Sobre o campo magnético, solenóides e eletroímãs

Campo magnético da corrente elétrica

O campo magnético não é apenas criado por forças naturais ou artificiais imãs permanentes, mas também um condutor se uma corrente elétrica passar por ele. Portanto, há uma conexão entre fenômenos magnéticos e elétricos.

Não é difícil garantir que um campo magnético seja formado ao redor do fio através do qual a corrente flui. Coloque um fio reto sobre a agulha magnética móvel paralela a ele e passe uma corrente elétrica através dele. A seta assumirá uma posição perpendicular ao fio.

Que forças poderiam fazer a agulha magnética girar? Obviamente, a força do campo magnético criado ao redor do fio. Desligue a energia e a agulha magnética retornará à sua posição normal. Isso sugere que, quando a corrente é desligada, o campo magnético do fio também desaparece.

Assim, a corrente elétrica que passa pelo fio cria um campo magnético. Para descobrir em que direção a agulha magnética irá desviar, aplique a regra da mão direita.Se você colocar a mão direita no fio, com a palma para baixo, de modo que a direção da corrente coincida com a direção dos dedos, o polegar dobrado mostrará a direção da deflexão do pólo norte da agulha magnética colocada sob o fio . Usando esta regra e conhecendo a polaridade da seta, você também pode determinar a direção da corrente no fio.

Um campo ígneo de fio retilíneo tem a forma de círculos concêntricos. Se você colocar a mão direita no fio, com a palma para baixo, de modo que a corrente flua dos dedos, o polegar dobrado apontará para o pólo norte da agulha magnética.Esse campo é chamado de campo magnético circular.

A direção das linhas de força do campo circular depende direções da corrente elétrica no condutor e é determinado pela chamada regra do gimbal. Se o gimbal for mentalmente torcido na direção da corrente, a direção de rotação de sua alça coincidirá com a direção das linhas do campo magnético do campo. Aplicando esta regra, você pode descobrir a direção da corrente no fio se souber a direção das linhas de campo do campo criado por essa corrente.

Voltando ao experimento da agulha magnética, você pode garantir que ela esteja sempre posicionada com sua extremidade norte na direção das linhas do campo magnético.

Assim, um campo magnético surge em torno de um fio reto através do qual passa uma corrente elétrica. Tem a forma de círculos concêntricos e é chamado de campo magnético circular.

Solas etc Campo magnético do solenóide

Um campo magnético surge em torno de qualquer fio, independentemente de sua forma, desde que uma corrente elétrica flua através do fio.

V engenharia elétrica com quem lidamos diferentes tipos de bobinasconsistindo de um número de voltas.Para investigar o campo magnético da bobina de interesse, vamos primeiro considerar que forma tem o campo magnético de uma volta.

Imagine uma bobina de fio grosso passando por um pedaço de papelão e conectada a uma fonte de energia. Quando uma corrente elétrica passa pela bobina, um campo magnético circular é formado em torno de cada parte individual da bobina. De acordo com a regra do «gimbal», é fácil determinar que as linhas do campo magnético dentro do loop têm a mesma direção (para nós ou para longe de nós, dependendo da direção da corrente no loop) e saem de um lado do loop e entrar do outro lado.Uma série de tais bobinas, na forma de uma espiral, é o chamado solenóide (bobina).

Um campo magnético é formado em torno do solenóide quando a corrente passa por ele. É obtido como resultado da adição dos campos magnéticos de cada volta e em forma se assemelha ao campo magnético de um ímã retilíneo. As linhas do campo magnético do solenóide, como acontece com um imã retilíneo, saem de uma extremidade do solenóide e retornam para a outra. Dentro do solenóide eles têm a mesma direção. Assim, as extremidades do solenóide são polarizadas. A extremidade de onde saem as linhas de energia é o Pólo Norte do solenóide, e a extremidade de onde as linhas de energia entram é o Pólo Sul.

Os pólos do solenóide podem ser determinados pela regra da mão direita, mas para isso você precisa saber a direção da corrente em suas voltas. Se você colocar sua mão direita no solenóide, com a palma para baixo, de modo que a corrente flua dos dedos, o polegar dobrado apontará para o pólo norte do solenóide... Desta regra, segue-se que a polaridade do solenóide depende na direção da corrente nele.Isso é fácil de verificar na prática, trazendo uma agulha magnética para um dos pólos do solenóide e, em seguida, mudando a direção da corrente no solenóide. A seta girará imediatamente 180 °, ou seja, mostrará que os pólos do solenóide mudaram.

O solenóide tem a capacidade de atrair os pulmões de objetos duráveis. Se uma haste de aço for colocada dentro do solenóide, após algum tempo, sob a influência do campo magnético do solenóide, a haste será magnetizada. Este método é usado na produção imãs permanentes.

eletroímãs

Eletroímã é uma bobina (solenóide) com um núcleo de ferro colocado dentro dela. As formas e tamanhos dos eletroímãs são diferentes, mas a estrutura geral de todos eles é a mesma.

A bobina de um eletroímã é uma estrutura feita na maioria das vezes de papelão ou fibra e tem formas diferentes, dependendo da finalidade do eletroímã. Um fio isolado de cobre é enrolado na estrutura em várias camadas - a bobina do eletroímã. Tem um número diferente de voltas e é feito de fio de diâmetros diferentes, dependendo da finalidade do eletroímã.

Para proteger o isolamento da bobina contra danos mecânicos, a bobina é coberta com uma ou mais camadas de papel ou outro material isolante. O início e o fim do enrolamento são retirados e conectados aos terminais de saída fixados na estrutura ou a fios flexíveis com orelhas nas extremidades.

A bobina do eletroímã é montada em um núcleo feito de ferro macio recozido ou ligas de ferro com silício, níquel, etc. Este ferro tem o mínimo de resíduos magnetismo... Os núcleos geralmente são feitos de folhas finas, isoladas umas das outras.As formas do núcleo podem ser diferentes, dependendo da finalidade do eletroímã.

Se uma corrente elétrica passa pela bobina de um eletroímã, um campo magnético é formado ao redor da bobina, que magnetiza o núcleo. Como o núcleo é feito de ferro macio, ele será magnetizado imediatamente. Se você desligar a corrente, as propriedades magnéticas do núcleo também desaparecerão rapidamente e deixarão de ser um ímã. Os pólos de um eletroímã, como um solenóide, são determinados pela regra da mão direita. Se na bobina do eletroímã egmEat direção atual, então a polaridade do eletroímã mudará de acordo.

A ação de um eletroímã é semelhante à de um ímã permanente. No entanto, há uma grande diferença entre os dois. Um ímã permanente é sempre magnético e um eletroímã - somente quando uma corrente elétrica passa por sua bobina.

Além disso, a força de atração do imã permanente permanece inalterada, pois o fluxo magnético de um imã permanente permanece inalterado. A força de atração de um eletroímã não é constante, o mesmo eletroímã pode ter gravidades diferentes. A força de atração de qualquer ímã depende da magnitude de seu fluxo magnético.

A atração de um eletroímã de lodo e, portanto, seu fluxo magnético, depende da magnitude da corrente que passa pela bobina desse eletroímã. Quanto maior a corrente, maior a força de atração do eletroímã e, inversamente, quanto menor a corrente na bobina do eletroímã, menos força ele atrai os corpos magnéticos para si.

Mas para eletroímãs de design e tamanho diferentes, a força de sua atração depende não apenas da magnitude da corrente na bobina.Se, por exemplo, tomarmos dois eletroímãs do mesmo dispositivo e tamanho, mas um com um pequeno número de bobinas e outro com um número muito maior, é fácil ver que na mesma corrente a força de atração de o último será muito maior. Com efeito, quanto maior for o número de bobinas, maior será, a uma determinada corrente, o campo magnético criado em torno dessa bobina, uma vez que é constituído pelos campos magnéticos de cada volta. Isso significa que o fluxo magnético do eletroímã e, conseqüentemente, a força de sua atração serão maiores quanto maior for o número de voltas da bobina.

Há outro motivo que afeta a magnitude do fluxo magnético de um eletroímã. Esta é a qualidade de seu circuito magnético. Um circuito magnético é o caminho ao longo do qual o fluxo magnético se fecha. O circuito magnético tem uma certa resistência magnética... A resistência magnética depende da permeabilidade magnética do meio pelo qual passa o fluxo magnético. Quanto maior a permeabilidade magnética desse meio, menor sua resistência magnética.

Como a permeabilidade magnética dos corpos ferromagnéticos (ferro, aço) é muitas vezes maior que a permeabilidade magnética do ar, é mais lucrativo fabricar eletroímãs para que seu circuito magnético não contenha seções de ar. O produto da força da corrente e o número de voltas da bobina do eletroímã é chamado de força magnetomotriz... A força magnetomotriz é medida pelo número de ampères-voltas.

Por exemplo, uma corrente de 50 mA flui através da bobina de um eletroímã com 1200 voltas. Força magnetomotriz de tal eletroímã igual a 0,05 NS 1200 = 60 amperes.

A ação da força magnetomotriz é semelhante à ação da força eletromotriz em um circuito elétrico. Assim como EMF é a causa da corrente elétrica, a força magnetomotriz cria fluxo magnético em um eletroímã. Assim como em um circuito elétrico, à medida que a FEM aumenta, o valor da corrente aumenta, também em um circuito magnético, à medida que a força magnetomotriz aumenta, o fluxo magnético aumenta.

Ação da resistência magnética semelhante à ação da resistência do circuito elétrico. Assim como quando a resistência de um circuito elétrico aumenta, a corrente diminui, também em um circuito magnético, um aumento na resistência magnética causa uma diminuição no fluxo magnético.

A dependência do fluxo magnético de um eletroímã na força magnetomotriz e sua resistência magnética pode ser expressa por uma fórmula semelhante à fórmula da lei de Ohm: força magnetomotriz = (fluxo magnético / relutância)

O fluxo magnético é igual à força magnetomotriz dividida pela relutância.

O número de voltas da bobina e a resistência magnética para cada eletroímã é um valor constante. Portanto, o fluxo magnético de um determinado eletroímã muda apenas com uma mudança na corrente que flui através da bobina. Como a força de atração de um eletroímã é determinada por seu fluxo magnético, para aumentar (ou diminuir) a força de atração de um eletroímã, é necessário aumentar (ou diminuir) a corrente em sua bobina de acordo.

eletroímã polarizado

Um eletroímã polarizado é o acoplamento de um ímã permanente a um eletroímã. É organizado desta forma: as chamadas extensões dos pólos de ferro macio são ligadas aos pólos do imã permanente.Cada pólo serve como núcleo eletromagnético... Uma bobina com uma bobina é colocada sobre ela. Ambas as bobinas são conectadas em série.

Como as extensões polares estão diretamente conectadas aos polos de um imã permanente, elas possuem propriedades magnéticas mesmo na ausência de corrente nas bobinas; ao mesmo tempo, sua força de atração é inalterada e é determinada pelo fluxo magnético de um ímã permanente.

A ação de um eletroímã polarizado é que, à medida que a corrente flui através de suas bobinas, a força de atração de seus pólos aumenta ou diminui dependendo da magnitude e direção da corrente nas bobinas. Esta propriedade de um eletroímã polarizado é baseada na ação relé eletromagnético polarizado e outros aparelhos elétricos.

A ação de um campo magnético em um condutor condutor de corrente

Se um fio for colocado em um campo magnético de modo que fique perpendicular às linhas de campo e uma corrente elétrica passar por esse fio, o fio começará a se mover e será empurrado pelo campo magnético.

Como resultado da interação do campo magnético com a corrente elétrica, o condutor começa a se mover, ou seja, a energia elétrica é convertida em energia mecânica.

A força com a qual o fio é repelido pelo campo magnético depende da magnitude do fluxo magnético do ímã, da corrente no fio e do comprimento da parte do fio que as linhas de força cruzam. A direção da ação dessa força, ou seja, a direção do movimento do condutor, depende da direção da corrente no condutor e é determinada pela regra da mão esquerda.

Se você segurar a palma da mão esquerda de forma que as linhas do campo magnético entrem nela e os quatro dedos estendidos sejam virados na direção da corrente no condutor, o polegar dobrado indicará a direção do movimento do condutor ... Ao aplicar esta regra, você deve lembrar que as linhas de campo se estendem do polo norte do ímã.