Tentang medan magnet, solenoida dan elektromagnet

Medan magnet arus listrik

Medan magnet tidak hanya diciptakan oleh alam atau buatan magnet permanen, tetapi juga konduktor jika arus listrik melewatinya. Oleh karena itu, ada hubungan antara fenomena magnet dan listrik.

Tidaklah sulit untuk memastikan bahwa medan magnet terbentuk di sekitar kawat yang dilalui arus. Tempatkan kabel lurus di atas jarum magnet bergerak sejajar dengannya dan lewati arus listrik melaluinya. Panah akan mengambil posisi tegak lurus dengan kawat.

Gaya apa yang dapat menyebabkan jarum magnet berputar? Jelas, kekuatan medan magnet tercipta di sekitar kawat. Matikan daya dan jarum magnet akan kembali ke posisi normal. Ini menunjukkan bahwa ketika arus dimatikan, medan magnet kabel juga menghilang.

Dengan demikian, arus listrik yang melewati kawat menciptakan medan magnet. Untuk mengetahui ke arah mana jarum magnet akan dibelokkan, terapkan aturan tangan kanan.Jika Anda meletakkan tangan kanan Anda di atas kawat, telapak menghadap ke bawah, sehingga arah arus bertepatan dengan arah jari-jari, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah defleksi kutub utara jarum magnet yang diletakkan di bawah kawat. . Dengan menggunakan aturan ini dan mengetahui polaritas panah, Anda juga dapat menentukan arah arus di kabel.

Medan beku kawat bujursangkar berbentuk lingkaran konsentris. Jika Anda meletakkan tangan kanan Anda di atas kabel, telapak tangan ke bawah, sehingga arus mengalir dari jari-jari, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjuk ke kutub utara jarum magnet Medan seperti itu disebut medan magnet melingkar.

Arah garis gaya medan lingkaran bergantung pada arah arus listrik dalam konduktor dan ditentukan oleh apa yang disebut aturan gimbal. Jika gimbal diputar secara mental ke arah arus, maka arah putaran pegangannya akan bertepatan dengan arah garis medan magnet medan. Menerapkan aturan ini, Anda dapat mengetahui arah arus di kawat jika Anda mengetahui arah garis medan dari medan yang dibuat oleh arus itu.

Kembali ke percobaan jarum magnet, Anda dapat memastikan bahwa jarum selalu diposisikan dengan ujung utara searah dengan garis medan magnet.

Jadi, medan magnet muncul di sekitar kawat lurus yang dilalui arus listrik. Ini memiliki bentuk lingkaran konsentris dan disebut medan magnet melingkar.

Sol dll. Medan magnet solenoida

Medan magnet muncul di sekitar kabel apa pun, apa pun bentuknya, asalkan arus listrik mengalir melalui kabel tersebut.

V teknik kelistrikan yang kami tangani berbagai jenis kumparanterdiri dari beberapa putaran.Untuk menyelidiki medan magnet kumparan yang diperhatikan, pertama-tama mari kita perhatikan apa bentuk medan magnet dari satu putaran.

Bayangkan sebuah gulungan kawat tebal melewati selembar karton dan terhubung ke sumber listrik. Ketika arus listrik melewati kumparan, medan magnet melingkar terbentuk di sekitar setiap bagian kumparan. Menurut aturan «gimbal», mudah untuk menentukan bahwa garis medan magnet di dalam loop memiliki arah yang sama (menuju kita atau menjauh dari kita, tergantung pada arah arus dalam loop) dan keluar dari satu sisi dari loop dan masuk dari sisi lain Serangkaian gulungan semacam itu, dalam bentuk spiral, disebut solenoida (kumparan).

Medan magnet terbentuk di sekitar solenoida ketika arus melewatinya. Itu diperoleh sebagai hasil dari penambahan medan magnet dari setiap belokan dan bentuknya menyerupai medan magnet dari magnet bujursangkar. Garis medan magnet solenoida, seperti magnet bujursangkar, meninggalkan salah satu ujung solenoida dan kembali ke ujung lainnya. Di dalam solenoid mereka memiliki arah yang sama. Dengan demikian, ujung solenoid terpolarisasi. Ujung dari mana kabel listrik keluar adalah Kutub Utara solenoida, dan ujung di mana kabel listrik masuk adalah Kutub Selatannya.

Kutub solenoida dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, tetapi untuk ini Anda perlu mengetahui arah arus pada belokannya. Jika Anda meletakkan tangan kanan Anda di atas solenoida, telapak menghadap ke bawah, sehingga arus mengalir dari jari, maka ibu jari yang tertekuk akan menunjuk ke kutub utara solenoida... Dari aturan ini dapat disimpulkan bahwa polaritas solenoida bergantung pada arah arus di dalamnya.Ini mudah diperiksa dalam praktiknya dengan membawa jarum magnet ke salah satu kutub solenoida dan kemudian mengubah arah arus di solenoida. Panah akan langsung berputar 180 °, artinya kutub solenoida telah berubah.

Solenoid memiliki kemampuan untuk menarik benda-benda yang berguna ke paru-paru. Jika batang baja ditempatkan di dalam solenoida, setelah beberapa saat, di bawah pengaruh medan magnet solenoida, batang tersebut akan menjadi magnet. Metode ini digunakan dalam produksi magnet permanen.

Elektromagnet

Elektromagnet adalah kumparan (solenoid) dengan inti besi yang ditempatkan di dalamnya. Bentuk dan ukuran elektromagnet berbeda, tetapi struktur umumnya sama.

Kumparan elektromagnet adalah bingkai yang paling sering dibuat dari papan tekan atau serat dan memiliki bentuk yang berbeda tergantung pada tujuan elektromagnet. Kawat berinsulasi tembaga dililitkan pada rangka dalam beberapa lapisan - kumparan elektromagnet. Ini memiliki jumlah belokan yang berbeda dan terbuat dari kawat dengan diameter berbeda, tergantung pada tujuan elektromagnet.

Untuk melindungi isolasi koil dari kerusakan mekanis, koil ditutup dengan satu atau lebih lapisan kertas atau bahan isolasi lainnya. Awal dan akhir belitan dibawa keluar dan dihubungkan ke terminal keluaran yang dipasang pada rangka atau ke kabel fleksibel dengan telinga di ujungnya.

Kumparan elektromagnet dipasang pada inti yang terbuat dari besi lunak yang dianil atau paduan besi dengan silikon, nikel, dll. Setrika ini memiliki residu paling sedikit daya tarik... Inti paling sering terbuat dari lembaran tipis, diisolasi satu sama lain.Bentuk inti bisa berbeda, tergantung pada tujuan elektromagnet.

Jika arus listrik melewati kumparan elektromagnet, maka medan magnet terbentuk di sekitar kumparan, yang memagnetisasi inti. Karena intinya terbuat dari besi lunak, maka akan segera termagnetisasi. Jika Anda kemudian mematikan arus, sifat magnet inti juga akan cepat hilang dan akan berhenti menjadi magnet. Kutub elektromagnet, seperti solenoida, ditentukan oleh aturan tangan kanan. Jika di koil elektromagnet dangmEat arah arus, maka polaritas elektromagnet akan berubah sesuai dengan itu.

Tindakan elektromagnet mirip dengan magnet permanen. Namun, ada perbedaan besar antara keduanya. Magnet permanen selalu magnetis, dan elektromagnet - hanya ketika arus listrik melewati koilnya.

Selain itu, gaya tarik magnet permanen tidak berubah, karena fluks magnet magnet permanen tidak berubah. Gaya tarik elektromagnet tidak konstan, elektromagnet yang sama dapat memiliki gravitasi yang berbeda. Gaya tarik magnet apa pun bergantung pada besarnya fluks magnetnya.

Daya tarik elektromagnet lanau, dan karenanya fluks magnetnya, bergantung pada besarnya arus yang melewati kumparan elektromagnet ini. Semakin besar arus, semakin besar gaya tarik elektromagnet dan sebaliknya, semakin kecil arus dalam kumparan elektromagnet, semakin sedikit gaya yang menarik benda magnet ke dirinya sendiri.

Tetapi untuk elektromagnet dengan desain dan ukuran berbeda, kekuatan tarikannya tidak hanya bergantung pada besarnya arus dalam koil.Jika, misalnya, kita mengambil dua elektromagnet dengan perangkat dan ukuran yang sama, tetapi satu dengan jumlah kumparan yang sedikit, dan yang lainnya dengan jumlah yang jauh lebih besar, maka mudah untuk melihat bahwa pada arus yang sama gaya tarik-menarik yang terakhir akan jauh lebih besar. Memang, semakin besar jumlah kumparan, semakin besar, pada arus tertentu, medan magnet yang tercipta di sekitar kumparan itu, karena terdiri dari medan magnet setiap belokan. Artinya fluks magnet elektromagnet dan, karenanya, gaya tariknya akan lebih besar, semakin besar jumlah lilitan kumparan.

Ada alasan lain yang mempengaruhi besarnya fluks magnet elektromagnet. Ini adalah kualitas sirkuit magnetiknya. Sirkuit magnetik adalah jalur di mana fluks magnet ditutup. Sirkuit magnetik memiliki resistansi magnet tertentu. Resistansi magnetik bergantung pada permeabilitas magnetik media yang dilalui fluks magnet. Semakin besar permeabilitas magnetik media ini, semakin rendah resistansi magnetiknya.

Karena permeabilitas magnetik benda feromagnetik (besi, baja) berkali-kali lebih besar daripada permeabilitas magnetik udara, oleh karena itu lebih menguntungkan membuat elektromagnet sehingga sirkuit magnetiknya tidak mengandung bagian udara. Hasil kali kekuatan arus dan jumlah lilitan kumparan elektromagnet disebut gaya gerak magnet... Gaya gerak magnet diukur dengan jumlah lilitan ampere.

Misalnya, arus 50 mA mengalir melalui kumparan elektromagnet dengan 1200 putaran. Gaya gerak magnet dari elektromagnet semacam itu sama dengan 0,05 NS 1200 = 60 ampere.

Aksi gaya gerak magnet mirip dengan aksi gaya gerak listrik dalam rangkaian listrik. Sama seperti EMF yang menyebabkan arus listrik, gaya gerak magnet menciptakan fluks magnet dalam elektromagnet. Sama seperti di sirkuit listrik, ketika EMF meningkat, nilai arus meningkat, demikian juga di sirkuit magnetik, ketika gaya gerak magnet meningkat, fluks magnet meningkat.

Aksi resistansi magnetik mirip dengan aksi resistansi sirkuit listrik. Sama seperti ketika resistansi rangkaian listrik meningkat, arus berkurang, demikian juga dalam rangkaian magnetik, peningkatan resistansi magnetik menyebabkan penurunan fluks magnet.

Ketergantungan fluks magnet elektromagnet pada gaya gerak magnet dan hambatan magnetnya dapat dinyatakan dengan rumus yang mirip dengan rumus hukum Ohm: gaya gerak magnet = (fluks magnet / keengganan)

Fluks magnet sama dengan gaya gerak magnet dibagi dengan keengganan.

Jumlah belitan kumparan dan resistansi magnet untuk setiap elektromagnet adalah nilai konstan. Oleh karena itu, fluks magnet dari elektromagnet tertentu hanya berubah dengan perubahan arus yang mengalir melalui koil. Karena gaya tarik elektromagnet ditentukan oleh fluks magnetnya, untuk menambah (atau mengurangi) gaya tarik elektromagnet, maka perlu untuk menambah (atau mengurangi) arus dalam kumparannya.

Elektromagnet terpolarisasi

Elektromagnet terpolarisasi adalah kopling magnet permanen ke elektromagnet. Itu diatur sedemikian rupa, yang disebut perpanjangan dari kutub besi lunak melekat pada kutub magnet permanen.Setiap kutub berfungsi sebagai inti elektromagnetik... Kumparan dengan kumparan diletakkan di atasnya. Kedua kumparan dihubungkan secara seri.

Karena ekstensi kutub terhubung langsung ke kutub magnet permanen, mereka memiliki sifat magnetik bahkan tanpa adanya arus dalam gulungan; pada saat yang sama, gaya tariknya tidak berubah dan ditentukan oleh fluks magnet magnet permanen.

Tindakan elektromagnet terpolarisasi adalah bahwa saat arus mengalir melalui kumparannya, gaya tarik kutubnya bertambah atau berkurang tergantung pada besarnya dan arah arus dalam kumparan. Properti elektromagnet terpolarisasi ini didasarkan pada aksi relai terpolarisasi elektromagnetik dan perangkat listrik lainnya.

Aksi medan magnet pada konduktor pembawa arus

Jika seutas kawat ditempatkan dalam medan magnet sehingga tegak lurus terhadap garis-garis medan, dan arus listrik melewati kawat tersebut, kawat tersebut akan mulai bergerak dan didorong oleh medan magnet tersebut.

Akibat interaksi medan magnet dengan arus listrik, penghantar mulai bergerak, yaitu energi listrik diubah menjadi energi mekanik.

Gaya tolak menolak kawat oleh medan magnet bergantung pada besarnya fluks magnet magnet, arus dalam kawat, dan panjang bagian kawat yang dilintasi garis gaya. Arah gaya ini, yaitu arah gerakan konduktor, tergantung pada arah arus dalam konduktor dan ditentukan oleh aturan tangan kiri.

Jika Anda memegang telapak tangan kiri Anda sehingga garis-garis medan magnet masuk, dan keempat jari yang terulur diputar ke arah arus di konduktor, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah pergerakan konduktor. ... Dalam menerapkan aturan ini, Anda harus ingat bahwa garis medan memanjang dari kutub utara magnet.