المجال المغناطيسي لملف يمر به تيار . طرق التأثير على القوى المغناطيسية لملف تيار في ملف ذو دورة واحدة

نواصل دراسة قضايا الظواهر الكهرومغناطيسية. وفي درس اليوم سننظر في المجال المغناطيسي لملف به تيار ومغناطيس كهربائي.

من أكبر الاهتمامات العملية هو المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار. للحصول على ملف، عليك أن تأخذ موصلًا معزولًا ولفه حول الإطار. يحتوي هذا الملف على عدد كبير من لفات الأسلاك. يرجى ملاحظة: هذه الأسلاك ملفوفة حول إطار بلاستيكي وهذا السلك له طرفين (الشكل 1).

أرز. 1. بكرة

قام عالمان مشهوران بدراسة المجال المغناطيسي للملف: أندريه ماري أمبير وفرانسوا أراجو. ووجدوا أن المجال المغناطيسي للملف يتوافق تمامًا مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم (الشكل 2).

أرز. 2. المجال المغناطيسي للملف والمغناطيس الدائم

لماذا تبدو الخطوط المغناطيسية للملف بهذا الشكل؟

إذا كان هناك تيار مستمر يتدفق عبر موصل مستقيم، فإن المجال المغناطيسي يظهر حوله. يمكن تحديد اتجاه المجال المغناطيسي من خلال "قاعدة الثقب" (الشكل 3).

أرز. 3. المجال المغناطيسي للموصل

نحن نثني هذا الموصل في دوامة. يظل اتجاه التيار كما هو، والمجال المغناطيسي للموصل موجود أيضًا حول الموصل، ويزداد مجال المقاطع المختلفة للموصل. سيتم تركيز المجال المغناطيسي داخل الملف. ونتيجة لذلك، نحصل على الصورة التالية للمجال المغناطيسي للملف (الشكل 4).

أرز. 4. المجال المغناطيسي للملف

يوجد مجال مغناطيسي حول الملف الذي يحمل التيار. يمكن اكتشافه، مثل مجال الموصل المباشر، باستخدام نشارة الخشب (الشكل 5). يتم أيضًا إغلاق خطوط المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار.

أرز. 5. موقع برادة المعادن بالقرب من الملف الحالي

إذا تم تعليق ملف به تيار على موصلات رفيعة ومرنة، فسيتم تثبيته بنفس طريقة تركيب الإبرة المغناطيسية للبوصلة. سوف يواجه أحد طرفي الملف الشمال، والآخر سيواجه الجنوب. هذا يعني أن الملف ذو التيار، مثل الإبرة المغناطيسية، له قطبين - الشمال والجنوب (الشكل 6).

أرز. 6. أعمدة الملف

على المخططات الكهربائيةيتم تعيين الملف على النحو التالي:

أرز. 7. تعيين الملف على المخططات

تُستخدم الملفات الحاملة للتيار على نطاق واسع في التكنولوجيا كمغناطيس. إنها مريحة لأن تأثيرها المغناطيسي يمكن أن يتنوع ضمن حدود واسعة.

المجال المغناطيسي للملف كبير مقارنة بالمجال المغناطيسي للموصل (عند نفس التيار).

عندما يمر تيار عبر ملف، ينشأ مجال مغناطيسي حوله. كلما زاد تدفق التيار عبر الملف، أصبح المجال المغناطيسي أقوى.

يمكن إصلاحه باستخدام إبرة مغناطيسية أو نجارة معدنية.
كما أن المجال المغناطيسي للملف يعتمد على عدد اللفات. المجال المغناطيسي للملف الذي يمر به تيار أقوى من عدد أكبريتحول فيه. أي أنه يمكننا تنظيم مجال الملف عن طريق تغيير عدد لفاته أو كهرباءتتدفق من خلال الملف.

لكن الاكتشاف الأكثر إثارة للاهتمام كان اكتشاف المهندس الإنجليزي سمك الحفش. لقد أثبت ما يلي: أخذ العالم ملفًا ووضعه على قلب حديدي. والحقيقة هي أنه من خلال تمرير التيار الكهربائي من خلال المنعطفات من هذه الملفات، زاد المجال المغناطيسي عدة مرات - وبدأت جميع الأجسام الحديدية الموجودة حولها تنجذب إلى هذا الجهاز (الشكل 8). ويسمى هذا الجهاز "المغناطيس الكهربائي".

أرز. 8. المغناطيس الكهربائي

عندما اكتشفوا كيفية صنع خطاف حديدي وإرفاقه بهذا الجهاز، تمكنوا من سحب الأحمال المختلفة. إذن ما هو المغناطيس الكهربائي؟

تعريف

الكهرومغناطيسية- هذا ملف به كمية كبيرةيتم وضع لفات متعرجة على قلب حديدي يكتسب خصائص المغناطيس عندما يمر تيار كهربائي عبر الملف.

تم تعيين المغناطيس الكهربائي في الرسم البياني كملف، ويوجد خط أفقي في الأعلى (الشكل 9). يمثل هذا الخط النواة الحديدية.

أرز. 9. تعيين المغناطيس الكهربائي

عندما درسنا الظواهر الكهربائية قلنا أن التيار الكهربائي له خصائص مختلفة، بما في ذلك الخصائص المغناطيسية. وكانت إحدى التجارب التي ناقشناها تتعلق بحقيقة أننا نأخذ سلكًا متصلاً بمصدر حالي، ونلفه حول مسمار حديدي ونلاحظ كيف تبدأ الأجسام الحديدية المختلفة في الانجذاب إلى هذا المسمار (الشكل 10). هذا هو أبسط المغناطيس الكهربائي. والآن نحن نفهم أن أبسط المغناطيس الكهربائي يتم توفيره من خلال تدفق التيار في الملف، وعدد كبير من المنعطفات، وبالطبع قلب معدني.

أرز. 10. أبسط مغناطيس كهربائي

اليوم، المغناطيسات الكهربائية منتشرة على نطاق واسع. تعمل المغناطيسات الكهربائية في أي مكان تقريبًا وفي كل مكان. على سبيل المثال، إذا أردنا سحب أحمال كبيرة جدًا، فإننا نستخدم المغناطيسات الكهربائية. ومن خلال ضبط القوة الحالية، فإننا، وفقا لذلك، إما زيادة أو تقليل القوة. مثال آخر على استخدام المغناطيس الكهربائي هو الجرس الكهربائي.

فتح وغلق الأبواب وبعض الفرامل عربة(على سبيل المثال، الترام) مزودة أيضًا بمغناطيسات كهربائية.

فهرس

1. جيندنشتاين إل إي، كايدالوف إيه بي، كوزيفنيكوف في بي. فيزياء 8 / إد. أورلوفا في إيه، روزينا آي آي. - م: منيموسين.
2. بيريشكين أ.ف. فيزياء 8. - م: بوستارد، 2010.
3. فاديفا أ.أ.، زاسوف أ.ف.، كيسيليف د.ف. الفيزياء 8. - م: التنوير.

1. بوابة الإنترنت "الموقع" ()
2. بوابة الإنترنت "الموقع" ()
3. بوابة الإنترنت "class-fizika.narod.ru" ()

العمل في المنزل

1. ما هي بكرة؟
2. هل يوجد في أي ملف مجال مغناطيسي؟
3. وصف أبسط المغناطيس الكهربائي.

لنرسم دائرة نصف قطرها ر، يتزامن مع الخط المغناطيسي المتوسط ​​للملف الحلقي (الشكل 3-11)، وله ملف موزع بشكل موحد يتكون من ɯ المنعطفات.

إجمالي التيار الذي يخترق السطح الذي يحده الخط المغناطيسي المتوسط ​​Σ أنا = أناɯ

بسبب التماثل، وقوة المجال نعند النقاط الواقعة على الخط المغناطيسي المتوسط، سيكون هناكنفس الشيء.

القوة المغناطيسية

إف إم = هل = ح 2πR

وفقا لقانون التيار الكلي

أناɯ = هل.

شدة المجال المغناطيسي عند خط المركز المغناطيسي (الخط الأوسط) للملف الحلقي

ح= أناɯ : ل

أرز. 3-11.لفائف الدائري.

والحث المغناطيسي

ب = μ آه = μ أ(أناɯ/ل)

مع الأخذ في الاعتبار أن الحث المغناطيسي على الخط المركزي للملف الحلقي يساوي متوسط ​​قيمته (وهو أمر مقبول عندما ر 1 - ر 2 < ر 1), لنكتب تعبيرًا عن التدفق المغناطيسي للملف:

ف = بكالوريوس=μ أ((IɯS):ل)

أرز. 3-12.

الاعتماد (3-20) يشبه قانون أوم للدائرة الكهربائية ولذلك يسمى قانون أوم للدائرة المغناطيسية؛ هنا F - التدفق المغناطيسي مشابه للتيار؛ إف إم- ن. مع. مشابه ل ه. د.س، أ ر م- مقاومة الدائرة المغناطيسية – الدائرة المغناطيسية – تشبه مقاومة الدائرة الكهربائية . يجب أن تُفهم الدائرة المغناطيسية هنا على أنها دائرة مغناطيسية - وهي قلب يتم فيه تحت تأثير n. مع. التدفق المغناطيسي مغلق.

يمكن اعتبار الملف الأسطواني (الشكل 3-12) جزءًا من ملف حلقي ذو حجم لا نهائي

نصف قطر مع ملف يقع فقط على جزء من القلب الذي يساوي طوله طول الملف. يتم تحديد شدة المجال والحث المغناطيسي على الخط المركزي في مركز الملف باستخدام نفس الصيغ المستخدمة في الملف الحلقي. لكن بالنسبة للملف الأسطواني، تكون هذه الصيغ تقريبية. يمكن استخدامها لتحديد نو فيداخل ملف طويل طوله أكبر بكثير من قطره.

مقالة عن موضوع المجال المغناطيسي لملف التيار

الكهرومغناطيسية هي مجموعة من الظواهر الناتجة عن اتصال التيارات الكهربائية والمجالات المغناطيسية. في بعض الأحيان يؤدي هذا الاتصال إلى تأثيرات غير مرغوب فيها. على سبيل المثال، يؤدي تدفق التيار عبر الكابلات الكهربائية على متن السفينة إلى انحراف غير ضروري لبوصلة السفينة. ومع ذلك، غالبًا ما يتم استخدام الكهرباء بشكل متعمد لإنشاء مجالات مغناطيسية عالية الكثافة. ومن الأمثلة على ذلك المغناطيسات الكهربائية. سنتحدث عنهم اليوم.

والتدفق المغناطيسي

يمكن تحديد شدة المجال المغناطيسي من خلال عدد خطوط التدفق المغناطيسي لكل وحدة مساحة. يحدث أينما يتدفق التيار الكهربائي، ويتناسب التدفق المغناطيسي في الهواء مع الأخير. يمكن ثني سلك مستقيم يحمل تيارًا في ملف. مع نصف قطر صغير بما فيه الكفاية للملف، يؤدي ذلك إلى زيادة التدفق المغناطيسي. في هذه الحالة، لا تزيد القوة الحالية.

يمكن تعزيز تأثير تركيز التدفق المغناطيسي بشكل أكبر من خلال زيادة عدد اللفات، أي لف السلك في ملف. والعكس صحيح أيضا. يمكن إضعاف المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار عن طريق تقليل عدد اللفات.

دعونا نستنتج علاقة مهمة. عند نقطة كثافة التدفق المغناطيسي القصوى (حيث يوجد أكبر عدد من خطوط التدفق لكل وحدة مساحة)، يتم التعبير عن العلاقة بين التيار الكهربائي I وعدد لفات السلك n والتدفق المغناطيسي B على النحو التالي: إلى B. ينشئ تيار مقداره 12 A يتدفق عبر ملف مكون من 3 لفات نفس المجال المغناطيسي تمامًا مثل تيار قدره 3 A يتدفق عبر ملف مكون من 12 لفة. من المهم معرفة ذلك عند حل المشكلات العملية.

الملف اللولبي

يسمى ملف السلك الملفوف الذي يخلق مجالًا مغناطيسيًا بالملف اللولبي. يمكن لف الأسلاك حول الحديد (قلب الحديد). القاعدة غير المغناطيسية (على سبيل المثال، قلب الهواء) مناسبة أيضًا. كما ترون، يمكنك استخدام أكثر من مجرد الحديد لإنشاء المجال المغناطيسي لملف يحمل تيارًا. من حيث حجم التدفق، فإن أي قلب غير مغناطيسي يعادل الهواء. وهذا يعني أن العلاقة المذكورة أعلاه التي تربط التيار وعدد الدورات والتدفق يتم إرضاءها بدقة تامة في هذه الحالة. وبالتالي، يمكن إضعاف المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار إذا تم تطبيق هذا المبدأ.

استخدام الحديد في الملف اللولبي

ما هو الحديد المستخدم في الملف اللولبي؟ ويؤثر وجوده على المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار بطريقتين. فهو يزيد التيار، في كثير من الأحيان آلاف المرات أو أكثر. ومع ذلك، فإن هذا قد ينتهك علاقة تناسبية مهمة. إنه على وشكحول ما هو موجود بين التدفق المغناطيسي والتيار في الملفات ذات قلب الهواء.

المناطق المجهرية في الحديد، المجالات (بتعبير أدق، يتم بناؤها في اتجاه واحد تحت تأثير المجال المغناطيسي الذي يتم إنشاؤه بواسطة التيار. ونتيجة لذلك، في وجود نواة حديدية، يخلق هذا التيار تدفقًا مغناطيسيًا أكبر لكل وحدة المقطع العرضي للسلك، وبالتالي، تزداد كثافة التدفق بشكل ملحوظ عندما تصطف جميع المجالات في نفس الاتجاه، فإن الزيادة الإضافية في التيار (أو عدد اللفات في الملف) تؤدي فقط إلى زيادة طفيفة في كثافة التدفق المغناطيسي.

دعونا نتحدث الآن قليلا عن الحث. وهذا جزء مهم من الموضوع الذي يهمنا.

تحريض المجال المغناطيسي لملف تيار

على الرغم من أن المجال المغناطيسي للملف اللولبي ذو القلب الحديدي أقوى بكثير من المجال المغناطيسي للملف اللولبي ذو القلب الهوائي، إلا أن حجمه محدود بخصائص الحديد. من الناحية النظرية لا يوجد حد للحجم الذي يتم إنشاؤه بواسطة ملف الهواء الأساسي. ومع ذلك، فإنه من الصعب جدًا والمكلف عمومًا الحصول على التيارات الهائلة اللازمة لإنتاج مجال مماثل في الحجم لمجال الملف اللولبي ذو القلب الحديدي. ليس عليك دائمًا أن تسلك هذا الطريق.

ماذا يحدث إذا قمت بتغيير المجال المغناطيسي لملف يمر به تيار كهربي؟ يمكن لهذا الإجراء أن يولد تيارًا كهربائيًا بنفس الطريقة التي يخلق بها التيار مجالًا مغناطيسيًا. عندما يقترب المغناطيس من موصل، فإن خطوط القوة المغناطيسية التي تعبر الموصل تولد جهدًا كهربائيًا فيه. تعتمد قطبية الجهد المستحث على قطبية واتجاه تغير التدفق المغناطيسي. هذا التأثير أقوى بكثير في الملف منه في دورة فردية: فهو يتناسب مع عدد اللفات في الملف. في وجود قلب حديدي، يزداد الجهد المستحث في الملف اللولبي. بهذه الطريقة، من الضروري أن يتحرك الموصل بالنسبة للتدفق المغناطيسي. إذا لم يعبر الموصل خطوط التدفق المغناطيسي، فلن يحدث أي جهد.

كيف نحصل على الطاقة؟

تنتج المولدات الكهربائية تيارًا بناءً على نفس المبادئ. عادةً ما يدور المغناطيس بين الملفات. يعتمد حجم الجهد المستحث على حجم مجال المغناطيس وسرعة دورانه (يحددان معدل تغير التدفق المغناطيسي). يتناسب الجهد في الموصل بشكل مباشر مع سرعة التدفق المغناطيسي فيه.

في العديد من المولدات، يتم استبدال المغناطيس بملف لولبي. من أجل خلق مجال مغناطيسي في ملف يحمل تيارا، يتم توصيل الملف اللولبي بما ستكون الطاقة الكهربائية التي سيولدها المولد في هذه الحالة؟ إنه يساوي منتج الجهد والتيار. من ناحية أخرى، فإن العلاقة بين التيار في الموصل والتدفق المغناطيسي تجعل من الممكن استخدام التدفق الناتج عن تيار كهربائي في مجال مغناطيسي للحصول على حركة ميكانيكية. تعمل المحركات الكهربائية وبعض أدوات القياس الكهربائية على هذا المبدأ. ومع ذلك، لإنشاء حركة فيها، من الضروري إنفاق طاقة كهربائية إضافية.

مجالات مغناطيسية قوية

حاليًا، باستخدام من الممكن الحصول على كثافة غير مسبوقة للمجال المغناطيسي للملف مع التيار. يمكن أن تكون المغناطيسات الكهربائية قوية جدًا. في هذه الحالة، يتدفق التيار دون خسارة، أي لا يسبب تسخين المادة. وهذا يسمح بتطبيق الفولتية العالية على الملفات اللولبية الأساسية للهواء وتجنب قيود التشبع. مثل هذا المجال المغناطيسي القوي للملف الحامل للتيار يفتح آفاقًا كبيرة جدًا. تحظى المغناطيسات الكهربائية وتطبيقاتها باهتمام العديد من العلماء لسبب وجيه. ففي النهاية، يمكن استخدام الحقول القوية للتحرك على ارتفاع مغناطيسي وإنشاء أنواع جديدة من المحركات والمولدات الكهربائية. إنهم قادرون على الحصول على طاقة عالية بتكلفة منخفضة.

تستخدم البشرية طاقة المجال المغناطيسي للملف الحالي بنشاط. لقد تم استخدامه على نطاق واسع لسنوات عديدة، وخاصة في السكك الحديدية. سنتحدث الآن عن كيفية استخدام خطوط المجال المغناطيسي لملف يحمل تيارًا لتنظيم حركة القطارات.

المغناطيس على السكك الحديدية

تستخدم السكك الحديدية عادةً الأنظمة التي تكمل فيها المغناطيسات الكهربائية والمغناطيسات الدائمة بعضها البعض لمزيد من الأمان. كيف تعمل هذه الأنظمة؟ يتم ربط القوي بالقرب من السكة على مسافة معينة من إشارات المرور. وأثناء مرور القطار فوق المغناطيس، يدور محور المغناطيس المسطح الدائم الموجود في مقصورة السائق بزاوية صغيرة، وبعد ذلك يبقى المغناطيس في موضعه الجديد.

تنظيم حركة المرور على السكك الحديدية

تؤدي حركة المغناطيس المسطح إلى إطلاق جرس إنذار أو صفارة الإنذار. ثم يحدث ما يلي. وبعد بضع ثوانٍ، تمر مقصورة السائق فوق المغناطيس الكهربائي المتصل بإشارة المرور. إذا أعطى القطار الضوء الأخضر، فسيتم تنشيط المغناطيس الكهربائي ويدور محور المغناطيس الدائم في السيارة إلى موضعه الأصلي، مما يؤدي إلى إيقاف الإشارة في المقصورة. عندما تكون إشارة المرور حمراء أو صفراء، يتم إيقاف تشغيل المغناطيس الكهربائي، ثم بعد تأخير معين، يتم تطبيق الفرامل تلقائيا، ما لم ينسى السائق القيام بذلك بالطبع. يتم توصيل دائرة الفرامل (وكذلك الإشارة الصوتية) بالشبكة منذ لحظة دوران محور المغناطيس. إذا عاد المغناطيس إلى موضعه الأصلي أثناء التأخير، فلن يتم تعشيق الفرامل.

من أكبر الاهتمامات العملية هو المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار. يوضح الشكل 97 ملفًا يتكون من عدد كبير من لفات الأسلاك الملفوفة إطار خشبي. عندما يكون هناك تيار في الملف، تنجذب برادة الحديد إلى أطرافه، وعندما ينقطع التيار، فإنها تتساقط.

أرز. 97. جذب برادة الحديد بواسطة ملف تيار

إذا تم تعليق ملف به تيار على موصلات رفيعة ومرنة، فسيتم تثبيته بنفس طريقة تركيب الإبرة المغناطيسية للبوصلة. سوف يواجه أحد طرفي الملف الشمال، والآخر سيواجه الجنوب. هذا يعني أن الملف ذو التيار، مثل الإبرة المغناطيسية، له قطبين - الشمال والجنوب (الشكل 98).

أرز. 98. أعمدة الملف الحالية

يوجد مجال مغناطيسي حول الملف الذي يحمل التيار. يمكن اكتشافه، مثل مجال التيار المباشر، باستخدام نشارة الخشب (الشكل 99). الخطوط المغناطيسية للمجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار هي أيضًا منحنيات مغلقة. من المقبول عمومًا أنه خارج الملف يتم توجيههم من القطب الشمالي للملف إلى الجنوب (انظر الشكل 99).

أرز. 99. الخطوط المغناطيسية لملف التيار

تُستخدم الملفات الحاملة للتيار على نطاق واسع في التكنولوجيا كمغناطيس. إنها مريحة لأن تأثيرها المغناطيسي يمكن تغييره (تقويته أو إضعافه) على نطاق واسع. دعونا نلقي نظرة على الطرق التي يمكنك من خلالها القيام بذلك.

يوضح الشكل 97 تجربة يتم فيها ملاحظة عمل المجال المغناطيسي للملف مع التيار. إذا قمت باستبدال الملف بملف آخر، مع عدد أكبر من لفات الأسلاك، فإنه بنفس القوة الحالية سوف يجذب المزيد من الأجسام الحديدية. وسائل، يكون التأثير المغناطيسي للملف الحامل للتيار أقوى، كلما زاد عدد اللفات فيه.

لنقم بتوصيل مقاومة متغيرة بالدائرة التي تحتوي على الملف (الشكل 100) ونستخدمها لتغيير قوة التيار في الملف. مع زيادة التيار، يزداد تأثير المجال المغناطيسي لملف التيار، ومع انخفاض التيار يضعف..

أرز. 100. تأثير المجال المغناطيسي للملف

وتبين أيضًا أن التأثير المغناطيسي للملف الحامل للتيار يمكن تعزيزه بشكل كبير دون تغيير عدد لفاته أو قوة التيار فيه. للقيام بذلك، تحتاج إلى إدراج قضيب الحديد (الأساسية) داخل الملف. الحديد الذي يتم إدخاله داخل الملف يعزز التأثير المغناطيسي للملف(الشكل 101).

أرز. 101. تأثير المجال المغناطيسي للملف ذو القلب الحديدي

يسمى الملف الذي يحتوي على قلب حديدي بداخله مغناطيسًا كهربائيًا.

يعد المغناطيس الكهربائي أحد الأجزاء الرئيسية للعديد من الأجهزة التقنية. يوضح الشكل 102 مغناطيسًا كهربائيًا على شكل قوس يحمل عضوًا عضويًا (صفيحة حديدية) مع حمولة معلقة.

أرز. 102. مغناطيس كهربائي على شكل قوس

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية على نطاق واسع في التكنولوجيا نظرًا لخصائصها الرائعة. يتم إزالة المغناطيسية بسرعة عند إيقاف التيار، اعتمادًا على الغرض منها، ويمكن تصنيعها بأحجام مختلفة أثناء تشغيل المغناطيس الكهربائي، ويمكن تعديل تأثيره المغناطيسي عن طريق تغيير قوة التيار في الملف.

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية ذات قوة الرفع الكبيرة في المصانع لحمل المنتجات المصنوعة من الفولاذ أو الحديد الزهر، بالإضافة إلى نشارة وسبائك الفولاذ والحديد الزهر (الشكل 103).

أرز. 103. تطبيق المغناطيسات الكهربائية

يوضح الشكل 104 مقطعًا عرضيًا لفاصل الحبوب المغناطيسي. يتم خلط برادة الحديد الدقيقة جدًا في الحبوب. لا تلتصق نشارة الخشب هذه بالحبيبات الناعمة للحبوب الصحية، ولكنها تلتصق بحبيبات الأعشاب الضارة. يتم سكب الحبوب 1 من القادوس على أسطوانة دوارة 2. يوجد داخل الأسطوانة مغناطيس كهربائي قوي 5. من خلال جذب جزيئات الحديد 4، فإنه يزيل حبيبات الأعشاب الضارة من تدفق الحبوب 3 وبهذه الطريقة ينظف الحبوب من الأعشاب الضارة وبالخطأ اشتعلت الأجسام الحديدية.

أرز. 104. الفاصل المغناطيسي

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في التلغراف والهاتف والعديد من الأجهزة الأخرى.

أسئلة

1. في أي اتجاه يتم تركيب ملف يحمل تيارًا معلقًا على موصلات رفيعة وطويلة؟ ما هي أوجه التشابه بينها وبين الإبرة المغناطيسية؟
2. ما هي الطرق التي يمكن بها تعزيز التأثير المغناطيسي لملف يمر به تيار؟
3. ماذا يسمى المغناطيس الكهربائي؟
4. ما هي أغراض استخدام المغناطيس الكهربائي في المصانع؟
5. كيف يعمل فاصل الحبوب المغناطيسي؟

التمرين 41

1. من الضروري بناء مغناطيس كهربائي يمكن تعديل قوة الرفع دون تغيير التصميم. كيف افعلها؟
2. ما الذي يجب فعله لتغيير الأقطاب المغناطيسية للملف الذي يحمل التيار إلى الاتجاه المعاكس؟
3. كيف يمكن بناء مغناطيس كهربائي قوي إذا اشترط المصمم أن يكون التيار في المغناطيس الكهربائي صغيرا نسبيا؟
4. تتمتع المغناطيسات الكهربائية المستخدمة في الرافعة بقوة هائلة. المغناطيس الكهربائي المستخدم لإزالة برادة الحديد الضالة من العين ضعيف جدًا. وما هي الطرق التي يتم بها تحقيق هذا الاختلاف؟

يمارس

إذا كان في الفضاء حول بلا حراك الشحنات الكهربائيةيوجد مجال كهروستاتيكي، ثم يوجد في الفضاء المحيط بالشحنات المتحركة (وكذلك حول المجالات الكهربائية المتغيرة بمرور الوقت، والتي اقترحها ماكسويل في الأصل). من السهل ملاحظة ذلك تجريبيا.

بفضل المجال المغناطيسي تتفاعل التيارات الكهربائية مع بعضها البعض، وكذلك المغناطيس الدائم والتيارات مع المغناطيس. وبالمقارنة مع التفاعل الكهربائي، فإن التفاعل المغناطيسي أقوى بكثير. تمت دراسة هذا التفاعل من قبل أندريه ماري أمبير.

في الفيزياء، خاصية المجال المغناطيسي هي B، وكلما كان أكبر، كان المجال المغناطيسي أقوى. الحث المغناطيسي B عبارة عن كمية متجهة، يتزامن اتجاهها مع اتجاه القوة المؤثرة على القطب الشمالي لإبرة مغناطيسية تقليدية موضوعة في نقطة ما في المجال المغناطيسي - سيوجه المجال المغناطيسي الإبرة المغناطيسية في اتجاه المتجه B أي في اتجاه المجال المغناطيسي.

يتم توجيه المتجه B عند كل نقطة من خط الحث المغناطيسي بشكل عرضي إليه. أي أن الحث B يميز تأثير قوة المجال المغناطيسي على التيار. يلعب التوتر E دورًا مشابهًا الحقل الكهربائي، توصيف تأثير قوة المجال الكهربائي على الشحنة.

إن أبسط تجربة مع برادة الحديد تجعل من الممكن توضيح ظاهرة عمل المجال المغناطيسي على جسم ممغنط، لأنه في المجال المغناطيسي الثابت تصبح قطع صغيرة من المغناطيس الحديدي (مثل هذه القطع هي برادة الحديد) ممغنطة على طول المجال - الإبر المغناطيسية، مثل إبر البوصلة الصغيرة.

إذا أخذت موصلاً نحاسيًا رأسيًا، وقمت بتمريره عبر فتحة في ورقة أفقية (أو زجاج شبكي، أو خشب رقائقي)، ثم صببت برادة معدنية على الورقة، وهزتها قليلًا، ثم مررت تيارًا مباشرًا عبر الورقة موصل، فمن السهل أن نرى كيف ستصطف برادة في شكل دوامة في دوائر حول الموصل، في مستوى عمودي على التيار فيه.

ستكون هذه الدوائر المصنوعة من نشارة الخشب صورة رمزية لخطوط الحث المغناطيسي B للمجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار. مركز الدوائر، في هذه التجربة، سيكون موجودًا بالضبط في المركز، على طول محور الموصل الذي يمر به التيار.

من السهل تحديد اتجاه نواقل الحث المغناطيسي B للموصل الحامل للتيار أو من خلال قاعدة المسمار الأيمن: عندما يتحرك محور المسمار للأمام في اتجاه التيار في الموصل، يكون اتجاه دوران المسمار أو سيشير مقبض المثقاب (نقوم بربط المسمار أو إخراجه) إلى اتجاه المجال المغناطيسي حول التيار.

لماذا تنطبق قاعدة الثقب؟ نظرًا لأن عملية الجزء الدوار (المشار إليها في نظرية المجال بالتعفن)، المستخدمة في معادلتي ماكسويل، يمكن كتابتها رسميًا كمنتج متجه (مع عامل nabla)، والأهم من ذلك أنه يمكن تشبيه الجزء الدوار لحقل متجه (يمثل تشبيهًا) للسرعة الزاوية لدوران السائل المثالي (كما تخيل ماكسويل نفسه)، والتي يمثل مجال سرعة التدفق فيها مجالًا متجهًا معينًا، يمكن للمرء أن يستخدم للدوار نفس صيغ القاعدة الموصوفة للسرعة الزاوية.

وبالتالي، إذا قمت بلف المثقاب في اتجاه دوامة مجال المتجه، فسوف يتم ربطه في اتجاه ناقل الجزء المتحرك لهذا المجال.

كما ترون، على عكس خطوط المجال الكهروستاتيكي المفتوحة في الفضاء، فإن خطوط الحث المغناطيسي المحيطة بالتيار الكهربائي مغلقة. إذا كانت خطوط الكثافة الكهربائية E تبدأ بشحنات موجبة وتنتهي بشحنات سالبة، فإن خطوط الحث المغناطيسي B تكون ببساطة مغلقة حول التيار الذي يولدها.

الآن دعونا تعقيد التجربة. بدلاً من الموصل المستقيم الذي يمر به تيار، فكر في ملف يمر به تيار. لنفترض أنه من الملائم لنا وضع مثل هذا الكفاف بشكل عمودي على مستوى الرسم، مع توجيه التيار نحونا على اليسار، وبعيدًا عنا على اليمين. إذا قمت الآن بوضع بوصلة بإبرة مغناطيسية داخل الملف مع التيار، فسوف تشير الإبرة المغناطيسية إلى اتجاه خطوط الحث المغناطيسي - وسيتم توجيهها على طول محور الملف.

لماذا؟ لأن الجوانب المقابلة لمستوى الملف ستكون مشابهة لأقطاب الإبرة المغناطيسية. المكان الذي تأتي منه الخطوط B هو القطب المغناطيسي الشمالي، ومن حيث تدخل هو القطب الجنوبي. من السهل أن نفهم هذا إذا كنت تفكر أولاً في موصل به تيار ومجاله المغناطيسي، ثم تقوم ببساطة بلف الموصل على شكل حلقة.

لتحديد اتجاه الحث المغناطيسي للملف مع التيار، استخدموا أيضًا قاعدة الثقب أو قاعدة المسمار الأيمن. ضع طرف المثقاب في وسط الملف وابدأ بتدويره في اتجاه عقارب الساعة. سوف تتزامن الحركة الأمامية للمثقاب في الاتجاه مع ناقل الحث المغناطيسي B في مركز الملف.

ومن الواضح أن اتجاه المجال المغناطيسي للتيار يرتبط باتجاه التيار في الموصل، سواء كان موصلاً مستقيماً أو ملفاً.

من المقبول عمومًا أن جانب الملف أو الدوران مع التيار الذي تخرج منه خطوط الحث المغناطيسي B (اتجاه المتجه B للخارج) هو القطب المغناطيسي الشمالي، وحيث تدخل الخطوط (المتجه B موجه للداخل ) هو القطب المغناطيسي الجنوبي.

إذا كانت العديد من المنعطفات مع التيار تشكل ملفًا طويلًا - ملف لولبي (طول الملف أكبر بعدة مرات من قطره) ، فإن المجال المغناطيسي بداخله يكون متجانسًا ، أي أن خطوط الحث المغناطيسي B متوازية مع بعضها البعض و لها نفس الكثافة على طول الملف بالكامل. وبالمناسبة، فإن المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم يشبه من الخارج المجال المغناطيسي لملف يمر به تيار.

بالنسبة للملف ذو التيار I، الطول l، مع عدد اللفات N، فإن الحث المغناطيسي في الفراغ سيكون مساويا عدديا لـ:

لذا، فإن المجال المغناطيسي داخل الملف مع التيار منتظم، وموجه من الجنوب إلى القطب الشمالي (داخل الملف!) الحث المغناطيسي داخل الملف يتناسب في حجمه مع عدد الأمبيرات لكل وحدة طول للملف. لفائف مع التيار.