Champ magnétique de la bobine avec le courant. Electroaimants et leur application

L'électromagnétisme est une combinaison de phénomènes,En raison du couplage des courants électriques et des champs magnétiques. Parfois, cette connexion conduit à des effets indésirables. Par exemple, le courant qui traverse les câbles électriques du navire provoque une déviation inutile de la boussole du navire. Cependant, l'électricité est souvent utilisée délibérément pour créer des champs magnétiques de haute intensité. A titre d'exemple, on peut citer les électro-aimants. Nous en parlerons aujourd'hui.

Courant électrique et flux magnétique

L'intensité du champ magnétique peut être déterminéenombre de lignes de flux magnétique, qui est par unité de surface. Un champ magnétique apparaît partout où un courant électrique circule, et le flux magnétique dans l'air est proportionnel à ce dernier. Un fil droit portant un courant peut être plié en une bobine. Avec un rayon de virage suffisamment faible, cela entraîne une augmentation du flux magnétique. Le courant n'augmente pas.

L'effet de la concentration du flux magnétique peut êtreaugmenter, en augmentant le nombre de tours, c'est-à-dire en tordant le fil dans la bobine. L'inverse est également vrai. Le champ magnétique de la bobine avec le courant peut être affaibli si le nombre de tours est réduit.

Nous dérivons une relation importante. Au point de densité maximale du flux magnétique (la plupart des lignes par unité de surface), le rapport entre le courant électrique I, le nombre de spires du fil n et le flux magnétique B est exprimé comme suit: In est proportionnel à B. , crée exactement le même champ magnétique que le courant de 3 A, circulant à travers une bobine de 12 tours. Il est important de le savoir en résolvant des problèmes pratiques.

Solénoïde

Bobine de fil enroulé, créantun champ magnétique, est appelé un solénoïde. Les fils peuvent être enroulés sur du fer (noyau de fer). Une base non magnétique (par exemple, un noyau d'air) convient également. Comme vous pouvez le voir, vous pouvez utiliser non seulement le fer pour créer une bobine de champ magnétique avec un courant. Du point de vue de l'ampleur du flux, tout noyau non magnétique est équivalent à l'air. C'est-à-dire que la relation ci-dessus reliant le courant, le nombre de tours et le flux, dans ce cas, est effectuée de manière assez précise. Ainsi, le champ magnétique d'une bobine avec un courant peut être affaibli en appliquant cette régularité.

Utilisation de fer dans un solénoïde

À quoi sert le fer dans un solénoïde? Sa présence affecte le champ magnétique de la bobine de courant à deux égards. Il augmente l'action magnétique du courant, souvent des milliers de fois et plus. Cependant, une relation proportionnelle importante peut être violée. C'est celui qui existe entre le flux magnétique et le courant dans les bobines avec un noyau d'air.

Domaines microscopiques dans la glande, domaines(plus précisément, leurs moments magnétiques), sous l'action du champ magnétique généré par le courant, sont construits dans une direction. Il en résulte que, en présence d'un noyau de fer, ce courant crée un flux magnétique plus important par section unitaire du fil. Ainsi, la densité de flux augmente sensiblement. Lorsque tous les domaines sont alignés dans une direction, une augmentation supplémentaire du courant (ou du nombre de tours dans la bobine) n'augmente que légèrement la densité du flux magnétique.

Parlons un peu de l'induction. C'est une partie importante du sujet qui nous intéresse.

Induction du champ magnétique d'une bobine avec un courant

Bien que le champ magnétique d'un solénoïde avec un ferLe noyau est beaucoup plus fort que le champ magnétique d'un solénoïde avec un noyau d'air, sa grandeur est limitée par les propriétés du fer. La taille de celle qui est créée par la bobine avec le noyau d'air, n'a théoriquement aucune limite. Cependant, en règle générale, il est très difficile et coûteux d'obtenir les courants énormes nécessaires pour créer un champ comparable en amplitude au champ d'un solénoïde à noyau de fer. Ne pas toujours aller de cette façon.

Qu'est-ce qui se passera si vous changez le champ magnétique de la bobine aveccourant? Cette action peut générer un courant électrique de la même manière qu'un courant crée un champ magnétique. Lorsque l'aimant s'approche du conducteur, les lignes de force magnétiques qui traversent le conducteur y induisent une tension. La polarité de la tension induite dépend de la polarité et de la direction de la variation du flux magnétique. Cet effet est beaucoup plus prononcé dans la bobine que dans une bobine séparée: il est proportionnel au nombre de tours dans l'enroulement. En présence d'un noyau de fer, la tension induite dans le solénoïde augmente. Avec cette méthode, il est nécessaire de déplacer le conducteur par rapport au flux magnétique. Si le conducteur ne traverse pas les lignes de flux magnétique, il n'y aura pas de tension.

Comment obtenir de l'énergie

Les générateurs électriques produisent du courantbasé sur les mêmes principes. Habituellement, l'aimant tourne entre les bobines. L'amplitude de la tension induite dépend de la grandeur du champ de l'aimant et de la vitesse de rotation (ils déterminent la vitesse de variation du flux magnétique). La tension dans le conducteur est directement proportionnelle à la vitesse du flux magnétique dans celui-ci.

Dans de nombreux générateurs, l'aimant est remplacé par un solénoïde. Afin de créer une bobine de champ magnétique avec un courant, le solénoïde est connecté à une source de courant. Dans ce cas, quelle sera l'énergie électrique produite par le générateur? Il est égal au produit de la tension au courant. D'autre part, l'interconnexion du courant dans le conducteur et le flux magnétique permet d'utiliser un courant généré par un courant électrique dans un champ magnétique pour obtenir un mouvement mécanique. Ce principe est suivi par les moteurs électriques et certains appareils électriques. Cependant, pour créer un mouvement, il est nécessaire de dépenser de l'énergie électrique supplémentaire.

Forts champs magnétiques

Actuellement, en utilisant le phénomène desupraconductivité, il est possible d'obtenir une intensité sans précédent du champ magnétique de la bobine avec le courant. Les électro-aimants peuvent être très puissants. Dans ce cas, le courant circule sans pertes, c'est-à-dire, ne provoque pas de chauffage du matériau. Cela permet d'appliquer une tension importante dans les solénoïdes avec un noyau d'air et d'éviter les contraintes causées par l'effet de saturation. De très grandes perspectives ouvrent une telle bobine de champ magnétique puissante avec du courant. Les électro-aimants et leur utilisation ne sont pas en vain intéressés par de nombreux scientifiques. Après tout, les champs forts peuvent être utilisés pour se déplacer sur un «coussin» magnétique et créer de nouveaux types de moteurs électriques et de générateurs. Ils sont capables de haute puissance à faible coût.

L'énergie du champ magnétique de la bobine avec le courant est activeutilisé par l'humanité. Il a été largement utilisé pendant de nombreuses années, en particulier sur les chemins de fer. Nous allons maintenant parler de la façon dont les lignes de champ magnétique de la bobine avec le courant sont utilisés pour réguler le mouvement des trains.

Aimants sur les chemins de fer

Les chemins de fer utilisent habituellementqui pour plus de sécurité, les électro-aimants et les aimants permanents se complètent. Comment fonctionnent ces systèmes? Un puissant aimant permanent est fixé près du rail à une certaine distance des feux de circulation. Pendant le passage du train au-dessus de l'aimant, l'axe de l'aimant plat permanent dans la cabine du conducteur tourne un petit angle, après quoi l'aimant reste dans la nouvelle position.

Réglementation du trafic sur le chemin de fer

Le mouvement d'un aimant plat comprend une alarmecloche ou sirène. Alors ce qui suit arrive. Après quelques secondes de la cabine conducteur passe au-dessus l'électro-aimant, qui est associé aux feux de circulation. Si le train donne le feu vert, le solénoïde est mis sous tension et l'axe de l'aimant permanent dans la voiture est tourné vers sa position d'origine, d'éteindre l'alarme dans le poste de pilotage. Lorsque le feu est rouge clair ou jaune, l'électro-aimant est mis hors tension, puis après un délai, applique automatiquement les freins, bien sûr, si elle a oublié de faire conduire. Circuit de freinage (et audio) est connecté au réseau depuis l'axe de rotation de l'aimant. Si l'aimant revient à sa position d'origine pendant le délai, le frein ne s'allume pas.