Магнітне поле соленоїда. Електромагніти

Без сумніву, всім у дитинстві подобалося гратися з магнітом. Роздобути постійний магніт було дуже просто: для цього потрібно було знайти стару колонку, витягти з неї звуковоспроизводящий динамік і, після нескладних «вандальних дій», дістати з неї кільцевої магніт. Не дивно, що багато проводили досвід з металевим тирсою і аркушем паперу. Тирса розташовувалися смугами - уздовж ліній напруженості поля.

В електротехніці набагато більшого поширення отримали не постійні, а електромагніти. З курсу фізики відомо, що при протіканні електричного струму по провіднику, навколо останнього створюється магнітне поле, величина якого безпосередньо пов`язана з діючим значенням струму.

Сумніваються можуть повторити найпростіший досвід Ерстеда, коли поруч з прямолінійним провідником зі струмом розміщується компас. При цьому стрілка буде відхилятися від географічного північного полюса планети (перпендикулярно проводу). Напрямок відхилення можна визначити за допомогою правила правої руки: розміщуємо праву руку паралельно провіднику долонею вниз. 4 пальці повинні вказувати напрямок струму. Тоді відігнутий на 90 градусів великий палець вкаже сторону відхилення стрілки. Навколо прямого проводу магнітне поле має вигляд циліндра з проводом посередині. А ось лінії напруженості утворюють кільця.

В електротехніці зазначені магнітні поля використовуються, перш за все, на бобінах. Часто можна почути вираз «магнітне поле соленоїда». Уявімо собі звичайний цвях і тонкий провід в ізоляції. Рівномірно намотуючи провід на цвях, отримуємо соленоїд. В даному випадку цвях впливає на магнітне поле соленоїда, але це тема зовсім іншої статті. Важливо зрозуміти, що саме розуміють під терміном. Якщо тепер підключити котушку до джерела струму, то навколо неї виникне магнітне поле.

Енергія магнітного поля соленоїда прямопропорційна значенням індуктивності і квадрату проходить по витків струму. У свою чергу, індуктивність залежить від квадрата числа витків. При цьому потрібно враховувати конструкцію обмотки: це може бути простий випадок з одним шаром витків, а також багатошарова структура, де напрямок струму в витках надає коригуючий дію на сумарну енергію. Соленоїди використовуються в схемах трамваїв, ріжучих механізмів, контакторів та ін.

Магнітне поле соленоїда являє собою кільця, що виходять з одного кінця обмотки і входять до іншої. Усередині котушки силові лінії перериваються, а поширюються в діелектричній середовищі або по проводящему сердечникові. Наслідок: поле соленоїда полярно. Лінії виходять з магнітного північного полюса, а повертаються в південний. Неважко здогадатися, що магнітне поле соленоїда залежить від полярності джерела струму, підключеного до кінців проводу. Магнітні властивості соленоїда практично збігаються з постійним магнітом. Це дозволяє використовувати соленоїд в якості електромагніту. На виробництві можна побачити крани, у яких замість гака розміщений диск електромагніту. Це «великий брат» соленоїда - обмотка на осерді. Особливість всіх електромагнітів в тому, що магнітні властивості існують лише при протіканні струму по витків.

Крім соленоїдів часто використовуються тороіди. Це ті ж самі витки проводу, але намотані на магнітопроводі круглої форми. Відповідно, магнітне поле соленоїда і тороїда різні. Головна особливість в тому, що силові лінії напруженості магнітного поля поширюються по основі-магнітопровода всередині самої котушки, а не поза нею, як у випадку соленоїда. Все це свідчить про більш високий ККД котушок на кільцевому магнітопроводящем матеріалі. Слідство: тороїдальні трансформатори надійні і володіють меншими втратами, ніж їх звичні побратими.