Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Velmi praktické je magnetické pole cívky s proudem. Obecně svým tvarem cívka připomíná pružinu. Ale zatímco pružina je důležitá v jakýchkoli mechanických systémech, cívka se používá v magnetismu. Cívkou totiž procházíme elektrický proud a to nám umožňuje získat magnetické pole soustředěné hlavně uvnitř cívky a na jejích koncích.

Podívejte se, jak magnetické siločáry probíhají uvnitř a vně cívky (obr. 1).

Rýže. 1. Magnetické siločáry

Na obr. 1. Je prezentována fotografie znázorňující tvar magnetických siločar získaných pomocí železných pilin. Vidíme, že siločáry uvnitř jsou prakticky rovnoběžné jedna s druhou as osou cívky. Na koncích cívky se rozbíhají.

Na druhou stranu v oblasti mimo solenoid, daleko od jeho okrajů, nejsou železné piliny prakticky vůbec uspořádané, což dokazuje, že magnetická indukce je tam malá - magnetické pole je slabé. Připomíná vám něco toto uspořádání magnetických siločar? Toto uspořádání magnetických siločar vede k mnoha aplikacím cívky ve strojírenství.

Magnetické čáry magnetického pole cívky s proudem jsou také uzavřené křivky. Všeobecně se uznává, že mimo cívku směřují od severního pólu cívky k jihu.

Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.

Připomeňme: charakteristickou hodnotou magnetického pole je tok vektoru magnetické indukce B, který je přiřazen každému bodu v prostoru.Hodnota vektoru B je mírou „síly“ magnetického pole. Siločáry jsou pohodlnou a vizuální reprezentací magnetického pole. Indukční vektory B jsou tečné k těmto přímkám.

Na obr. 2 ukazuje siločáry, jejichž zdrojem je cívka skládající se z pěti závitů vodiče s elektrickým proudem a na Obr. 3 ukazuje siločáry vycházející z kruhového proudu. Zde je charakter linek podobný. Předpokládáme, že v případě cívky máme co do činění se součtem polí pocházejících z jednotlivých cívek, výsledkem čehož je téměř rovnoměrné pole uvnitř cívky.

Rýže. 2. Siločáry pocházející z cívkyRýže. 3. Siločáry kruhového proudu

Upozorňujeme, že čím hustěji (blíže k sobě) jsou cívky navinuty, tím více připomínají kruhy (kruhy), a pak máme prakticky co do činění se silným a rovnoměrným polem uvnitř cívky.Takové pole je znázorněno na obrázku 4. A skutečná cívka odpovídající tomuto obrázku s mírně odlišným počtem závitů je znázorněna na obr. 5.

Rýže. 4. Silné a jednotné pole uvnitř cívkyRýže. 5. Cívka

V praxi používáme cívky s ještě těsnějšími závity (viz obrázek 6). Můžete dokonce použít více vrstev cívek. To vše se děje za účelem získání maximální možné hodnoty magnetické indukce uvnitř cívky. Je přímo úměrná hustotě vinutí, tzn. počet závitů na jednotku délky cívky.

Rýže. 6. Pevně navinutá cívka

Pro těsně vinutou cívku s malým průměrem ve vztahu k její délce je závislost magnetické indukce uvnitř vyjádřena následovně: B=( μ0μr IN ) / L , kde

kde μ0je magnetická konstanta, μr je magnetická permeabilita média uvnitř cívky, I je hodnota proudu tekoucího ve vinutí, N - počet závitů, L - délka cívky.

Z výše uvedeného vzorce lze například vyvodit následující závěry:

  • Pokud nahradíte stávající cívku jinou cívkou s více závity drátu, přitáhne více železných předmětů při stejné síle proudu. To naznačuje, že magnetický účinek cívky s elektrickým proudem je tím silnější, čím větší je počet závitů v ní.
  • S nárůstem síly elektrického proudu je účinek magnetického pole cívky s proudem silnější, s poklesem - slabší.
  • Magnetický účinek cívky s proudem lze výrazně zvýšit, aniž by se měnil počet závitů a síla proudu tekoucího cívkou. To lze provést vložením železné tyče (jádra) dovnitř cívky. Železo vložené uvnitř cívky zesiluje její magnetický účinek. Tento okamžik ve výše uvedeném vzorci odráží proměnnou μr

Věnujme pozornost ještě jednomu, velmi důležitému aspektu magnetického pole vytvářeného cívkou. Totiž podobnost siločar tohoto pole se siločárami permanentního magnetu ve formě tyče. Viz obrázky 7a. a 7b., kde jsou obě pole zobrazena symbolicky.

Rýže. 7. a, b. Podobnost siločar k poli tyčového permanentního magnetu.

Elektromagnety a jejich aplikace

Věnujte pozornost směru elektrického proudu v cívce. Podle pravidla pravé ruky elektrický proud vytváří magnetické pole, jehož siločáry jsou směrovány stejně jako magnet. Cívce s elektrickým proudem tak můžeme přiřadit magnetické póly, stejně jako magnetu. Proto lze takovou cívku s elektrickým proudem nazvat elektromagnetem.

Důležité! Cívka s železným jádrem uvnitř se nazývá elektromagnet.

Elektromagnety se ve strojírenství používají více než permanentní magnety. Děje se to hlavně ze dvou důvodů:

    Vytvářejí silnější magnetické pole, protože v nich můžeme použít feromagnetické jádro, které 1000krát zvětší magnetické pole vytvořené elektrickým proudem protékajícím v cívce.
  1. Můžete je ovládat - zvýšit nebo snížit hodnotu indukce, protože ta je přímo úměrná elektrickému proudu protékajícímu ve vinutí.

Všimněte si rozšířeného používání elektromagnetů, které se používají například v:

  • elektrické stroje (motory a generátory);
  • reproduktory, relé, stykače atd.;
  • magnetické železnice;
  • zařízení využívající nukleární magnetickou rezonanci (MRI). Hlavní částí MRI je supravodivý elektromagnet, který generuje velmi silné magnetické pole s indukcí=3 Tesla. Pacient, který má být testován, je umístěn uvnitř tohoto elektromagnetu;
  • elektromagnetické jeřáby (ocelárny, loděnice, dílny);
  • kruhové urychlovače (například v CERNu, kde funguje supravodivý elektromagnet);
  • zámky na brány a dveře.

Samozřejmě ne ve všech aplikacích vypadá elektromagnet jako takzvaný tyčový magnet, velmi často připomíná magnet podkovy. Například elektromagnet používaný ke zvedání železného šrotu, jehož model je na Obr. 8. nebo elektromagnet, který se používá k výrobě elektrického zvonku (obr. 9.).

Rýže. 8. Elektromagnet pro zvedání kovového odpaduRýže. 9. Elektromagnet ve schématu tradičního elektrického zvonku. Zdroj Wikipedie

Nakonec zajímavý fakt. Můžete jít ještě dál a spojit oba konce cívky. Poté získáme tzv. toroidní cívku (viz obr. 10). Je důležitou součástí střídavých elektrických systémů; slouží k ukládání energie magnetického pole a může mít vysokou indukčnost (L).

Rýže. 10. Toroidní cívka. Zdroj: Licence Freepik

Seznam použitých zdrojů

    Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fyzika 8 / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
  1. Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Electric_bell

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář