهربائي.

إذا مر تيار كهربائي عبر ملف مغناطيس كهربائي ، يتشكل مجال مغناطيسي حول الملف ، مما يؤدي إلى جذب القلب. نظرًا لأن اللب مصنوع من الحديد الناعم ، فسيتم مغناطيسه على الفور. إذا قمت بعد ذلك بإيقاف التيار ، فسوف تختفي الخصائص المغناطيسية للنواة بسرعة أيضًا وستتوقف عن أن تكون مغناطيسًا. يتم تحديد أقطاب المغناطيس الكهربائي ، مثل الملف اللولبي ، بقاعدة اليد اليمنى. إذا كان في ملف المغناطيس الكهربائي و gmEat الاتجاه الحالي، ثم ستتغير قطبية المغناطيس الكهربائي وفقًا لذلك.

يشبه عمل المغناطيس الكهربائي تأثير المغناطيس الدائم. ومع ذلك ، هناك فرق كبير بين الاثنين. المغناطيس الدائم مغناطيسي دائمًا ، ومغناطيس كهربائي - فقط عندما يمر تيار كهربائي عبر ملفه.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن قوة جذب المغناطيس الدائم لا تتغير ، لأن التدفق المغناطيسي للمغناطيس الدائم لم يتغير. قوة جذب المغناطيس الكهربائي ليست ثابتة ، نفس المغناطيس الكهربائي يمكن أن يكون له جاذبية مختلفة. تعتمد قوة جذب أي مغناطيس على حجم التدفق المغناطيسي.

يعتمد جاذبية المغناطيس الكهربائي للطمي ، وبالتالي تدفقه المغناطيسي ، على مقدار التيار الذي يمر عبر ملف هذا المغناطيس الكهربائي. كلما زاد التيار ، زادت قوة جذب المغناطيس الكهربائي ، وعلى العكس ، كلما قل التيار في ملف المغناطيس الكهربائي ، قلت القوة التي تجذب الأجسام المغناطيسية إليه.

ولكن بالنسبة للمغناطيسات الكهربائية ذات التصميم والحجم المختلفين ، فإن قوة جاذبيتها لا تعتمد فقط على حجم التيار في الملف.على سبيل المثال ، إذا أخذنا مغناطيسين كهربائيين من نفس الجهاز والحجم ، ولكن أحدهما يحتوي على عدد قليل من الملفات ، والآخر يحتوي على عدد أكبر بكثير ، فمن السهل أن نرى أنه في نفس التيار قوة جذب سيكون الأخير أكبر من ذلك بكثير. في الواقع ، كلما زاد عدد الملفات ، زاد المجال المغناطيسي الناتج حول هذا الملف عند تيار معين ، لأنه يتكون من المجالات المغناطيسية لكل دورة. هذا يعني أن التدفق المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي ، وبالتالي ، فإن قوة جاذبيته ستكون أكبر ، وكلما زاد عدد لفات الملف.

هناك سبب آخر يؤثر على حجم التدفق المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي. هذه هي نوعية دائرتها المغناطيسية. الدائرة المغناطيسية هي المسار الذي يغلق فيه التدفق المغناطيسي. للدائرة المغناطيسية مقاومة مغناطيسية معينة ... تعتمد المقاومة المغناطيسية على النفاذية المغناطيسية للوسط الذي يمر من خلاله التدفق المغناطيسي. كلما زادت النفاذية المغناطيسية لهذه الوسيلة ، انخفضت مقاومتها المغناطيسية.

نظرًا لأن النفاذية المغناطيسية مم للأجسام المغناطيسية (الحديد والصلب) أكبر بعدة مرات من النفاذية المغناطيسية للهواء ، لذلك من المربح صنع مغنطيسات كهربائية بحيث لا تحتوي دائرتها المغناطيسية على أقسام هوائية. يُطلق على ناتج قوة التيار وعدد لفات ملف المغناطيس الكهربائي القوة الدافعة المغناطيسية ... تُقاس القوة الدافعة المغناطيسية بعدد لفات الأمبير.

على سبيل المثال ، يتدفق تيار 50 مللي أمبير عبر ملف مغناطيس كهربائي مع 1200 دورة. القوة الدافعة المغناطيسية لمثل هذا المغناطيس الكهربائي تساوي 0.05 NS 1200 = 60 أمبير.

يشبه عمل القوة الدافعة المغناطيسية عمل القوة الدافعة الكهربائية في الدائرة الكهربائية. كما أن المجالات الكهرومغناطيسية هي سبب التيار الكهربائي ، فإن القوة الدافعة المغناطيسية تخلق تدفقًا مغناطيسيًا في مغناطيس كهربائي. تمامًا كما هو الحال في الدائرة الكهربائية ، مع زيادة EMF ، تزداد قيمة التيار ، كذلك في الدائرة المغناطيسية ، مع زيادة القوة الدافعة المغناطيسية ، يزداد التدفق المغناطيسي.

حركة المقاومة المغناطيسية مشابهة لعمل مقاومة الدائرة الكهربائية. مثلما تزداد مقاومة الدائرة الكهربائية ، يتناقص التيار ، كذلك في الدائرة المغناطيسية ، تؤدي الزيادة في المقاومة المغناطيسية إلى انخفاض التدفق المغناطيسي.

يمكن التعبير عن اعتماد التدفق المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي على القوة الدافعة المغناطيسية ومقاومته المغناطيسية بصيغة مشابهة لصيغة قانون أوم: القوة الدافعة المغناطيسية = (التدفق المغناطيسي / التردد)

التدفق المغناطيسي يساوي القوة الدافعة المغناطيسية مقسومة على الممانعة.

عدد لفات الملف والمقاومة المغناطيسية لكل مغناطيس كهربائي قيمة ثابتة. لذلك ، فإن التدفق المغناطيسي لمغناطيس كهربي معين يتغير فقط مع تغير التيار المتدفق عبر الملف. نظرًا لأن قوة جذب المغناطيس الكهربائي يتم تحديدها من خلال التدفق المغناطيسي ، لزيادة (أو تقليل) قوة جذب المغناطيس الكهربائي ، فمن الضروري زيادة (أو تقليل) التيار في ملفه وفقًا لذلك.

مغناطيس كهربائي مستقطب

المغناطيس الكهربائي المستقطب هو اقتران مغناطيس دائم بمغناطيس كهربائي. يتم ترتيبها على هذا النحو ، ويتم ربط ما يسمى بتمديدات أعمدة الحديد اللينة بأقطاب المغناطيس الدائم.يعمل كل عمود كنواة كهرومغناطيسية ، ويوضع عليه ملف مع ملف. كلا الملفين متصلان في سلسلة.

نظرًا لأن امتدادات القطب متصلة مباشرة بأقطاب مغناطيس دائم ، فإنها تتمتع بخصائص مغناطيسية حتى في حالة عدم وجود تيار في الملفات ؛ في الوقت نفسه ، لا تتغير قوة جاذبيتها ويتم تحديدها بواسطة التدفق المغناطيسي لمغناطيس دائم.

إن تأثير المغناطيس الكهربائي المستقطب هو أنه مع تدفق التيار عبر ملفاته ، تزداد قوة جذب أقطابها أو تنقص اعتمادًا على حجم واتجاه التيار في الملفات. تعتمد خاصية المغناطيس الكهربائي المستقطب على الإجراء التتابع الكهرومغناطيسي المستقطب والأجهزة الكهربائية الأخرى.

عمل مجال مغناطيسي على الموصل الحامل للتيار

إذا تم وضع سلك في مجال مغناطيسي بحيث يكون عموديًا على خطوط المجال ، ويمر تيار كهربائي عبر هذا السلك ، فسيبدأ السلك في التحرك ويتم دفعه بواسطة المجال المغناطيسي.

نتيجة لتفاعل المجال المغناطيسي مع التيار الكهربائي ، يبدأ الموصل في التحرك ، أي يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

تعتمد القوة التي يتم بها صد السلك بواسطة المجال المغناطيسي على مقدار التدفق المغناطيسي للمغناطيس ، والتيار في السلك ، وطول ذلك الجزء من السلك الذي تعبر خطوط القوة. يعتمد اتجاه عمل هذه القوة ، أي اتجاه حركة الموصل ، على اتجاه التيار في الموصل ويتم تحديده بواسطة قاعدة اليد اليسرى.

إذا كنت تمسك راحة يدك اليسرى بحيث تدخلها خطوط المجال المغناطيسي ، ويتم إدارة الأصابع الأربعة الممتدة في اتجاه التيار في الموصل ، فإن الإبهام المثني سيشير إلى اتجاه حركة الموصل ... عند تطبيق هذه القاعدة ، يجب أن تتذكر أن خطوط المجال تمتد من القطب الشمالي للمغناطيس.