От чего зависит сила электромагнита: Что такое электромагнит и как его сделать

Магнитек — Что такое электромагнит?

   В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы электромагниты подразделяют на 3 группы: постоянного тока нейтральные, постоянного тока поляризованные, переменного тока. У нейтральных электромагнитов сила притяжения зависит только от величины магнитного потока и не зависит от направления тока в обмотке; при отсутствии тока в обмотке магнитный поток, а следовательно, сила притяжения практически равны нулю. У поляризованных электромагнитов создаётся 2 независимых магнитных потока: поляризующий, который образуется обычно полем постоянного магнита (иногда другого электромагнита), и рабочий магнитный поток, который возникает под действием намагничивающей силы рабочей или управляющей обмотки. Если ток в них отсутствует, на якорь действует сила притяжения, созданная поляризующим магнитным потоком. Действие такого электромагнита зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке. В электромагнитах переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, а магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Электромагниты различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками; по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах; по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия и т. д.

   Наиболее широкая и важная область применения электромагнитов — электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру регулирования, защиты электротехнических установок. В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Примером таких электромагнитов могут служить электромагниты грузоподъёмных машин, муфт сцепления и тормозов, электромагниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и т. п. Перспективно использование электромагнитов в тяговых приводах скоростных транспортных средств для создания т. н. магнитной подушки. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. В научных целях электромагниты используют в экспериментах в химии, биологии, физике. В связи с широтой применения конструктивное исполнение, размеры, потребляемая мощность электромагнитов находятся и широких пределах. В зависимости от назначения они могут весить от долей г до сотен т, потреблять электрическую мощность — от долей Вт до десятков МВт.

Сила тяги электромагнитов | Электротехника

Работа аппаратов, использующих электромагнит, зави­сит от тяговой силы, которую он развивает. Рассмотрим  особенности расчета этой силы для электромагнитов постоянного и переменного тока.

Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Рассмотрим процесс  возникновения магнитного поля в простейшем электромагните клапанного типа (рис. 4.9, а).

После включения обмотки приложенное к ней напряжение источника и уравновешивается активным па­дением напряжения и противоЭДС самоиндукции

. (4.16)

При начальном неподвижном положении якоря индуктив­ность L постоянна, и ток в цепи определяется уравнением  .  Решение этого уравнения имеет вид   ;   ;   .

Потокосцепление также увеличивается с ростом тока. Для любого момента времени  справедливо равенство

,                                              (4.17)

где – значение потокосцепления к моменту времени .

Левая часть равенства (4.17) представляет энергию, которая за­трачена источником питания.

Первый член правой части есть потери энергии в активном сопротивлении цепи, вто­рой – энергия, затраченная на создание магнитного поля. Пока сила тяги, развиваемая якорем 1 электромагнита, меньше силы возвратной пружины 2 (рис. 4.9, а), якорь неподвижен, и потокосцепление нарастает при неизменном значении на­чального рабочего зазора.

Зависимость при этом зазоре представлена кривой 1 ( рис. 4.9, б).

Допустим, что при достижении значения потокосцепле­ния сила тяги электромагнита стала больше возвратной силы пружины, и под ее воздействием якорь переместился в положение, при котором рабочий зазор стал равен . Так как при меньшем зазоре проводимость рабочего зазора возрастает, то потокосцепление увеличится до значения . Ток при этом увеличивается по переходной кривой до значения  . Зависимость при зазоре изобража­ется кривой 2 на     рис. 4.9, б.

До начала трогания якоря энергия магнитного поля, за­пасенная в цепи,, где — масштаб по оси тока, А/мм; – масштаб по оси потокосцепления, Вб/мм; – площадь криволинейного треугольника Оаb, мм².

После перемещения якоря значение потокосцепления из­менится от до. Энергия магнитного поля при этом возрастет на величину

,

где – площадь криволинейной трапеции .

При изменении зазора от значения до значения якорем электромагнита совершена механическая работа. Энергия, накопленная в магнитном поле к концу хода якоря,

.

На основании закона сохранения энергии можно запи­сать

.

Тогда механическая работа, совершенная якорем,

.

Согласно рис. 4.9, б,  эта энергия равна

.

Расчет силы тяги электромагнита постоянного тока.

Средняя сила тяги перемещении якоря от до

,

где – перемещение якоря; – изменение зазора.

Таким образом, тяговая сила, развиваемая на ходе яко­ря, равна работе, совершенной электромагнитом, делен­ной на это перемещение. Если перейти на бесконечно малое изменение зазора и учесть, что и , получим

.

Сила тяги действует в сторону уменьшения зазора. Очевидно, что для каждого элементарного перемещения якоря можно определить свое значение и найти среднюю силу тяги, развиваемую на данном участке хода якоря. Если при перемещении якоря ток в обмотке можно счи­тать неизменным и равным , то функции для различных зазоров представляются кривыми (рис. 4.10).

Зависимость тяговой силы электромагнита от рабочего зазо­ра при неизменном токе в обмот­ке называется статической тяговой   характеристи­кой электромагнита. Если в электромагните вместо линейного перемещения якоря пре­дусмотрен его поворот, то под ста­тической тяговой характеристи­кой понимается зависимость мо­мента М на якоре от угла его поворота a, снятая при не­изменном токе в обмотке.

Для зазора силу тяги можно найти как

.

Аналогично для зазора

.

Сила тяги, развиваемая электромагнитом, может быть рассчитана с помощью формулы Максвелла, полученной из анализа магнитного поля, действующего на поверхности по­люсов.

Если поле в рабочем зазоре равномерно и по­люсы ненасыщенны, то для электромагнита с одним рабочим зазором (см. рис. 4.9, а) формула Максвелла имеет вид

,                                                 (4.18)

где — индукция, Тл;  – магнитный поток в ра­бочем зазоре, Вб; – площадь  полюса, м².

Если клапанный электромагнит имеет два рабочих за­зора (см. рис. 4.6, а) при том же значении магнитного по­тока в зазоре, то сила тяги удваивается

.

Расчет силы тяги для ненасыщенных электромагнитов.

Исходя из закона сохранения энергии энергия, полученная магнитным полем при элементарном перемещении якоря, определяется ме­ханической работой, произведенной якорем, и изменением запаса электромагнитной энергии

,                                                     (4.19)

где – элементарная энергия, полученная полем при перемещении якоря; – элементарная работа, произве­денная якорем,

– приращение магнитной энергии.

Из (4.19) получим выражение для определения силы тяги

.

Учитывая, что, а при отсутствии насыщения зависимость линейна  и  , получаем

.                                        (4.20)

Для статической тяговой характеристики ток в цепи при изменении зазора не меняется . Тогда и

.                                                    (4.21)

Рассмотрим расчет силы тяги применительно к клапан­ному электромагниту (см. рис. 4.5) с двумя рабочими за­зорами. Полное потокосцепление складывается из потокосцеплениярабочего потока и потокосцепления рассеяния. Поскольку ненасыщенная магнитная цепь линейна, потокосцепление, обусловленное рабочим пото-     ком ,

.

Потокосцепление рассеяния

.

Подставив и в равенство (4.21), получим

.

Поскольку проводимость рассеяния от зазора не за­висит, то , и сила тяги электромагнита

.                                                     (4.22)

Если известна зависимость, то находится аналитически. В уравнение (4.22) под­ставляется для интересующего нас значения зазо­ра. Если определяется в результате построения кар­тины поля, то производится расчет для ряда положений якоря, после чего строится зависимость и произ­водится графическое дифференцирование.

При достаточно малом зазоре для системы, приведенной  на рис. 4.5

и .

Тогда сила тяги  в рабочем зазоре

.                                                    (4.23)

Сила тяги электромагнита (см. рис.4.9, а) и той же МДС при одном воздушном  зазоре

.

Таким образом, при одной и той же МДС сила тяги электромагнита с одним рабочим зазором в два раза больше, чем при двух зазорах.

Сила тяги электромагнита переменного тока. Рас­смотрим клапанный электромагнит с двумя рабочими за­зорами (см. рис.4.7), сделав допущения: магнитное сопро­тивление стали, активное сопротивление обмотки и потери в стали равны нулю; напряжение, ток и магнитный поток меняются синусоидально.

В этом случае магнитный поток и, следовательно, потокосцепление не зависят от зазора  (). Тогда мгновенное значение силы по формуле (4.20)

.                                                      (4.24)

Учитывая, что

;                                                   (4.25)

;                                                  (4.26)

,                                                      (4.27)

и подставив (4.25) и (4.26) в (4.27), получим

.

Поскольку и при данном зазоре не зави­сят от  времени, можно записать

,                                                       (4.28)

где   .

Производная может быть найдена графическим дифференцированием зависимости, которая получа­ется из расчета магнитной цепи. Амплитуда потокосцепления определяется приложенным напряжением. Значение можно найти с помощью выражения  (4.18).

Для системы с двумя зазорами получим амплитудное значение силы тяги

.                                           (4.29)

Мгновенное значение силы тяги

.

Поскольку при изменении зазора амплитуда магнитно­го потока не меняется, амплитуда силы тяги от зазора так­же не зависит. Однако если учесть активное сопротивление обмотки, то с ростом зазора магнит­ный поток в системе уменьшается, что приводит к умень­шению амплитуды силы тяги.

Рассмотрим теперь изменение силы тяги во времени.

Так как , то формулу (4.22) можно записать

,                                    (4.30)

мгновенную силу тяги можно выразить через среднюю:   .

Мгновенное значение силы тяги пульсирует с двойной частотой по отношению к частоте тока и напряжения. Среднее значение силы тяги

.

Для притяжения якоря необходимо, чтобы это среднее значение было больше противодействующего усилия пру­жины.

Изменение силы во времени отрицательно сказывается на работе электромагнита. В определенные моменты вре­мени противодействующее усилие пружины становится больше силы тяги, что вызывает отрыв якоря от сердечни­ка. Затем по мере нарастания силы тяги якорь вновь при­тягивается к сердечнику. В результате якорь непрерывно вибрирует, что нарушает работу контактов. Создается шум, расшатывается магнитная система. Для устранения вибраций в однофазных электромагнитах используются короткозамкнутые витки (рис.4.11, а). Наконечник полюса рас­щепляется, и на его большую часть насаживается короткозамкнутый виток из меди или алюминия.

Примем, что магнитное сопротивление стали равно ну­лю и в магнитопроводе только один рабочий зазор. В соответствии с формулой (4.30) наличие короткозамкнутого витка на пути потока создает реактивное магнитное сопротивление , которое включается последовательно с магнитным сопротивлением (рис. 4.11, б). Так как потоки и создаются одной и той же МДС, то поток отстает по фазе от потока на угол (рис. 4.11, в).

В левой части полюса, согласно (4.30), развивается сила тяги

.

В правой части полюса развивается сила тяги

.

Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме сил и (рис. 4.11, г).

Если изобразить и соответствующими векторами, то амплитуда переменной составляющей может быть найдена из векторной диаграммы (рис. 4.11, г)

. (4.31)

Электромагниты проектируются так, чтобы минимальная сила была больше противодействующей силы пружины:

>.

Чем меньше ,тем меньше пульсации силы тяги. Из (4.31) следует, что при и   .

Угол сдвига фаз  y зависит от магнитного сопротивлений зазора под витком и параметров короткозамкнутого витка и может быть определен из выражения

. (4.32)

В соответствии с (4.32) угол только при . Это значит, что  и поток  , что приводит к увеличению вибрации якоря.    Таким образом,  условия и  выполнить невозможно. Для ненасыщен­ных систем наименьшее значение переменной составляю­щей имеет место при и угле сдвига фаз .

При этом.

Поскольку короткозамкнутый виток уменьшает поток под правой частью полюса, то с целью выравнивания значений  и  эта часть полюса делается больше (обычно 2/3).

Из (4.32) также следует, что чем больше рабочий за­зор, а следовательно, и, тем меньше угол . В связи с этим, короткозамкнутый виток оказывает положительный эффект только при малых зазорах.

При больших зазорах >>и угол. Следовательно, сдвига фаз между потоками и не будет. Индуктивное сопротивление ко­роткозамкнутого витка также уменьшает угол , посколь­ку при этом уменьшается  .Обычно с учетом сопротивления   .

Про магнитное поле, соленоиды и электромагниты

Магнитное поле электрического тока

Магнитное поле создается не только естественными или искусственными постоянными магнитами, но и проводником, если по нему проходит электрический ток. Следовательно, существует связь между магнитными и электрическими явлениями.

Убедиться в том, что вокруг проводника, по которому проходит ток, образуется магнитное поле, нетрудно. Над подвижной магнитной стрелке параллельно ей поместите прямолинейный проводник и пропустите через него электрический ток. Стрелка займет положение, перпендикулярное проводнику.

Какие же силы могли заставить повернуться магнитную стрелку? Очевидно, силы магнитного поля, возникшего вокруг проводника. Выключите ток, и магнитная стрелка займет свое обычное положение. Это говорит о том, что с выключением тока исчезло и магнитное поле проводника.

Таким образом, проходящий по проводнику электрический ток создает магнитное поле. Чтобы узнать, в какую сторону отклонится магнитная стрелка, применяют правило правой руки. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтобы направление тока совпадало с направлением пальцев, то отогнутый большой палец покажет направление отклонения северного полюса магнитной стрелки, помещенной под проводником. Пользуясь этим правилом и зная полярность стрелки, можно определить также направление тока в проводнике.

Магнитное поле прямолинейного проводника имеет форму концентрических кругов. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтобы ток как бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс магнитной стрелки.Такое поле называется круговым магнитным полем.

Направление силовых линий кругового поля зависит от направления электрического тока в проводнике и определяется так называемым правилом «буравчика». Если буравчик мысленно ввинчивать по направлению тока, то направление вращения его ручки будет совпадать с направлением магнитных силовых линий поля. Применяя это правило, можно узнать направление тока в проводнике, если известно направление силовых линий поля, созданного этим током.

Возвращаясь к опыту с магнитной стрелкой, можно убедиться в том, что она всегда располагается своим северным концом по направлению силовых линий магнитного поля.

Итак, вокруг прямолинейного проводника, по которому проходит электрический ток, возникает магнитное поле. Оно имеет форму концентрических кругов и называется круговым магнитным полем.

Соленоид. Магнитное поле соленоида

В электротехнике мы имеем дело с различного рода катушками, состоящими из ряда витков. Для изучения интересующего нас магнитного поля катушки рассмотрим сначала, какую форму имеет магнитное поле одного витка.

Магнитное поле возникает вокруг любого проводника независимо от его формы при условии, что по проводнику проходит электрический ток.

Представим себе виток толстого провода, пронизывающий лист картона и присоединенный к источнику тока. Когда через виток проходит электрический ток, то вокруг каждой отдельной части витка образуется круговое магнитное поле. По правилу «буравчика» нетрудно определить, что магнитные силовые линии внутри витка имеют одинаковое направление (к нам или от нас, в зависимости от направления тока в витке), причем они выходят с одной стороны витка и входят в другую сторону. Ряд таких витков, имеющий форму спирали, представляет собой так называемый соленоид (катушку).

Вокруг соленоида, при прохождении через него тока, образуется магнитное поле. Оно получается в результате сложения магнитных полей каждого витка и по форме напоминает магнитное поле прямолинейного магнита. Силовые линии магнитного поля соленоида, так же как и в прямолинейном магните, выходят из одного конца соленоида и возвращаются в другой. Внутри соленоида они имеют одинаковое направление. Таким образом, концы соленоида обладают полярностью. Тот конец, из которого выходят силовые линии, является северным полюсом соленоида, а конец, в который силовые линии входят, — его южным полюсом.

Полюса соленоида можно определить по правилу правой руки, но для этого надо знать направление тока в его витках. Если наложить на соленоид правую руку ладонью вниз, так чтобы ток как бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс соленоида. Из этого правила следует, что полярность соленоида зависит от направления тока в нем. В этом нетрудно убедиться практически, поднеся к одному из полюсов соленоида магнитную стрелку и затем изменив направление тока в соленоиде. Стрелка моментально повернется на 180°, т. е. укажет на то, что полюсы соленоида изменились.

Соленоид обладает свойством втягивать в себя легкие железные предметы. Если внутрь соленоида поместить стальной брусок, то через некоторое время под действием магнитного поля соленоида брусок намагнитится. Этот способ применяют при изготовлении постоянных магнитов.

Электромагниты

Электромагнит представляет собой катушку (соленоид) с помещенным внутрь нее железным сердечником. Формы и размеры электромагнитов разнообразны, однако общее устройство всех их одинаково.

Катушка электромагнита представляет собой каркас, изготовленный чаще всего из прессшпана или фибры и имеющий различные формы в зависимости от назначения электромагнита. На каркас намотана в несколько слоев медная изолированная проволока — обмотка электромагнита. Она имеет различночисло витков и изготовляется из проволоки различного диаметра, в зависимости от назначения электромагнита.

Для предохранения изоляции обмотки от механических повреждений обмотку покрывают одним или несколькими слоями бумаги или каким-либо другим изолирующим материалом. Начало и конец обмотки выводят наружу и присоединяют к выводным клеммам, укрепленным на каркасе, или к гибким проводникам с наконечниками на концах.

Катушка электромагнита насажена на сердечник из мягкого, отожженного железа или сплавов железа с кремнием, никелем и т. д. Такое железо обладает наименьшим остаточным магнетизмом. Сердечники чаще всего делают составными из тонких листов, изолированных друг от друга. Формы сердечников могут быть различными, в зависимости от назначения электромагнита.

Если по обмотке электромагнита пропустить электрический ток, то вокруг обмотки образуется магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Так как сердечник сделан из мягкого железа; то он намагнитится мгновенно. Если затем выключить ток, то магнитные свойства сердечника также быстро исчезнут, и он перестанет быть магнитом. Полюсы электромагнита, как и соленоида, определяются по правилу правой руки. Если в обмотке электромагнита изменить направление тока, то в соответствии с этим изменится и полярность электромагнита.

Действие электромагнита подобно действию постоянного магнита. Однако между ними есть большая разница. Постоянный магнит всегда обладает магнитными свойствами, а электромагнит — только тогда, когда по его обмотке проходит электрический ток.

Кроме того, сила притяжения постоянного магнита неизменна, так как неизменен магнитный поток постоянного магнита. Сила же притяжения электромагнита не является величиной постоянной. Один и тот же электромагнит может обладать различной силой притяжения. Сила притяжения всякого магнита зависит от величины его магнитного потока.

Сила притяжения электромагнита, а следовательно, и его магнитный поток зависят от величины тока, проходящего через обмотку этого электромагнита. Чем больше ток, тем больше сила притяжения электромагнита, и, наоборот, чем меньше ток в обмотке электромагнита, тем с меньшей силой он притягивает к себе магнитные тела.

Но для различных по своему устройству и размерам электромагнитов сила их притяжения зависит не только от величины тока в обмотке. Если, например, взять два электромагнита одинакового устройства и размеров, но один с небольшим числом витков обмотки, а другой — с гораздо большим, то нетрудно убедиться, что при одном и том же токе сила притяжения последнего будет гораздо больше. Действительно, чем больше число витков обмотки, тем большее при данном токе создается вокруг этой обмотки магнитное поле, так как оно слагается из магнитных полей каждого витка. Значит, магнитный поток электромагнита, а следовательно, и сила его притяжения будут тем больше, чем большее количество витков имеет обмотка.

Есть еще одна причина, влияющая на величину магнитного потока электромагнита. Это — качество его магнитной цепи. Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь обладает определенным магнитным сопротивлением. Магнитное сопротивление зависит от магнитной проницаемости среды, через которую проходит магнитный поток. Чем больше магнитная проницаемость этой среды, тем меньше ее магнитное сопротивление.

Так как магнитная проницаемость ферромагнитных тел (железа, стали) во много раз больше магнитной проницаемости воздуха, поэтому выгоднее делать электромагниты так, чтобы их магнитная цепь не содержала в себе воздушных участков. Произведение силы тока на число витков обмотки электромагнита называется магнитодвижущей силой. Магнитодвижущая сила измеряется числом ампер-витков.

Например, по обмотке электромагнита, имеющего 1200 витков, проходит ток силой 50 ма. Магнитодвижущая сила такого электромагнита равна 0,05 х 1200 = 60 ампер-витков.

Действие магнитодвижущей силы аналогично действию электродвижущей силы в электрической цепи. Подобно тому как ЭДС является причиной возникновения электрического тока, магнитодвижущая сила создает магнитный поток в электромагните. Точно так же, как в электрической цепи с увеличением ЭДС увеличивается ток в цени, так и в магнитной цепи с увеличением магнитодвижущей силы увеличивается магнитный поток.

Действие магнитного сопротивления аналогично действию электрического сопротивления цепи. Как с увеличением сопротивления электрической цепи уменьшается ток, так и в магнитной цепи увеличение магнитного сопротивления вызывает уменьшение магнитного потока.

Зависимость магнитного потока электромагнита от магнитодвижущей силы и его магнитного сопротивления можно выразить формулой, аналогичной формуле закона Ома: магнитодвижущая сила = (магнитный поток/ магнитное сопротивление)

Магнитный поток равен магнитодвижущей силе, деленной на магнитное сопротивление.

Число витков обмотки и магнитное сопротивление для каждого электромагнита есть величина постоянная. Поэтому магнитный поток данного электромагнита изменяется только с изменением тока, проходящего по обмотке. Так как сила притяжения электромагнита обусловливается его магнитным потоком, то, чтобы увеличить (или уменьшить) силу притяжения электромагнита, надо соответственно увеличить (или уменьшить) ток в его обмотке.

Поляризованный электромагнит

Поляризованный электромагнит представляет собой соединение постоянного магнита с электромагнитом. Он устроен таким образом. К полюсам постоянного магнита прикреплены так называемые полюсные надставки из мягкого железа. Каждая полюсная надставка служит сердечником электромагнита, на нее насаживается катушка с обмоткой. Обе обмотки соединяются между собой последовательно.

Так как полюсные надставки непосредственно присоединены к полюсам постоянного магнита, то они обладают магнитными свойствами и при отсутствии тока в обмотках; при этом сила притяжения их неизменна и обусловливается магнитным потоком постоянного магнита.

Действие поляризованного электромагнита заключается в том, что при прохождении тока по его обмоткам сила притяжения его полюсов возрастает или уменьшается в зависимости от величины и направления тока в обмотках. На этом свойстве поляризованного электромагнита основано действие электромагнитных поляризованных реле и других электротехнических устройств.

Действие магнитного поля на проводник с током

Если в магнитное поле поместить проводник так, чтобы он был расположен перпендикулярно силовым линиям поля, и пропустить по этому проводнику электрический ток, то проводник придет в движение и будет выталкиваться из магнитного поля.

В результате взаимодействия магнитного поля с электрическим током проводник приходит в движение, т. е. электрическая энергия превращается в механическую.

Сила, с которой проводник выталкивается из магнитного поля, зависит от величины магнитного потока магнита, силы тока в проводнике и длины той части проводника, которую пересекают силовые линии поля. Направление действия этой силы, т. е. направление движения проводника, зависит от направления тока в проводнике и определяется по правилу левой руки.

Если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника. Применяя это правило, надо помнить, что силовые линии поля выходят из северного полюса магнита.

На этом пока все.

Электромагниты Подъемная сила — Энциклопедия по машиностроению XXL

Производится проверка тормозного электромагнита. Подъемная сила магнита Рм определяется из суммы моментов относительно шарнира С  [c.95]

Тип электромагнита Подъемная сила в кгс для грузов Мощность в кВт  [c.39]

Катушка электромагнита рассчитана на работу в повторно-кратковременном режиме с ПВ = 50 % при длительности цикла 10 мин. Если относительная продолжительность включения превышает 50 %, необходимо уменьшить напряжение на контактных зажимах электромагнита, чтобы ограничить чрезмерный нагрев его катушки. Но напряжение на аппаратуре управления должно сохраняться на уровне 220 В. Напряжение снижают, включая добавочное сопротивление последовательно с обмоткой электромагнита. Подъемная сила электромагнита при этом несколько уменьшается.  [c.235]

Подъемная сила электромагнита —  [c.337]

Отметим, что грузоподъемность одного и того же магнита зависит от типа, формы и температуры груза. Так, с помощью электромагнита М42 диаметром 1670 мм можно поднять стальную плиту или болванку массой 16 т или 200 кг стальной стружки. Грузоподъемность электромагнитов сильно снижается при ухудшении магнитных свойств поднимаемых грузов (например, при повышении содержания марганца или никеля в стали) и при повышении температуры. При температуре материала выше 200 °С подъемная сила электромагнита начинает уменьшаться и при температуре 700 °С практически становится равной нулю. .  [c.142]

Подъемная сила электромагнита при растормаживании  [c.98]

Подъемная сила электромагнита определится из уравнения  [c.94]

При расчете тормозов величины плеч рычагов принимаются конструктивно из соображения компактности тормоза. Расчет ленточных тормозов с электромагнитным приводом аналогичен расчету этих же тормозов с ручным приводом с той только разницей, что вместо силы нажатия на рычаг, определяются величина замыкающего груза и подъемная сила электромагнита.  [c.94]

Грузоподъемные электромагниты по форме разделяются на две серии круглые серии М (рис. 8, а), применяемые для перегрузки стальных и чугунных плит, болванок, скрапа и стружек, и прямоугольные серии ПМ (рис. 8, б) для погрузки и выгрузки таких, длинномерных грузов, как рельсы, балки, листы стали и т. п. Подъемная сила электромагнита зависит от его типа и от вида поднимаемого груза, как видно из приведенной в табл. 3 технической характеристики. Характерными параметрами являются 38  [c.38]

При управлении подъемными электромагнитами применяют схемы с контроллерами и магнитными станциями, которые обеспечивают включение, отключение и размагничивание электромагнита. Некоторые схемы позволяют регулировать подъемную силу электромагнита изменением силы тока в его катушке.  [c.153]

Подъемная сила электромагнита зависит от ряда факторов, определяющих величину магнитного потока, создаваемого магнитом.  [c.14]

Чем больше сечение поднимаемых изделий, чем плотнее они уложены и меньше воздушные промежутки, тем больше магнитный поток и тем выше подъемная сила электромагнита.  [c.16]

Подъемная сила электромагнита постоянного тока  [c.133]

Неправильное использование электромагнитов, без учета их подъемной силы может привести к повреждению металлоконструкций и механизмов кранов.  [c.132]

Подъемные электромагниты работают на постоянном токе. Подъемная сила одного и того же магнита изменяется в широких пределах в зависимости от формы, размеров, химического состава и температуры поднимаемых предметов. Максимальную подъемную силу магнит развивает при подъеме массивных предметов с гладкой поверхностью. Если же груз имеет неправильную форму и состоит из мелких предметов, то подъемная сила магнита резко падает (табл. 21).  [c.121]

Исполнительным органом реле осевого сдвига является электромагнитный выключатель фиг. 90, который состоит из катушки электромагнита 1 с подъемной силой 8—10 кг, перемещающего при срабатывании первичного реле ударник 2. Последний через рычаги автомата безопасности производит расцепление буксы контроллера.  [c.118]

Подъемная сила электромагнита зависит от формы, размеров, температуры и химического состава поднимаемых грузов, а также от следующих факторов.  [c.235]

Нагрев катушки увеличивает ее сопротивление, что приводит к уменьшению тока и числа ампер-витков, а значит, к снижению магнитного потока и подъемной силы электромагнита поэтому грузоподъемность электромагнита в нагретом состоянии меньше, чем в холодном. В холодном состоянии сопротивление катушки в 1,4—  [c.235]

Следует помнить, что преждевременное включение электромагнита и задержка его отключения приводят к дополнительному нагреву катушки и снижению подъемной силы.  [c.235]

Грузоподъемность электромагнита в зависимости от формы, размеров и укладки груза изменяется в 50— 75 раз. Чем больше площадь сечения поднимаемого груза и чем меньше воздушные промежутки между его отдельными частями, а также между грузом и полюсами электромагнита, тем выше подъемная сила электромагнита. Значения подъемной силы электромагнитов типов М и ПМ в зависимости от вида груза приведены в табл. 5.9 и 5.10.  [c.236]

Наружный диаметр, масса и подъемная сила электромагнитов типа М  [c.236]

При подъеме грузов электромагнит следует подвести к нужному грузу, опустить на груз и только тогда включить. Ни в коем случае нельзя включать электромагнит в воздухе, далеко от груза. Так как подъемная сила электромагнита очень велика, при его подходе к куче металла (чушки, лом, скрап) отдельные куски металла могут притягиваться с расстояния 1—1,5 м, ударяться об электромагнит с большой силой и повредить его. При этом осколки металла могут нанести травмы находящимся поблизости людям.  [c.334]

Подъемная сила электромагнита определяется постоянной намагничивающей силой магнита и переменным магнитным сопротивлением различных поднимаемых грузов. Напомним, что подъемная сила зависит от свойств груза и его формы, от плотности укладки груза и от температуры. Имеет значение также химический состав поднимаемых изделий. Некоторые примеси, например марганец, уменьшают магнитную проницаемость материала и снижают подъемную силу электромагнита.  [c.108]

Так, например, грузоподъемный магнит типа М-41 может удерживать стальные болванки или плиты весом до 16 ООО кг, листы — от 2000 до 8500 кг, бойные шары—до 7000 кг, а чугунные чушки и скрап только до 500—600 кг, стальные стружки — до 200 кг. Болванки и плиты обладают малым магнитным сопротивлением и через них проходит большой магнитный поток, следовательно, подъемная сИла электромагнита будет большая. При подъеме скрапа и стружки магнитный поток должен проходить через воздушные промежутки, а воздух обладает очень большим сопротивлением для магнитного потока. Следовательно, магнитный поток будет небольшим и грузоподъемность магнита будет мала. С ростом температуры (более 473° К) магнитные свойства стальных изделий заметно ухудшаются, их магнитная проницаемость падает, а магнитное сопротивление возрастает. При температуре 873—973° К сталь теряет магнитные свойства. Поэтому грузоподъемные электромагниты допускают транспортировку горячих грузов, нагретых до температуры не более 773° К, при этом подъемная сила магнита для нагретых изделий будет ниже, чем для не нагретых.  [c.108]

Подъемная сила электромагнита  [c.137]

В случае преднамеренного или вынужденного выключения тока электромагниты отпускают крайний диск, который под действием пружины смещается влево и сжимает всю систему дисков. Образующаяся на трущихся поверхностях дисков сила трения затормаживает вращение вала и поднимаемый или опускаемый груз остается неподвижным. При включении тока электромагниты размыкают тормоз и подъемный механизм начинает свободно работать.  [c.87]

Для снятия кабины с ловителей струбцину устанавливают на канатоведущий шкив в зоне набегания подъемных канатов кабины на шкив, гайками прижимают канаты к ручьям шкива, искусственно создавая большую силу трения канатов по шкиву, нажатием на рукоятку электромагнита растормаживают тормоз лебедки и вручную, используя массу противовеса, поворачивают канатоведущий шкив на небольшой угол, поднимая кабину и тем самым снимая ее с ловителей.  [c.34]

С начала 30-х годов на работах по сооружению верхнего строения пути стали применять предложенные В. И. Платовым путеукладчики (рис. 58) — передвижные машины кранового типа для укладки рельсо-шпальной решетки (рельсов, скрепленных со шпалами), звенья которой, равные длине одного рельсового звена (12,5 м), заготовлялись на звеносборочных базах. Тогда же началось применение балластировочных машин (балластеров), спроектированных Ф. Д. Барыкиным, П. Г. Белогорцевым и В. А. Алешиным и производящих подъемку рельсо-шпальной решетки, дозирование и разравнивание по ширине пути слоя балласта, предварительно выгруженного на обочины земляного полотна, и последующую рихтовку пути (его выправление относительно проектной продольной оси). С 1932 г. начался выпуск путевых стругов Ф. Д. Барыкина и Н. В. Корягина, использовавшихся для очистки кюветов и срезки обочин полотна, а в 1940 г. В. А. Алешиным, Г. М. Девьяковичем и А. В. Лобановым была разработана конструкция электробалластера с электромагнитами подъемной силой 30 т для вывешивания рельсо-шпальной решетки и со специальными электроустройствами для автоматического выправления перекосов пути.  [c.220]

Грузоподъемны еэлектромагниты. Эффективность использования и срок службы грузоподъемных электромагнитов во многом зависят от того, насколько правильно они эксплуатируются. При эксплуатации необходимо учитывать, что катушки электромагнитов рассчитаны на работу в повторно-кратковременном режиме с ПВ=50% при продолжительности цикла не более 10 мин. Такой режим определяется тем, что при работе температура частей магнита не должна превышать допустимых пределов. Если относительная продолжительность включения больше 50%, то необходимо снизить напряжение на контактных зажимах электромагнита для ограничения чрезмерного нагрева катушки, сохранив при этом напряжение цепей управления. Напряжение снижается включением последовательно с катушкой электромагнита добавочного сопротивления. При этом подъемная сила электромагнита несколько снизится.  [c.97]

Подъемная сила электромагнита (табл. 15) зависит от размеров й рабЙблбЖения поднимаемого материала, качества металла, температуры катушки магнита и поднимаемого металла и других факторов.  [c.208]

Г рузоподъемнос тъ электромагнитов сильно снижается при ухудшении магнитных свойств гюднимаемых грузов (например, при повьппении содержания марганца или никеля в стали). С повышением температуры материала выше 200 С подъемная сила электромагнита начинает уменьшаться и при 700 «С и выше опа практически станови гся равной нулю.  [c.68]

Расчетное время одного цикла работы в повторнократковременном режиме с ПВ = 50% не более 10 мин. Если ПВ>50%, то напряжение на катушке электромагнита снижают во избежание чрезмерного нагрева. При этом подъемная сила электромагнита уменьшится. Допустимое рабочее напряжение на катушке электромагнита при увеличении продолжительности включения определяется по формуле  [c.129]

Подъемная сила электромагнита уменьшается по мере ухудшения магнитных качеств поднимаемого груза, например, при наличии в грузе примесей марганца и никеля. Увеличение температуры поднимаемого предмета до 200—300° не меняет его магнитных свойств, а следовательно, не меняется и подъемная сила электромагнита. При температуре свыше 300° подъемная сила магнита уменьшается. Можно применять электромагниты для подъема грузов с температурой до 600 при условии теплоизоляции магнита. При температуре груза 700° и выше подъемная сила электромапшта уменьшается до нуля.  [c.121]

Подъемная сила магнитного захвата рассчитывается так же, как и вакуумных нажимных захватов, но удерживающая сила принимается равной 0,0045—0,015 для постоярных магнитов и 0,07—0,0135 МПа для электромагнитов.  [c.99]

Промышленностью выпускаются подъемные электромагниты прямоугольной и круглой формы. Прямоугольные магниты обычно применяются для подъема длинных стальных полос и труб, округлые — для работы с мелкими грузами чушки, скрап и пр. Для подъема очень длинных грузов используют траверсы с навеской на них двух прямоугольных магнитов. Грузоподъемность магнитов, выпускаемых в нашей стране, изменяется в очень широких пределах. Есть электромагниты с подъемной силой в несколько сот килограммов, а есть электромагниты для подъема грузов до 16 т. Следует знать, что подъемная сила одного и того же магнита значительно изменяется в зависимости от типа и формы груза. Так, например, электромагнит, предназначенный для подъ- ема стальных болванок весом до б т, может поднять лишь 80 кг стальной стружки. Подъемная сила электромагнитна сильно снижается также при ухудшении магнитных свойств поднимаемых грузов. Например, она падает при повышении содержания марганца или никеля в стали, а также при повышении температуры грузов (начиная с 473 » К). При температуре поднимаемого груза в 973″ К и более подъемная сила магнита снижается до нуля.  [c.58]

Для разгрузки пяты мощных гидрогенераторов при на-[Льных сдвигах ротора в условиях пуска были созданы ециальные электромагниты с подъемной силой до 1 200 т.  [c.621]

Электромагниты выпускают круглой (типа М) или прямоугольной (типа ПМ) формы. Прямоугольные электромагниты обычно применяют для подъема длинных стальных изделий ( балок, труб и т. п.). Для подъема очень длинных и тяжелых грузов применяют парную подвеску двух магнитов на специальной траверсе. Магниты круглой формы применяют для работы с мелкими грузами разнообразной формы (скрап, чушки, стружка). Подъемные магниты изготовляют на разную грузоподъемность — от нескольких сотен килограммов до нескольких тонн (от 6 до 30). Надо отметить, что подъемная сила одного и того же магнита зависит от типа, формы и степени нагрева груза. Так, электромагнит М42 диаметром 1670 мм, поднимающий стальную плиту или болванку массой 16 т, может поднять только 200 кг стальной стружки. Грузоподъемность электромагнитов сильно снижается при ухудшении магнитных свойств поднимае.мых грузов (например, при повышении содержания марганца или никеля в стали) и при повышении температуры грузов. При температуре материала  [c.92]

Подъемные [[платформы F 7/00-7/28 устройства подъемных кранов С 23/34 с непосредственным приложением силы к поднимаемому грузу F с приводным двигателем и барабаном, заключенным в общем корпусе D 3/20-3/22 специального назначения F 11/(00-04)) ] В 66 y mpoit mea для [c.142]

Калькулятор магнитодвижущей силы • Магнитостатика, магнетизм и электродинамика • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Определения и формулы

Магнитодвижущая сила (МДС) представляет собой физическую величину, характеризующую магнитное действие электрического тока. Для соленоида с током магнитодвижущую силу можно определить по формуле

где F_m — магнитодвижущая сила, измеряемая в амперах, ампер-витках и иногда в гильбертах, I — ток в амперах и ω — число витков.

Если известны создаваемая соленоидом напряженность магнитного поля (поля H) и его длина, магнитодвижущую силу можно определить по формуле

где H — напряженность магнитного поля (поля H), измеряемая в амперах на метр (А/м) в СИ или в эрстедах (Э) в СГС и L — длина соленоида или длина окружности тороидальной катушки.

Общие сведения

Парадоксальным образом магнитные взаимодействия, считающиеся в физике более слабыми, чем электрические взаимодействия, помогли человеку обуздать электричество. К моменту открытия явлений электромагнетизма доступные технологии, помимо тягловой силы рабочего скота, использовали механическую энергию ветра, воды и тепловую энергию пара, которую относительно простыми способами и механизмами преобразовывали в механическую же энергию.

Слева направо: Майкл Фарадей, Джозеф Генри, Андре-Мари Ампер и Ханс Кристиан Эрстед. Источник: Википедия

Электромеханические устройства и электрические машины, основанные на открытии М. Фарадеем и Дж. Генри явлений электромагнитной индукции и самоиндукции, позволяли простыми техническими приёмами решить задачу превращения механической энергии в электрическую энергию и обратно. При этом преобразование одного вида энергии в другой происходило с высоким коэффициентом полезного действия. Применение явлений электромагнетизма послужило толчком для очередного технологического скачка, и человечество шагнуло из века пара, как условно называют 19-ое столетие, в 20-ый век электричества.

Высоковольтные электродвигатели на насосной станции

Техническими средствами новых технологий стали электрические машины в виде генераторов постоянного и переменного тока, генерирующие электричество за счёт механической энергии вращения, и электродвигатели, выполняющие обратную задачу.

Для преобразования электричества в поступательное движение служат электромеханические устройства разнообразного вида: электромагниты, соленоиды и реле. Именно последние стали предвестниками информационной революции, являясь первыми коммутационными устройствами с бинарным состоянием. Применение реле в качестве приёмника сигналов тока (в телеграфе) и его усиления для передачи на большие расстояния, позволили отделить информацию от физического носителя (бумаги или пергамента) и обеспечить её почти мгновенную передачу без помощи курьера или почтового голубя.

Историческая справка

Широкое применение магнитодвижущей силы немыслимо без надёжных генераторов электричества и устройств, преобразующих последнее в механическое движение.

Слева направо: Франсуа Жан Доминик Араго, Уильям Стёрджен, Эдвард Дэви и Сэмьюэл Морзе. Источник: Википедия

Первый соленоид, представлявший собой проволочную катушку с постоянным током, был изобретён французским учёным Андре-Мари Ампером в 1820 году для усиления открытого Х.Эрстедом магнитного действия тока, и применён соотечественником Ампера Франсуа Араго в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магнитные свойства соленоида были экспериментально изучены Ампером в 1822 году, при этом была установлена эквивалентность соленоида постоянным природным магнитам.

Старинный трансформатор из экспозиции Канадского музея науки и техники в Оттаве.

Первый электромагнит был создан английским учёным Уильямом Стёрджоном в 1824 году. Он представлял собой катушку из неизолированного медного провода, который наматывался в один ряд на согнутый в виде подковы стержень из мягкого железа. По причине небольшого числа витков катушки, электромагнит Стёрджона был относительно слаб — он мог поднять вес около 4-х килограмм при протекании тока от отдельной батареи. При выключении тока намагниченный железный стержень не мог удержать и 200 грамм (за счёт остаточной намагниченности), что прекрасно демонстрировало принцип работы электромагнита.

В начале 30-годов 19-го столетия американский учёный и изобретатель Джозеф Генри популяризовал и последовательно улучшал конструкцию электромагнита. Применив изолирование медных проводов шёлковой нитью, Дж. Генри удалось получить многослойную обмотку и довести число витков в ней до нескольких тысяч. В результате его электромагнит мог поднять ферромагнитные материалы весом до 936 кг.

Честь изобретения электромеханического реле приписывают как Джозефу Генри, так и английскому учёному, врачу и изобретателю Эдварду Дэви. Любопытная деталь: оба изобрели его независимо друг от друга примерно в одно и то же время (1835—1837 гг.), работая над своими версиями телеграфного аппарата!

Реле Морзе в экспозиции Канадского военного музея связи и электроники, Кингстон, Онтарио

Реле, аналогичные показанному на этой иллюстрации, использовались в логических блоках космических ракет и кораблей почти до конца XX века

А идея применения именно электромагнитного реле в качестве цифрового (в современном понятии) усилителя постоянного тока зафиксирована в американском патенте от 1840 года на имя Сэмьюэла Морзе. Это изобретение произвело революцию в телеграфии — теперь с помощью реле можно было передавать сигналы телеграфа на сколь угодно большие расстояния, вплоть до межконтинентальных. В системах управления космических ракет, кораблей, станций и спутников двоичная логика, построенная с помощью релейных схем, применялась вплоть до конца ХХ века, несмотря на наличие бортовых вычислительных машин, которые стали использоваться в космической технике с начала семидесятых.

Магнитодвижущая сила. Определение

Магнитодвижущая сила (МДС) — физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки.

Уравнение для магнитодвижущей силы, иначе называемое законом Хопкинсона:

F = Ф• R_m

где F — МДС, действующая в магнитной цепи, Ф — магнитный поток в цепи; Rm — магнитное сопротивление

Из уравнения видно, что оно эквивалентно уравнению для напряжения U (или, по-другому ЭДС) по закону Ома:

U = I • R

Магнитодвижущая сила для магнитных цепей является аналогом электродвижущей силы для электрических цепей, она — причина возникновения магнитного потока Ф.

В Международной системе единиц СИ магнитодвижущая сила измеряется в амперах (А), в системе СГС — в гилбертах (Гб)

1 А = 1,257 Гб

В электротехнике применяется другая единица измерения магнитодвижущей силы — ампер-виток, численно равный единице в СИ (амперу).

При этом магнитодвижущая сила F для соленоида, индуктора или электромагнита вычисляется по формуле:

F = ϖ• I

где F — МДС, действующая в магнитной цепи, ω — число витков в катушке устройства; I — электрический ток в проводнике.

С другими величинами измерения магнитодвижущей силы, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин.

Магнитодвижущая сила в электротехнике

Студийный магнитофон, конец 80-х гг. прошлого века

В современном мире существует множество примеров использования магнитодвижущей силы, в первую очередь в силовой электротехнике. Электромагниты весьма широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая: электродвигатели и генераторы, трансформаторы, разнообразные реле, электрические звонки и зуммеры, громкоговорители и наушники, магнитные замки, индукционные нагреватели и магнитные грузозахваты. Этот перечень можно дополнить устройствами магнитной записи и хранения данных, включая магнитофоны, видеомагнитофоны и жесткие диски.

Блок головок и головка чтения-записи жесткого диска

Электромагниты применяются в научном и медицинском оборудовании, являясь неотъемлемой частью масс-спектрометров, ускорителей частиц, устройств магниторезонансной томографии и устройств извлечения инородных магнитных предметов из тела человека. Электромагниты используют для сепарации магнитных материалов и предметов от немагнитных, а также в средствах электрической защиты и аварийного отключения.

Электромагниты

Конструкция и принцип работы

Электромагнитом называют устройство, которое способно создавать магнитное поле при протекании электрического тока. Типичный электромагнит состоит, по крайней мере, из одной обмотки, выполненной из проводящих материалов, и ферромагнитного магнитопровода — сердечника, который приобретает свойства магнита при протекании тока через обмотку.

Обмотки электромагнитов обычно изготавливаются из изолированного алюминиевого или медного провода. Хотя существуют электромагниты с обмотками из сверхпроводящих материалов. Магнитопроводы электромагнитов выполняются из магнитомягких материалов — электротехнической или конструкционной стали и чугуна, а также из железоникелевых или железокобальтовых сплавов.

По современным физическим представлениям, такие материалы состоят из крошечных намагниченных областей, называемыми магнитными доменами. Домены в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы хаотически и их суммарное магнитное поле равно нулю. При подаче тока в обмотку возникает магнитное поле, заставляющее домены перестраиваться в направлении этого поля, тем самым усиливая его. Когда внешнее поле для данного материала достигает некоторой максимальной величины, все домены ориентированы в направлении поля. Дальнейшее увеличение протекающего тока не приводит к увеличению поля за счёт доменов, это явление называется магнитным насыщением.

Магнитопроводы электромагнитов, в зависимости от назначения, могут иметь различную форму, в простейшем случае представляют собой набор П-образных пластин.

Работающий соленоид

Основное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами заключается в возможности быстрого регулирования силы притяжения (магнитодвижущей силы) изменением протекающего через обмотку тока. С другой стороны, именно это обстоятельство является недостатком электромагнитов по сравнению с постоянными магнитами, поскольку для поддержания магнитного поля требуется непрерывный расход электроэнергии.

Из-за этого электромагнитам присущи омические потери на нагрев проводов обмотки; помимо этого, для электромагнитов переменного тока характерны потери на вихревые токи Фуко и на переориентацию магнитных доменов материала сердечника. Последние потери называются потерями гистерезиса; для их снижения сердечники электромагнитов изготавливаются из специальных материалов с низкой коэрцитивной силой (малой остаточной намагниченностью или, что то же самое, с малой площадью петли гистерезиса). С этой же целью магнитопроводы электромагнитов переменного тока выполняются в виде набора тонких листов с изоляционным слоем на поверхности.

Из-за действия вышеизложенных факторов, напряженность магнитных полей обычных электромагнитов с сердечниками из ферромагнитных материалов ограничена значением в 1,6 Тл. Для получения более высоких значений напряжённости магнитного поля применяют электромагниты с обмотками из сверхпроводящих материалов без ферромагнитных сердечников.

Электромагнитная муфта

Широкое применение в современной технике нашли электромагнитные муфты, применяемые как для контактной, так и для бесконтактной передачи крутящего момента. При подаче электрического тока на обмотку электромагнитной муфты, последняя за счёт создаваемого магнитного поля притягивает арматуру ведомого вала с нагрузкой и из-за сил трения вал набирает обороты до скорости вращения ротора. При отключении тока, пружина отводит арматуру вала от ротора, и вал начинает вращаться свободно. Такой тип сцепления применяется во многих машинах и механизмах в различных областях техники, кроме того, он широко применяется для автоматизации производства. Магнитная муфта имеется практически в каждом современном автомобиле, где она используется для соединения вала компрессора кондиционера с коленчатым валом двигателя автомобиля.

Электромагнитная муфта компрессора автомобильного кондиционера

Уникальными возможностями по передаче крутящего момента в широком диапазоне усилий обладают электромагнитные муфты сцепления на ферромагнитных порошках. Они могут передавать крутящий момент почти линейно, что позволяет очень точно регулировать крутящий момент. Они находят применение в системах контроля натяжения проводов, фольги и лент при их производстве.

Кроме того, электромагнитные муфты нашли широкое применение в случаях, когда требуется передача крутящего момента через физический немагнитный барьер, разделяющий среды с различным состоянием вещества или различными агрессивными свойствами. Например: для бесконтактного перемешивания активных растворов в стеклянных емкостях химических лабораторий или для циркуляции воды в аквариумах.

Электромагниты на сверхпроводниках

Хотя идея построения таких электромагнитов была предложена ещё 1911 году голландским физиком Хейке Камерлинг-Онессом после открытия последним явления сверхпроводимости, первый практический электромагнит из сверхпроводящей ниобиевой проволоки, охлаждаемой жидким гелием до температуры 4,2°К, был построен только в 1955 году. Магнитное поле этого электромагнита составляло 0,7 Тл.

Слева направо: Хейке Камерлинг-Оннес, Карл Александр Мюллер и Йоханнес Георг Беднорц. Источник: Википедия

Открытие материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью швейцарским физиком Карлом Мюллером и его немецким коллегой Георгом Бернодцем в 1986 году на основе купратов, и последующие исследования в этой области, позволило создать электромагниты на высокотемпературных сверхпроводниках с температурой кипящего жидкого азота (–77°К или –196°С). Это обстоятельство значительно удешевило электромагнитные установки такого типа для получения магнитных полей высокой напряжённости.

В 2007 году электромагнит с обмотками из сверхпроводящего материала YBCO (иттрий-барий-медь-кислород) создал рекордное магнитное поле в 26,8 Тл.

К сожалению, сверхпроводимость современных сверхпроводящих материалов ограничена — под действием очень сильного поля или высокой плотности тока они перестают быть сверхпроводниками. Тем не менее, электромагниты на сверхпроводниках нашли применение не только в исследовательской технике, но и в практической медицине — их используют в установках для проведения магниторезонансной томографии.

Электромагнит Биттера

Френсис Биттер

Электромагнит (или соленоид) Биттера представляет собой электромагнит для создания сверхсильных стационарных магнитных полей. Этот тип электромагнита был изобретён американским физиком Френсисом Биттером в 1933 году и построен в 1936 году. Проработал до 1962 года и вплоть до 1958 года оставался самым мощным электромагнитом в мире, создававшим магнитное поле с магнитной индукцией в 10 Тесла. Кратковременно мог создавать поле в 15,2 Тл. Проблемы создания мощных электромагнитов связаны, в основном, с решением задач повышения тепловой устойчивости обмоток к нагреванию электрическим током, а также повышения механической прочности конструкции. Конструктивно представляет собой соленоид из набора медных дисков, разрезанных по радиусу и изолированных друг от друга дисками из слюды той же геометрии. Диски из меди и слюды, чередуясь между собой, образуют двойную спираль. С целью охлаждения, после формирования спиралей, в них высверливали несколько сотен отверстий, сквозь которые прокачивалась охлаждающая вода. Такая пакетная конструкция позволяла выдерживать огромные механические нагрузки, возникающие из-за действия силы Лоренца. Электрическая мощность установки достигала 2 МВт.

У современных магнитов такого типа изменены геометрия разреза дисков и форма отверстий (щелевые отверстия вместо круглых), а также изменены форма и размер пластин. Кроме того, современные конструкции выполняются в виде оппозитно расположенных отдельных секций, каждая из которых представляет собой несколько цилиндрически вложенных друг в друга соленоидов Биттера.

Учёным из университета Радбоуд в г. Неймеген, Нидерланды, удалось 31 марта 2014 года достичь рекордного значения стационарного магнитного поля для данного типа электромагнитов в 37,5 Тл при комнатной температуре.

Исполнительные электромеханизмы

Электромагнитный клапан

Электромагнитные приводы, непосредственно преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа, называются исполнительным механизмом. Конструктивно представляют собой прямоходовой электромагнит с втягивающим подпружиненным якорем. Применяются в системах позиционного регулирования и управления, поскольку регулирующий орган такого привода имеет два конечных положения, соответствующих двум возможным положениям сердечника электромагнита.

Электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан — это электромеханическое устройство, предназначенное для регулирования потоков жидкостей и газов. Конструктивно состоит из корпуса, соленоида с подвижным сердечником, на котором установлен диск или поршень, регулирующий поток.

Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем

Клапан с одним выходом и одним входом, производит открывание и запирание потока. Аналогичный клапан с одним входом и двумя выходами выполняет переключение входного потока на соответствующий выход. Открывание (закрывание) или переключение клапана происходит путём подачи напряжения на катушку соленоида, при этом магнитный сердечник втягивается в соленоид, что и приводит к открытию, закрытию или переключению клапана. Для герметичности клапана его сердечник помещается внутри закрытой трубки, размещённой в соленоиде.

Электромагнитные клапаны применяются как в производственных технологических процессах, так и в быту. С их помощью можно дистанционно управлять подачей требуемого объёма жидкости, пара или газа в нужный момент времени, что находит, например, применение в системах полива, отопительных системах и других областях техники.

Примерами применения электромагнитных клапанов могут служить привычные для нас вещи: автоматическая стиральная машина (набор и слив воды), клапаны карбюратора, управления подачи воздуха на холостом ходу, переключения трансмиссии и другие электромагнитные клапаны автомобиля.

Расцепитель автоматического выключателя

Автоматический выключатель предназначен для подачи тока в электрическую цепь в нормальном режиме работы, и для разрыва цепи, отключая ток при аномальном его значении, например, при коротком замыкании.

Разрыв цепи осуществляется двумя типами расцепителей: тепловым и токовым мгновенного действия. Последний представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого может приводить в действие механизм расцепления при превышении значения тока, называемого током отсечки. Ток отсечки обычно выбирается в пределах 2–10 раз больше номинального.

Реле

Реле

Электромагнитное реле — устройство, предназначенное для замыкания или размыкания механических электрических контактов при подаче в обмотку реле электрического тока. Конструктивно электромагнитное реле состоит из электромагнита, подвижного якоря и механически связанного с якорем переключателя. Электромагнит реле представляет собой катушку с электрическим проводом, намотанным на сердечник (якорь). Для усиления магнитного потока электромагнит реле снабжается дополнительным магнитопроводом — ярмом.

Реле

В небольших реле якорь удерживается в исходном положении благодаря упругим свойствам механических контактов, в других случаях в конструкцию реле добавляется механическая пружина, которая возвращает якорь в исходное положение. При протекании электрического тока по обмотке реле электромагнит притягивает якорь, преодолевая усилие пружины, а якорь, толкая контакты, замыкает или размыкает их. Чувствительность реле к управляющему току зависит от числа витков в обмотке: чем выше число витков, тем чувствительнее реле.

В некоторых исполнениях реле может быть целая группа контактов, как нормально замкнутых, так и нормально разомкнутых при отсутствии управляющего тока. Различные варианты электромагнитных реле нашли широкое применение в телефонии и в устройствах автоматики и применялись до тех пор, пока не были вытеснены полупроводниковыми устройствами, выполняющими те же функции.

Отдельным классом реле являются шаговые искатели — электромеханические коммутационные устройства, которые применялись в системах телефонии, автоматизации и управления технологическими процессами. Шаговые искатели управляются сериями токовых импульсов и до появления полупроводниковых реле находили широкое применение в различных областях техники. Особенно широкое распространение получили декадно-шаговые искатели, применяемые в ранних конструкциях автоматических телефонных станций.

Шаговые искатели телефонной станции

Также отдельным классом слаботочных реле являются герконовые реле — устройства, состоящие из геркона и электромагнитной катушки. Геркон представляет собой пару (или больше) ферромагнитных упругих контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбочку с откачанным воздухом или заполненную инертным газом. Контакты геркона замыкаются при поднесении магнита или включении электромагнита. До недавнего времени находили широкое применение в качестве датчиков положения в устройствах автоматики, охранной сигнализации, компьютерной техники (клавиатуры, датчики бесщёточных двигателей постоянного тока приводов накопителей) и так далее. В последнее время герконовые датчики вытесняются датчиками Холла.

Геркон

Контакторы

Контакторы широко используются в электрооборудовании тепловозов и пассажирских вагонов

Разновидностью электромагнитного реле является контактор — двухпозиционное электромагнитное устройство, предназначенное для дистанционного включения и отключения силовых электрических цепей.

Конструктивно состоит из электромагнита, системы контактов (как подвижных, так и не подвижных) и дугогасительной системы. Кроме того, в конструкцию контактора входят и вспомогательные контакты для переключения цепей сигнализации и управления.

Контакторы применяются для коммутации электрических цепей промышленного тока при напряжении от нескольких десятков до нескольких тысяч вольт и токах до нескольких тысяч ампер. Основная область их применения — управление мощными электродвигателями на производстве и тяговыми двигателями на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы, лифты и т.д.).

Примеры опытов по применению МДС

Для проведения опытов потребуется регулируемый источник питания постоянного тока, мультиметр (если источник питания не измеряет потребляемый ток) некоторое количество медного изолированного провода, стальной стержень, толстый гвоздь или болт и набор мелких металлических предметов — шайбы отлично подойдут.

Намотаем две катушки с одинаковым числом витков (около 100 витков) на каркас из любого изоляционного материала. В качестве такового прекрасно подойдёт каркас от старой шариковой ручки — лишь бы в её отверстие свободно входил гвоздь или стержень.

Опыт 1. Подключим одну из обмоток через мультиметр, выставленный на измерение тока, к источнику питания и регулятором напряжения установим значение тока через обмотку равным 1 амперу. Визуально определим количество шайб, которое может поднять наш доморощенный электромагнит.

Вывод: протекание постоянного тока через катушку превращает её в постоянный магнит.

Опыт 2. Не меняя установки регулятора источника питания, введём в обмотки гвоздь или стержень. При прежнем значении тока в 1 ампер сила притяжения магнита снова возросла.

Вывод: сила электромагнита увеличивается при использовании ферромагнитного сердечника.

Опыт 3. Увеличим ток через обмотку приблизительно до 2 А. Мы видим, что количество удерживаемых шайб увеличилось примерно вдвое.

Вывод: Увеличение тока, протекающего через обмотку, приводит к увеличению силы электромагнита.

Опыт 4. Подключим две обмотки, включённые последовательно, через мультиметр, выставленный на измерение тока, к источнику питания и регулятором напряжения снова установим значение тока через обмотки равным 2 амперам. Визуально определим количество шайб, которое теперь может поднять наш сдвоенный магнит. Его сила явно увеличилась вдвое.

Вывод: удвоение числа витков увеличивает силу электромагнита вдвое.

Общий вывод: электромагнит может использоваться для превращения электрической энергии в поступательное механическое движение.

Опыт 5. Для любителей экспериментальной физики предлагается вниманию занятная конструкция, использующая магнитодвижущую силу для приведения в действие модели поезда:

Для изготовления простого поезда из батарейки и двух магнитов нам потребуются примерно 50 метров медного неизолированного провода для намотки спирали, пара сильных неодимовых магнитов, батарейка (можно использовать AA) и пластмассовая или латунная шайба. Шайбу мы поставим на плюсовой вывод батарейки, чтобы выровнять поверхность и чтобы магнит не соскальзывал. Диаметр спирали должен быть таким, чтобы батарейка с магнитами свободно скользили внутри спирали. Немного графитового порошка будет действовать в качестве смазки. Один магнит установим на минусовой вывод батарейки, второй — на плюсовой. Не забудьте вставить изолирующую или латунную шайбу на плюсовой вывод батарейки. Теперь осталось вставить поезд в спираль и он начнет движение, потому что вся система представляет собой электромагнит.

Наша конструкция работает так. Поезд представляет собой вариант униполярного двигателя. Неодимовые магниты играют роль контактов батарейки, подключая её к оголённым виткам катушки из медного провода без изоляции, намотанного на стержень. Протекающий в катушке ток создаёт в ней магнитное поле, которое производит магнитодвижущую силу, которая толкает один магнит и притягивает другой.

Замечание: при повторении конструкции необходимо обращать внимание на направление намотки (левая или правая) катушки и «полярность» установки магнитов — «южный» S- полюс переднего магнита присоединяется к «+» батарейки, а к «—» подключается «северный» N-полюс второго магнита. Если ваша намотка не будет соответствовать рекомендуемой, просто переверните магниты. Если это кажется сложным, можно сделать так. Взять магниты так, чтобы они взаимно отталкивались, и прикрепить их к батарейке. Затем вставить батарейку в спираль. Если она стала двигаться, значит все сделано правильно. Если нет — попробуйте вставить ее другой стороной.

Опыт 6. В заключение попробуем заставить звучать старый жесткий диск. Почему его можно заставить звучать? Потому что громкоговорители электродинамического типа и жесткие диски имеют много общего. Давайте посмотрим внимательно. И там, и там есть катушки. И магниты. И там, и там катушки называются звуковыми. Если через катушку течет ток, он создает вокруг нее магнитное поле. В результате катушка притягивается к магниту или втягивается в зазор между магнитами. Все, что механически соединено с катушкой, также движется. Это может быть блок головок жесткого диска, представляющий собой пакет кронштейнов или рычагов с катушкой двигателя и головками чтения/записи. С таким же успехом это может быть диффузор громкоговорителя. Если изменить направление электрического тока в катушке, то направление магнитного поля вокруг нее тоже изменится, и катушка будет двигаться в противоположном направлении.

В громкоговорителе динамического типа усиленный звуковой сигнал, подаваемый на катушку, приводит к возникновению в ней электрического тока, в результате чего катушка перемещает диффузор, который создает звуковые волны. Как видно, в жестком диске происходит то же самое. Сигнал звуковой частоты приводит в движение катушку соленоидного двигателя, который поворачивает блок головок. Один из кронштейнов механически связан с пленкой, создающей звуковые волны на более низких частотах. На высоких частотах звуковые волны генерируют сами кронштейны с головками.

Возьмем старый неисправный жесткий диск и откроем крышку. Хорошо видно, как он устроен: несколько пластин и шпиндель, на котором они вращаются, а также блок головок с кронштейнами, головками чтения/записи и катушкой соленоидного двигателя между двумя сильными магнитами. Головки связаны с платой управления с помощью гибкого кабеля. В этом кабеле есть два проводника, которые соединяют катушку привода головок со схемой управления их движением.

Снимем соединитель блока головок и найдем контакты проводников от катушки привода. Эти проводники можно проследить визуально или воспользоваться мультиметром, замерив сопротивление между контактами разъема. Сопротивление этой катушки может составлять от 5 до 40 Ом. Теперь присоединим или припаяем к найденным контактам разъема пару проводов. Проверив еще раз сопротивление, чтобы убедиться, что мы определили проводники верно, подключим выход усилителя к нужным контактам. Подав напряжение звуковой частоты с усилителя, слушаем, что же получилось.

С огорчением услышим, что низкие частоты практически не воспроизводятся. Попробуем улучшить конструкцию. Для этого добавим простейший диффузор, который соединим с кронштейном блока головок и убедимся, что звук стал намного лучше!

Соленоидный линейный двигатель с блоком головок 200-мегабайтного накопителя на жестких магнитных дисках (80-е годы XX в.)

Кстати, а вы знаете, почему диски называют жесткими? Потому что когда-то были еще и гибкие диски, (дискеты), в которых информация хранилась на дисках из гибкой пластмассы, покрытых ферромагнитным слоем. Исторически первыми появились именно жесткие диски, на которых информация хранилась на жестких, в основном алюминиевых, покрытых ферромагнитным слоем пластинах.

А почему эту катушку привода головок иногда называют звуковой по-русски и всегда по-английски? Это название связано с тем, что в первых огромных, размером с большую стиральную машину, накопителях на съемных жестких дисках катушки линейных двигателей были цилиндрическими и были очень похожи на катушки громкоговорителей.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков

О магнетизме | Goudsmit Magnetics

‘Гистерезис’ присутствует в ферромагнитном материале. Это показано на рисунке ниже. Напряженность магнитного поля H показана вдоль оси x, а степень намагниченности (магнитная индукция) B — вдоль оси у. Если магнитное поле отсутствует, намагниченности в начале нет и график начинается с точки начала координат.

Если приложить магнитное поле, ферромагнитный материал становится магнитным. Это продолжается до тех пор, пока все ‘области Вейса’ в материале не будут иметь одинаковую ориентацию. Теперь материал максимально намагничен и усиление магнитного поля не влияет на степень намагниченности. Если магнитное поле ослабить, области Вейса по большей части сохранят свое положение.

Только когда поле станет более отрицательным, общая намагниченность также изменит направление. Это продолжается до тех пор, пока все спины не будут ориентированы в другом направлении и намагниченность не изменится. Теперь продукт размагничен.

Кривая гистерезиса (кривая BH)

При периодически изменяющемся внешнем магнитном поле H  намагниченность ферромагнитного материала отражает кривую намагничивания. Начиная c ‘исходного’ материала без чистого намагничивания, синяя кривая повторяется при первом приложении внешнего поля H. При достижении плотности потока насыщения с напряженностью магнитного поля Hs, намагниченность не увеличивается.

Если затем инвертировать поле, намагниченность при напряженности поля H = 0 не уменьшится полностью до нуля. Существует напряженность остаточного поля BR в результате того, что «области Вейса» еще не вернулись в исходное состояние.

Только в случае, если внешняя напряженность поля достигла противоположно направленного значения — напряженность коэрцитивного магнитного поля Hc , намагниченность В становится нулевой. Продукт размагничен. Площадь петли, через которую проходит переменная намагниченность, является мерой потерь. Материалы с низкими значениями Hc и, следовательно, с небольшими гистерезис-петлями называются мягкими магнитными материалами. Если Hc очень большой, они называются твердыми магнитными материалами.

Реманентность, Br:

Реманентность — магнитная индукция в магнитном материале при нулевой напряженности поля (H = 0) и после полного насыщения.

К началу

Кривая гистерезиса (кривая BH)

Принцип электромагнита в SEO продвижении

Если вы хотите улучшить свой SEO (повысить эффективность поисковой оптимизации) и привлечь как можно больше потенциальных клиентов на сайт, то вам необходимо изучить принцип «электромагнита». Не спешите браться за длинные гвозди, тонкие провода и источники электропитания — просто осмыслите само устройство электромагнита и принцип его работы. Так, если подключить концы провода к источнику питания, и обернуть сам провод вокруг гвоздя, то получится простой электромагнит. Чем длинней гвоздь, чем больше витков провода будет проходить по нему, тем сильней он будет. И продвижение сайтов должно работать аналогичным образом

SEO как электромагнит

Для создания сайта, оптимизированного под поисковые сервисы сети, обычно создаются страницы о товарах и услугах компании, которые имеют тексты, богатые на ключевые запросы, связанные с предлагаемыми товарами или услугами. И эти слова, в данном случае, являются своеобразными «гвоздями» — сердечником электромагнита. Но и от самого «гвоздя» зависит сила «электромагнита», то есть чем качественней будет текст, чем больше интереса будет он вызывать у целевой аудитории, то качество, «сила» оптимизации возрасте. Контент должен быть исключительно уникальным, носить информационный характер. Он должен и привлекать, и убеждать, и доносить до посетителя определенную информацию.

Если контент — это сердечник, «гвоздь» электромагнита, то его обмоткой, «проводами» будут ваши сообщения в блоге. Сообщения в вашем блоге должны словно бы оборачиваться вокруг содержимого страниц. Построение сообщения вокруг темы, затронутой на одной из страниц сайта, позволит повысить эффективность SEO оптимизации. И чем большее количество сообщений будет «оборачиваться» вокруг страниц сайта, тем сильней окажется «электромагнит».

Допустим, вы являетесь художником и пишите картины для декорирования помещений. Соответственно, ваши сообщения в блог должны писаться, как минимум, на тему:

— советы по написанию картин. Как общие вопросы, так и частные рекомендации по применению той или иной техники;

— о выборе краски;

— о цветосветовом решении интерьеров;

— вопросы, которые стоит задавать художнику, у которого заказывается картина;

— любые другие, связанные с вашей деятельностью и творчеством.

И каждое сообщение должно иметь не только тэги и ключевые слова, но и ссылки на ваш сайт.

С «сердечником» и «обмоткой» принципа электромагнита в SEO оптимизации разобрались, осталось только понять, что же выступит источником питания? И однозначного ответа на данный вопрос не существует. Для кого-то «батарейкой» выступит желание создавать и продвигать свой сайт, для кого-то в «источники питания» запишется желание достичь той или иной цели, решить задачу, возложенную на сайт, ну а кто-то просто пожелает занять лидирующие позиции в ТОП выдачи просто в силу своего характера. Но как можно заметить, основным «источником» будет желание. И чем оно больше, тем более высокий «ток» подается на «обмотку» «электромагнита».

Какие факторы влияют на силу электромагнита?

Какие факторы влияют на прочность электромагнита ?

Факторы, влияющие на силу магнитного поля электромагнита:
Факторы, влияющие на силу электромагнитов, — это характер материала сердечника, сила тока, проходящего через сердечник, количество витков провода на ядро и форма и размер ядра.

Как мы можем увеличить или уменьшить силу электромагнита?

1. Напряженность магнитного поля электромагнита увеличивается, когда:
   (a) Увеличивается ток
   (b) Увеличивается количество витков
   (c) Витки проволоки сдвигаются ближе друг к другу, так что длина соленоида становится короче
   (d) В соленоид вставлен сердечник из мягкого железа.
2. Использование сплавов, таких как алюминий-никель-кобальт (альнико), может создавать более сильные магнитные поля.
3. Полярность на концах соленоида изменяется путем изменения направления тока, как показано на рисунке. Направление магнитного поля в любой точке можно показать с помощью компаса.

Люди также спрашивают

Факторы, влияющие на силу электромагнита Эксперимент

Проблема: В некоторых электрических устройствах используются очень сильные электромагниты, в то время как другим нужны электромагниты, создающие более слабые магнитные поля.Какие факторы влияют на силу магнитного поля электромагнита?

A. Каков будет эффект увеличения количества витков проволоки в электромагните?

Цель: Изучить, как количество витков катушки влияет на силу магнитного поля.
Вывод: Число витков соленоида влияет на силу магнитного поля.
Гипотеза: Чем больше количество витков, тем сильнее магнитное поле.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: количество витков, N
(b) Реагирующая переменная: сила магнитного поля
(c) Фиксированные переменные: ток в соленоиде, тип используемого сердечника, расстояние между конец стержня из мягкого железа и штифты в чашке Петри
Оперативное определение: Сила магнитного поля, создаваемого соленоидом, оперативно определяется как количество штырей, которые могут быть притянуты к одному концу сердечника.
Материалы: Коробка со штырями, пруток из мягкого железа, изолированный медный провод, соединительные провода
Аппарат: D.C. Источник питания, амперметр, реостат, чашка Петри, ретортная стойка с зажимом
Метод:

1. Устройство установлено, как показано на рисунке, с 20 витками проволоки вокруг стержня из мягкого железа.
2. Электропитание включается, и подсчитывается количество штифтов, притянутых к стержню из мягкого железа.
3. Электропитание отключается, чтобы штифты упали обратно в чашку Петри.
4. Шаги 2 и 3 повторяются для катушек с числом витков N = 30, 40, 50 и 60.

Результаты: Обсуждение:

1. Количество штифтов, притягиваемых к стержню из мягкого железа, увеличивается по мере увеличения количества витков катушки.
2. Когда ток отключается, штифты падают обратно в чашку Петри, потому что стержень из мягкого железа не может сохранять свой магнетизм.

Вывод:
Сила магнитного поля увеличивается при увеличении количества витков.

Б.Как величина тока, переносимого катушкой, влияет на силу магнитного поля?

Цель: Изучить, как величина тока, переносимого катушкой, влияет на силу магнитного поля.
Вывод: Ток в катушке влияет на силу магнитного поля.
Гипотеза: Чем больше ток в катушке, тем сильнее магнитное поле.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: ток, I
(b) Реагирующая переменная: сила магнитного поля
(c) Фиксированные переменные: количество витков катушки, тип используемого сердечника, расстояние между конец стержня из мягкого железа и штифты в чашке Петри
Оперативное определение: Сила магнитного поля, создаваемого соленоидом, оперативно определяется как количество штырей, которые могут быть притянуты к одному концу сердечника.
Материалы: Коробка со штырями, пруток из мягкого железа, изолированный медный провод, соединительные провода
Аппаратура: Источник питания постоянного тока, амперметр, реостат, чашка Петри, подставка для реторты с зажимом
Метод:

1. То же Используется установка, показанная на рисунке выше.
2. Электропитание включено. Реостат настраивается на получение тока I = 0,5 А.
3. Подсчитывается количество штырей, притянутых к стержню из мягкого железа.
4. Электропитание отключается, чтобы штифты упали обратно в чашку Петри.
5. Шаги 2 — 5 повторяются для значений тока, I = 1,0 A, 1,5 A, 2,0 A, 2,5 A и 3,0 A.

Результаты: Обсуждение:
Количество Количество контактов, притягиваемых к стержню из мягкого железа, увеличивается по мере увеличения тока в катушке.
Вывод:
Сила магнитного поля увеличивается при увеличении тока. Гипотеза принята.

C. Как использование сердечника из мягкого железа влияет на силу магнитного поля?

Цель: Изучить, как использование сердечника из мягкого железа влияет на силу магнитного поля.
Вывод: Сердечник из мягкого железа влияет на силу магнитного поля.
Гипотеза: Сердечник из мягкого железа увеличивает силу магнитного поля.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: Тип сердечника в катушке
(b) Реагирующая переменная: сила магнитного поля
(c) Фиксированные переменные: ток в катушке, количество витков катушка, расстояние между концом стержня из мягкого железа и штырями в чашке Петри
Оперативное определение: Сила магнитного поля, создаваемого соленоидом, оперативно определяется как количество штифтов, которые могут быть притянуты к одному концу ядро.
Материалы: Коробка со штырями, изолированный медный провод, железный стержень длиной 10 см, деревянный стержень длиной 10 см, соединительные провода
Аппаратура: Источник питания постоянного тока, амперметр, реостат, чашка Петри, подставка для реторты с зажимом
Метод:

1. Используется та же установка, что и на рисунке выше, с катушкой, намотанной вокруг деревянного стержня.
2. Электропитание включено. Реостат настроен на получение тока I = 2,0 А.
3. Подсчитывается количество штырей, притянутых к деревянному стержню.
4. Электропитание отключается, чтобы штифты упали обратно в чашку Петри.
5. Деревянный стержень заменяется стержнем из мягкого железа, и шаги с 2 по 4 повторяются.

Результатов: Обсуждение:

1. Количество штифтов, притягиваемых катушкой с мягким железным стержнем, значительно больше, чем в катушке с деревянным стержнем.
2. Стержень из мягкого железа концентрирует магнитные линии для создания более сильного магнитного поля.

Вывод:
Катушка с сердечником из мягкого железа создает более сильное магнитное поле.

Четыре фактора, влияющие на электромагниты | Sciencing

Электромагниты — это простые устройства, имитирующие поведение естественных магнитов, с одним важным отличием: способность изменять силу своего магнитного поля из-за их электрически генерируемых магнитных полей. Варьируя любой из четырех основных элементов электромагнита, вы можете установить необходимую напряженность поля.

TL; DR (слишком длинный; не читал)

Четыре основных фактора, влияющих на силу электромагнита, — это количество петель, ток, размер провода и наличие железного сердечника.

Количество витков

Электромагнит состоит из катушки с проволокой, намотанной на металлический сердечник — обычно железный — и подключенного к батарее. Когда электрический ток движется по петлям катушки, он создает магнитное поле, как у небольшого стержневого магнита.У него есть северный полюс с одной стороны петли и южный полюс с другой. Поскольку катушка сделана из одного сплошного провода, магнитные поля каждой петли «складываются», создавая что-то вроде большого стержневого магнита. Один из способов увеличить или уменьшить напряженность магнитного поля — изменить количество витков в катушке. Чем больше петель вы добавите, тем сильнее станет поле. Чем больше петель вы уберете, тем слабее станет поле.

Металлический сердечник

Металл внутри катушки увеличивает создаваемое ею поле.Замена металлического сердечника на другой металл сделает электромагнит сильнее или слабее. Железные сердечники создают очень сильные поля. Стальные сердечники ослабляют поля. Неодимовые сердечники создают самые сильные поля. Частичное выдвижение сердечника из катушки ослабит поле, поскольку в нем меньше металла.

Battery Current

Изменение силы тока, протекающего через электромагнит, также изменит создаваемое им поле. Чем больше ток в катушке, тем сильнее будет увеличиваться магнитное поле.И наоборот, снижение напряжения батареи уменьшает ток, ослабляя поле. Однако этот факт имеет осложнение: когда вы увеличиваете ток, магнитные провода нагреваются и, возможно, поджаривают хрупкую электрическую изоляцию, без которой магнит не может работать.

Размер провода

Хотя металлические провода являются очень эффективными проводниками электричества, они все же имеют некоторое сопротивление протеканию тока. Использование провода большего диаметра на катушке уменьшит это врожденное сопротивление.Это увеличит ток и, следовательно, поле. Использование меньших датчиков увеличит сопротивление, уменьшит ток и ослабит поле. Использование различных типов металлической проволоки также повлияет на напряженность поля, потому что каждый металл имеет свое собственное сопротивление току.

Магниты и электромагниты — что влияет на силу электромагнита? — Научные проекты

Сильные электромагниты:

Зимой 1820 года профессору Эрстеду из Копенгагена пришло в голову попробовать новый способ найти ответ.На столе перед ним лежал компас, а рядом с ним — одна из батарей Вольты. Он соединил провода, чтобы замкнуть цепь батареи, и поднес один провод к боковой стороне компаса параллельно стрелке. Игла повернулась, как если бы он держал в руке магнит. Когда ток пропускался через провод на север, стрелка перемещалась влево. Когда ток был направлен по проводу на юг, стрелка повернулась вправо. Эрстед увидел, что сделал открытие.Пропускание электрического тока через провод делает его магнитом. «Магнетизм, — сказал он, — это всего лишь электричество в движении». Открытие Эрстеда имело важное значение, поскольку привело к изобретению электромагнита, одного из самых полезных изобретений в области электротехники.
Первый электромагнит изготовил англичанин Стерджен. Он взял круглый пруток из очень мягкого железа и согнул его в форме подковы. Вокруг него он намотал проволоку и пропустил через нее электрический ток. Он покрыл сердечник, так называемый железный стержень, лаком, чтобы электричество не уходило и не уходило от него.

Sturgeon был удивлен принципом работы электромагнита. Он был намного сильнее естественного или постоянного магнита того же размера. Но самым удивительным было то, что в момент включения тока железный сердечник становился магнитом, а при отключении тока сердечник практически переставал быть магнитом. Можно подумать, что это своеобразное действие электромагнита сделает его бесполезной игрушкой, но именно это действие делает его таким полезным. Если иглу или другой предмет захватили постоянным магнитом, единственный способ снять его с магнита — поскрести или оторвать; но чтобы снять его с электромагнита, нужно только прервать электрический ток.Таким образом, электромагнит находится под нашим контролем. Чтобы он заработал, включаем электрический ток; чтобы он перестал работать, отключаем ток. Вы делаете это каждый раз, когда нажимаете кнопку электрического дверного звонка.
Мы также можем контролировать мощность электромагнита, то есть размер груза, который он будет поднимать. Этому нас научил Джозеф Генри, американец. Вместо того, чтобы покрыть железный сердечник лаком, как это сделал Стерджен, чтобы предотвратить утечку электричества или изолировать его, Генри изолировал медный провод, накрыв его шелковой оберткой.Вместо того, чтобы обмотать железный сердечник одним витком провода, он наложил много витков. На свой первый электромагнит он протянул тридцать пять футов провода, сделав около четырехсот витков. Эти дополнительные витки очень сильно увеличили силу магнита.

Генри обнаружил, что магнит сильнее, когда намотан несколькими отдельными катушками проволоки, концы каждой катушки соединены с батареей. С помощью небольшой батареи один из электромагнитов Генри поднял восемьдесят пять фунтов, а в 1831 году он продемонстрировал магнит, который поднял тридцать шестьсот фунтов.Таким образом, используя маленькую или большую батарею, маленькие или большие железные сердечники, несколько или много катушек проволоки, можно изготавливать электромагниты разной силы.
Генри был также первым, кто заставил электромагнит работать на расстоянии и показал нам, как его можно использовать. Рассказывая об этом, он говорит: «Я устроил вокруг одной из верхних комнат Академии Олбани провод длиной более мили, по которому я мог подавать сигналы, звоня в колокол». Этот первый электрический звонок состоял из постоянного магнита длиной около десяти дюймов, поддерживаемого на стержне и помещенного одним концом между двумя полюсами электрического магнита.Когда ток пропускался через электромагнит, стержневой магнит раскачивался и ударял в колокол.

Сейчас используются миллионы маленьких электромагнитов. В связи с электрической батареей они звонят в наши дверные звонки, звуковые сигналы тревоги, сигналы движения и тому подобное.

вопросов и ответов — Почему (подробно) чем больше катушек вы добавляете к электромагниту, тем сильнее его магнитное поле?

Почему (подробно), чем больше катушек вы добавляете к электромагниту, тем сильнее его магнитное поле?

Если я углублюсь в детали, я скоро достигну точки, когда не смогу делать математические вычисления! Но ответ на ваш вопрос проще, чем вы думаете.Во-первых, представьте себе прямой кусок проволоки, из которого сделан ваш магнит, до того, как он свернут в катушки. Теперь, если вы пропустите через него ток, это будет магнит? Ответ: «Да». Это потому, что (повторяйте за мной): любой движущийся электрический заряд создает магнитное поле. Линии магнитного поля проходят концентрическими кругами вокруг провода («направление» поля следует «правилу правой руки»). Вы можете убедиться в этом, подсоединив кусок провода к небольшой батарее и поместив рядом с ним компас.Величину магнитного поля, создаваемого проводом, можно вычислить, если вам известна длина провода и сила тока. Теперь, если вы намотаете этот провод на сердечник (предположим, что у вас есть прямой «соленоидный» магнит), вы измените направление силовых линий (а также «сконцентрируете» их в меньшем размере). Допустим, вы используете 2 см проволоки на каждый виток. В зависимости от толщины проволоки вы можете получить метр проволоки, намотанный в один слой вдоль жилы длиной всего несколько сантиметров.С каждым поворотом вы добавляете магнитную силу, соответствующую 2-сантиметровой длине прямого провода. И вы скручиваете его так, чтобы силовые линии магнитного поля были параллельны и указывали в одном направлении. Вы можете добавить больше катушек поверх первого ряда, и это только повысит напряженность поля. Говоря техническим языком, каждая катушка с проволокой увеличивает «плотность магнитного потока» (силу) вашего магнита. Магнитное поле снаружи катушки напоминает стержневой магнит. Опять же, для определения северного полюса можно применить правило правой руки: если вы держите катушку в правой руке, а ток течет в направлении, указанном вашими пальцами, северный полюс — это конец, где находится ваш большой палец.

Автор:

Кейт Велч, Radialogical Controls Group (Другие ответы Кейт Велч)

Создайте электромагнит — Science NetLinks

Введение

Если вы когда-либо играли с действительно мощным магнитом, вы, вероятно, заметили одну проблему. Вы должны быть довольно сильными, чтобы снова разделить магниты! Сегодня у нас есть много применений для мощных магнитов, но они не принесли бы нам никакой пользы, если бы мы не могли заставить их высвобождать объекты, которые они притягивают.В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед обнаружил связь между электричеством и магнетизмом. Благодаря Эрстеду и некоторым другим, используя электричество, мы теперь можем делать огромные магниты. Мы также можем заставить их освободить свои объекты.

Электричество и магнетизм тесно связаны. Движение электронов вызывает оба, и каждый электрический ток имеет собственное магнитное поле. Эта магнитная сила в электричестве может быть использована для создания мощных электромагнитов, которые можно включать и выключать одним щелчком переключателя.Но как сделать электромагнит?

Просто намотав провод, по которому проходит электрический ток, вокруг гвоздя, можно сделать электромагнит. Когда электрический ток движется по проводу, он создает магнитное поле. Если вы намотаете провод по кругу, это усилит магнитную силу, но все равно будет довольно слабой. Помещение куска железа или стали внутри катушки делает магнит достаточно сильным, чтобы притягивать предметы. Силу электромагнита можно увеличить, увеличив количество витков проволоки вокруг железного сердечника и увеличив ток или напряжение.

Вы можете сделать временный магнит, поглаживая кусок железа или стали (например, иглу) вдоль постоянного магнита. Есть еще один способ изготовления временного магнита с помощью электричества, называемый электромагнитом. Давайте построим!

Вам понадобится:

• Стальной или железный болт
• 24 дюйма изолированного провода
• 2 батареи типа D с держателями
• Зажимы «крокодил» или лента для удержания проводов вместе
• Скрепки или другие магнитные предметы
• Журнал или газета для заметок и ответов на вопросы

Направление:

1.Оберните проволоку плотной ровной спиралью вокруг болта. Оставьте 3 или 4 дюйма проволоки свободными с каждого конца. Продолжайте наматывать проволоку, пока не дойдете до конца болта. На всем пути вверх и вниз по болту может быть до 3 или 4 слоев проволоки. Ваш электромагнит должен выглядеть примерно так:

2. Присоедините один конец провода к положительному (+) концу одной из батарей. Присоедините другой конец провода к отрицательному концу (-) аккумуляторной батареи.

3. Попробуйте подобрать электромагнитом одну из скрепок.Что случилось? Теперь отсоедините один из проводов от аккумулятора. Подхватит ли теперь ваш электромагнит скрепку? Что нужно для протекания через проволоку, чтобы железный болт действовал как магнит?

4. Сколько скрепок вмещает ваш электромагнит? Можно ли повесить зажимы на оба конца болта? Почему?

5. Как сделать электромагнит сильнее? Попробуйте добавить в аккумулятор больше батарей. Убедитесь, что все батареи «обращены» в цепи в одном направлении. Теперь, сколько скрепок будет вмещать ваш электромагнит?

6.Как на силу электромагнита влияет увеличение количества электричества, проходящего через провод?

7. После использования электромагнита удалите железный гвоздь или болт. Может ли гвоздь подбирать вещи? Сколько скрепок или скрепок он может уловить? Попробуйте пару раз уронить гвоздь или болт на пол. Как это повлияет на то, сможете ли вы взять в руки скрепки или скобы? Сколько скрепок или скрепок может поднять гвоздь или болт после падения?

Обязательно отсоединяйте электромагнит, когда он не используется.Если оставить провода подключенными, аккумулятор разрядится.

Электромагниты — Какие факторы влияют на силу электромагнита? — GCSE Science

Выдержки из этого документа …

Манал Джавед 08/11/2008

Магнит, состоящий по существу из катушки изолированного провода, намотанной на сердечник из мягкого железа, который намагничивается только тогда, когда через провод течет ток.

Какие факторы влияют на силу электромагнита?

Цель:

Изучить факторы, влияющие на силу электромагнита. (Привлечение скрепок)

Введение

В этой курсовой работе я буду исследовать факторы, влияющие на силу электромагнита.

Основными факторами, влияющими на силу электромагнита, являются:

• Количество витков на катушке провода вокруг сердечника
• Сила приложенного тока
• Материал катушки

В этой курсовой работе я выбрали для исследования:

• Как изменение количества витков на катушке повлияет на силу электромагнита?

• Как применение разного тока повлияет на силу электромагнита?

Чтобы сделать это аффективно, я проведу серию возможных экспериментов, а затем буду использовать результаты, делающие возможными гипотезы, которые я буду исследовать дальше, используя соответствующие научные знания.

Базовые знания

Магнит — это объект, вокруг которого действует магнитное поле. Он заставляет такие материалы, как железо, сталь и никель, притягиваться к нему.

Электроны ведут себя как крошечные магниты, потому что, когда они вращаются в одном направлении, создается магнитное поле. Размещение компаса рядом с проводом постоянного тока может показать, что создается магнитное поле; из-за движения электронов по проводу.

Катушка с проволокой действует как стержневой магнит, когда через нее протекает электрический ток, она становится электромагнитом.Все магнитные поля, которые мы можем создать, являются результатом движущихся зарядов. Электромагниты создают поля за счет больших токов в проводках, которые мы делаем. Постоянные магниты создают поля за счет ориентации электронных орбит и спинов атомов в магните.

… подробнее.

Запишите количество поднятых бумажных губ. Повторите каждый эксперимент трижды с разным числом оборотов на сердечнике каждый раз, чтобы получить среднее значение.

Схема 1, показывающая положение установки для эксперимента.

Эксперимент 2: Как подача другого тока повлияет на силу электромагнита?

Необходимое оборудование

• Блок питания
• Несколько скрепок
• Внутренняя часть тканевого ролика
• Измеритель изолированного провода (для намотки)
• Амперметр
• Соединительный провод
• Железный стержень

Процедура эксперимента

1. Возьмите проволоку и оберните ее вокруг сердечника ткани, образуя катушку.Убедитесь, что на каждом конце осталось два дюйма размотанной проволоки.
2. Убедитесь, что провода плотно намотаны и плотно прилегают друг к другу.
3. Подключите блок питания двумя концами проводов.
4. Подключите переменный резистор к блоку питания.
5. Подключите амперметр последовательно.
6. Соединить электромагнит с амперметром.
7. Подключите электромагнит обратно к блоку питания, чтобы замкнуть электрическую цепь.
8. Используется резистор для изменения тока до желаемого значения.
9. Убедитесь, что это значение отображается на амперметре.
10. Используя сердечник электромагнита, попробуйте подобрать скрепки.
11. Запишите количество взятых скрепок.
12. Повторите каждый эксперимент трижды с разными значениями тока, чтобы получить средний результат.

Диаграмма 2, показывающая положение аппарата для второго эксперимента

Меры безопасности

Безопасность необходима во время любого типа проводимого эксперимента.Эксперимент, который я провел, включал в себя работу с электричеством, поэтому принятие мер безопасности было важной частью эксперимента:

• Убедитесь, что рядом с любым электрическим прибором нет оголенной изоляции или воды, чтобы предотвратить поражение электрическим током.
• Убедитесь, что в цепь не подается слишком большой ток, так как больший ток может сделать провод слишком горячим и вызвать опасность пожара.
• При проведении эксперимента убедитесь, что вокруг оборудования нет воды и что рука не мокрая.
• Не трогайте реостат / переменный резистор, так как он может нагреваться.

… подробнее.

Если бы я изменил свой эксперимент, я бы попытался использовать железные пломбы вместо скрепок, чтобы посмотреть, дадут ли они мне более точные и надежные результаты. Утюги для наполнения подходят, потому что они будут более точными по весу, чем меньше. Я бы также использовал лучший блок питания, который может превышать 5 ампер.Это помогло бы мне получить больше результатов и больший график, чтобы увидеть, продолжается ли моя прямая линия. У меня также была бы катушка побольше, чтобы иметь возможность привлекать больше скрепок, чтобы у нее также было больше витков на катушке и притягивалось больше скрепок, что снова увеличило бы мои результаты.

Чтобы повысить надежность своих результатов, я бы использовал свежие скрепки после каждого теста, потому что я считаю, что скрепки, которые уже использовались в эксперименте, все еще несут магнитный заряд, который может исказить результаты.

Я мог бы продолжить работу, связанную с этим расследованием. Я также мог исследовать материал катушки, который является еще одним фактором, влияющим на силу электромагнита. Я мог исследовать это, помещая различные материалы, такие как железо, медь и сталь, внутрь сердечника электромагнита, я бы поддерживал постоянный ток и количество витков. Прочность будет проверяться количеством привлеченных скрепок. Доказательство, которого я должен добиться, заключается в том, что когда ток увеличивается в материале с меньшим сопротивлением, сила электромагнита также увеличивается.

В целом мне понравилось исследовать аспекты электромагнита. Мне удается доказать свою гипотезу своими результатами, полученными в ходе эксперимента.

Физические исследования: Электромагниты

… подробнее.

Эта письменная работа студента — одна из многих, которые можно найти в нашем разделе GCSE «Электричество и магнетизм».

Создание электромагнита — Задание

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Студенческие отряды исследуют свойства электромагнитов.Они создают свои собственные небольшие электромагниты и экспериментируют со способами изменения силы, чтобы взять больше скрепок. Студенты узнают о том, как инженеры используют электромагниты в повседневной жизни.
Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры проектируют электромагниты, являющиеся основной частью двигателей. Электромагнитные двигатели — большая часть повседневной жизни, а также промышленности и фабрик.Мы можем даже не осознавать, что ежедневно взаимодействуем с электромагнитами, поскольку используем самые разные двигатели, чтобы облегчить себе жизнь. Обычные устройства, в которых используются электромагнитные двигатели: холодильники, сушилки для одежды, стиральные машины, посудомоечные машины, пылесосы, швейные машины, мусорные баки, дверные звонки, компьютеры, компьютерные принтеры, часы, вентиляторы, автомобильные стартеры, двигатели стеклоочистителей, электрические зубные щетки, электрические бритвы. , консервные ножи, колонки, музыкальные или магнитофонные проигрыватели и т. д.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Сообщите, что электрический ток создает магнитное поле.
• Опишите, как устроен электромагнит.
• Исследуйте способы изменения силы электромагнита.
• Перечислите несколько элементов, разработанных инженерами с использованием электромагнитов.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты технологии, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект Д2Л (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Общие основные государственные стандарты — математика

• Представляйте и интерпретируйте данные.
  (Оценка
  4)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Представляйте реальный мир и математические проблемы, отображая точки в первом квадранте координатной плоскости, и интерпретируйте значения координат точек в контексте ситуации.(Оценка
  5)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Графические точки на координатной плоскости для решения реальных и математических задач.(Оценка
  5)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки
  К —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Материалы обладают множеством разных свойств.(Оценки
  3 —
  5)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Энергия бывает разных форм.(Оценки
  3 —
  5)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

• гвоздь, 3 дюйма (7.6 см) или длиннее (из цинка, железа или стали, но не из алюминия)
• Изолированный медный провод 2 фута (0,6 м) (не менее AWG 22 или выше)
• D-элементный аккумулятор
• несколько металлических скрепок, кнопок или булавок
• широкая резинка
• Сборка электромагнита Рабочий лист

Для каждой станции электромагнитного поля:

• трубка для туалетной бумаги картонная
• Изолированный медный провод (не менее AWG 22 или выше), несколько футов (1 м)
• картон (~ 5 x 5 дюймов или 13 x 13 см)
• прищепки или зажимы (по желанию)
• малярная лента
• резинка
• 2-3 батареи типа D
• Аккумулятор 9 В (вольт)
• несколько металлических скрепок, кнопок и / или булавок
• дополнительные батареи, при наличии: 6 В, 12 В, фонарные батареи
• (опция) изолента
• 2 малых компаса для спортивного ориентирования

На долю всего класса:

• кусачки
• Инструмент для зачистки проводов

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_mag_lesson2_activity1] для печати или загрузки.

Больше подобной программы

Две стороны одной силы

Студенты узнают больше о магнетизме и о том, как магнетизм и электричество связаны в электромагнитах. Они изучают основы работы простых электродвигателей и электромагнитов. Студенты также узнают о гибридных бензиново-электрических автомобилях и их преимуществах перед обычным бензиновым двигателем…

Изменение полей

Учащиеся индуцируют ЭДС в катушке с проволокой с помощью магнитных полей. Студенты рассматривают кросс-произведение относительно магнитной силы и вводят магнитный поток, закон индукции Фарадея, закон Ленца, вихревые токи, ЭДС движения и индуцированную ЭДС.

Электрические и магнитные личности мистера Максвелла

Студенты кратко знакомятся с уравнениями Максвелла и их значением для явлений, связанных с электричеством и магнетизмом. Рассмотрены и усилены основные понятия, такие как ток, электричество и силовые линии.Благодаря множеству тем и заданий учащиеся видят, как электричество и магнит …

Магнитная личность

Студенты изучают свойства магнитов и то, как инженеры используют магниты в технике. В частности, студенты узнают о хранении на магнитной памяти, которое представляет собой чтение и запись информации данных с помощью магнитов, таких как жесткие диски компьютеров, zip-диски и флэш-накопители.

Предварительные знания

Некоторое знание магнитных сил (полюсов, сил притяжения). Для получения информации об электромагнитах см. Модуль «Магнетизм», Урок 2: Две стороны одной силы .

Введение / Мотивация

Сегодня мы поговорим об электромагнитах и ​​создадим собственные электромагниты! Во-первых, может ли кто-нибудь сказать мне, что такое электромагнит? (Слушайте идеи студентов.Название электромагнита помогает нам понять, что это такое. (Напишите слово «электромагнит» на классной доске, чтобы учащиеся увидели его.) Давайте разберемся с ним. Первая часть слова, электро, , звучит как электричество. Вторая часть слова, магнит , звучит так — магнит! Итак, электромагнит — это магнит, который создается электричеством.

Сегодня действительно важно помнить, что электричество может создать магнитное поле . Это может показаться странным, потому что мы привыкли к магнитным полям, исходящим только от магнитов, но это действительно правда! Провод, по которому проходит электрический ток , создает магнитное поле. Фактически, простейший электромагнит представляет собой одиночный свернутый в спираль провод, по которому проходит электрический ток. Магнитное поле, создаваемое катушкой с проволокой, похоже на обычный стержневой магнит. Если мы поместим железный (или никелевый, кобальтовый и т. Д.) Стержень (возможно, гвоздь) через центр катушки (см. Рисунок 1), стержень станет магнитом, создавая магнитное поле.Где взять электричество для электромагнита? Что ж, мы можем получить это электричество несколькими способами, например, от батареи или от розетки.

Мы можем усилить это магнитное поле, увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или мы можем увеличить количество витков проводов в катушке электромагнита. Как вы думаете, что произойдет, если мы сделаем и то, и другое? Верно! Наш магнит будет еще сильнее!

Инженеры используют электромагниты при проектировании и производстве двигателей .Двигатели используются вокруг нас каждый день, поэтому мы постоянно взаимодействуем с электромагнитами, даже не осознавая этого! Вы можете вспомнить какие-нибудь двигатели, которые вы использовали? (Возможные ответы: стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, вывоз мусора, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], проигрыватель цифровых видеодисков [DVD], видеомагнитофон, компьютер, электрическая бритва. , электрическая игрушка [радиоуправляемые машины, движущиеся куклы] и т. д.)

Процедура

Перед мероприятием

• Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа по сборке электромагнита.
• Установите достаточное количество станций электромагнитного поля для размещения команд по два студента в каждой.
• В качестве альтернативы, проведите обе части задания в виде демонстрации класса под руководством учителя.

Рис. 2. Установка для станции электромагнитного поля. Авторское право

Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

• Подготовка к работе со станциями электромагнитного поля: Оберните проволоку вокруг картонной трубки от туалетной бумаги 12-15 раз, чтобы получилась проволочная петля.Оставьте два длинных конца проволоки свисающими с катушки. Проделайте четыре дырочки в картоне. Проденьте концы проводов через картонные отверстия так, чтобы трубка и катушка картонной платы были прикреплены к картону (см. Рисунок 2). Используйте прищепки, зажимы или скотч, чтобы прикрепить картон к столу или письменному столу. Используя малярную ленту или резинку, подсоедините один конец провода катушки к любой батарее, оставив другой конец провода неподключенным к батарее. Прикрепите к станции булавки, скрепки или кнопки. Также установите любые другие доступные запасные батареи (6 В, 12 В и т. Д.).) и два маленьких компаса для ориентирования на этой станции.
• Подготовка к созданию электромагнита: Для этой части задания либо установите материалы на станции, либо раздайте их парам учеников, чтобы они поработали за их партами.
• Отложите несколько дополнительных батарей, чтобы студенты могли проверить свои собственные электромагниты. Сюда могут входить 9-вольтовые батареи. Вы можете установить батарею 3 В, подключив 2 D-элемента последовательно, или батарею 4,5 В, подключив 3 D-элемента последовательно.
• Отрежьте по одному куску проволоки длиной 2 фута (0,6 м) для каждой команды. С помощью приспособлений для зачистки проводов удалите примерно 1,3 см изоляции с обоих концов каждого куска провода.

Со студентами: Станции электромагнитного поля

1. Разделите класс на пары учеников. Раздайте по одному рабочему листу каждой команде.
2. При работе с настройкой перед занятием (см. Рисунок 2), в которой один конец спирального провода прикреплен к одному концу батареи, попросите учащихся подсоединить другой конец провода к другому концу батареи с помощью ленты или резинка.
3. Чтобы определить местонахождение магнитного поля электромагнита, попросите учащихся переместить компас по кругу вокруг электромагнита, обращая внимание на направление, которое указывает компас (см. Рисунок 3). Предложите учащимся нарисовать батарею, катушку и магнитное поле на своих рабочих листах. Используйте стрелки, чтобы показать магнитное поле. Пометьте положительный и отрицательный полюса батареи и полюса магнитного поля. Что произойдет, если вы повесите скрепку на другую скрепку рядом с катушкой (см. Рисунок 3)? (Ответ: свисающая скрепка движется, меняет направление и / или качается.)

Рис. 3. Эксперименты с магнитным полем электромагнита. Авторское право

Copyright © 2006 Минди Зарске, программа ITL, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

4. Затем поменяйте местами подключение электромагнита, поменяв оба конца провода на противоположные концы батареи. (Когда направление тока в катушке или в электромагните меняется на противоположное, магнитные полюса меняются местами — северный полюс становится южным полюсом, а южный полюс становится северным полюсом.) Используйте компас, чтобы проверить направление магнитного поля. Сделайте второй рисунок. Снова повесьте скрепку возле катушки. Что случилось? (Ответ: опять же, свисающая скрепка движется, меняет направление и / или качается.)
5. Отсоедините хотя бы один конец провода от аккумулятора для экономии заряда аккумулятора.
6. Если позволяет время, используйте другие батареи и наблюдайте за изменениями. Более высокое напряжение означает больший ток, а чем больше ток, тем сильнее электромагнит.

Со студентами: создание электромагнита

1. Убедитесь, что у каждой пары учащихся есть следующие материалы: 1 гвоздь, 2 фута (0,6 м) изолированного провода, 1 батарея типа D, несколько скрепок (или кнопок или булавок) и резинка.
2. Оберните проволоку вокруг гвоздя не менее 20 раз (см. Рисунок 4). Убедитесь, что ученики плотно накручивают ногти, не оставляя зазоров между проволоками и не перекрывая накладки.
3. Дайте учащимся несколько минут, чтобы посмотреть, смогут ли они самостоятельно создать электромагнит, прежде чем давать им остальные инструкции.
4. Чтобы продолжить изготовление электромагнита, подсоедините концы спирального провода к каждому концу батареи, используя резиновую ленту, чтобы удерживать провода на месте (см. Рисунок 4).

Рис. 4. Установка для изготовления электромагнита с использованием батареи, провода и гвоздя. Авторское право

Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

5. Проверьте силу электромагнита, посмотрев, сколько скрепок он может поднять.
6. Запишите количество скрепок на листе.
7. Отсоединить провод от АКБ после проверки электромагнита. Может ли электромагнит подхватить скрепки при отключенном токе? (Ответ: нет)
8. Проверить, как изменение конструкции электромагнита влияет на его прочность. Две переменные, которые необходимо изменить, — это количество витков вокруг гвоздя и ток в витой проволоке, используя другой размер или количество батарей. Для экономии заряда аккумулятора не забывайте отключать провод от аккумулятора после каждого теста.
9. Заполните рабочий лист; составить список способов использования электромагнитов инженерами.
10. В заключение проведите обсуждение в классе. Сравните результаты команд. Задайте студентам вопросы для обсуждения инженерной мысли после оценивания, представленные в разделе «Оценка».

Словарь / Определения

Батарея: элемент, несущий заряд, способный питать электрический ток.

ток: поток электронов.

Электромагнит: магнит, сделанный из изолированного провода, намотанного на железный сердечник (или любой магнитный материал, такой как железо, сталь, никель, кобальт), через который проходит электрический ток для создания магнетизма. Электрический ток намагничивает материал сердечника.

электромагнетизм: магнетизм, созданный электрическим током.

инженер: человек, который применяет свое понимание науки и математики для создания вещей на благо человечества и нашей планеты.Это включает в себя проектирование, производство и эксплуатацию эффективных и экономичных конструкций, машин, продуктов, процессов и систем.

магнит: объект, создающий магнитное поле.

магнитное поле: пространство вокруг магнита, в котором присутствует магнитная сила магнита.

двигатель: электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

постоянный магнит: объект, который сам генерирует магнитное поле (без помощи тока).

соленоид: катушка с проводом.

Оценка

Предварительная оценка деятельности

Предсказание : попросите учащихся предсказать, что произойдет, когда проволока намотана на гвоздь и добавлено электричество. Запишите их прогнозы на классной доске.

Мозговой штурм : В небольших группах предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении. Напомните им, что никакая идея или предложение не «глупо».»Все идеи следует с уважением выслушать. Спросите студентов: что такое электромагнит?

Оценка деятельности

Рабочий лист : В начале упражнения раздайте Рабочий лист «Создание электромагнита». Попросите учащихся сделать рисунки, записать измерения и следить за действиями на своих рабочих листах. После того, как учащиеся завершат работу с рабочим листом, предложите им сравнить ответы со сверстниками или другой парой, давая всем учащимся время на то, чтобы закончить. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Гипотеза : Пока ученики делают свой электромагнит, спросите каждую группу, что произойдет, если они изменят размер своей батареи. Как насчет большего количества витков проволоки вокруг гвоздя? (Ответ: Электромагнит можно сделать сильнее двумя способами: увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или увеличив количество витков проволоки в катушке электромагнита.)

Оценка после работы

Технические вопросы для обсуждения : запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.

• Как инженер может модифицировать электромагнит, чтобы изменить силу его магнитного поля? Какие модификации могут быть самыми простыми или дешевыми? (Возможные ответы: увеличение количества катушек, используемых в соленоиде [электромагните], вероятно, является наименее дорогим и простым способом увеличить силу электромагнита. Или инженер может увеличить ток в электромагните. Или инженер может использовать металлический сердечник, который легче намагничивается.)
• Как инженеры могут использовать электромагниты для разделения перерабатываемых материалов? (Ответ: Некоторые металлы в куче для утилизации или переработки притягиваются к магниту и могут быть легко отделены.Цветные металлы должны проходить через двухэтапный процесс, в котором к металлу прикладывается напряжение, чтобы временно вызвать в нем ток, который временно намагничивает металл, так что он притягивается к электромагниту для отделения от неметаллов.)
• Каким образом инженеры могут использовать электромагниты? (Возможные ответы: инженеры используют электромагниты в конструкции двигателей. Примеры см. В возможных ответах на следующий вопрос.)
• Как электромагниты используются в повседневной жизни? (Возможные ответы: двигатели используются вокруг нас каждый день, например, холодильник, стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, мусоропровод, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], цифровой видеодиск. [DVD]-плеер, кассетный видеомагнитофон, компьютер, электробритва, электрическая игрушка [радиоуправляемые автомобили, движущиеся куклы] и т. Д.)

Построение графиков : Представьте классу следующие задачи и попросите студентов построить график своих результатов (или результатов всего класса). Обсудите, какие переменные привели к большему изменению силы электромагнита.

• Создайте график, показывающий, как изменилась сила электромагнита, когда вы изменили количество витков проволоки в вашем электромагните.
• Постройте график, показывающий, как сила вашего электромагнита изменялась при изменении тока (при изменении размера батареи).

Вопросы безопасности

Электромагнит может сильно нагреваться, особенно на клеммах, поэтому попросите учащихся отключать батареи через частые промежутки времени.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Высокая плотность покрытия ногтей важна для создания магнитного поля. Если обернутые гвозди не действуют как магниты, проверьте обертки катушек учащихся, чтобы убедиться, что они не перекрещиваются, и что обертки плотно затянуты.Кроме того, используйте тонкую проволоку, чтобы обеспечить большее количество витков по длине гвоздя.

Железные гвозди работают лучше, чем болты, поскольку резьба болта не позволяет гладко наматывать медную проволоку, что может нарушить магнитное поле.

Избегайте использования неполностью заряженных аккумуляторов. Частично разряженные батареи не вызывают сильной и заметной магнитной реакции.

Если электромагниты становятся слишком горячими, попросите учащихся обращаться с ними в резиновых кухонных перчатках.

Расширения деятельности

Другой способ изменить ток в электромагните — использовать провода разного калибра (толщины) или из разных материалов (например: медь vs.алюминий). Попросите учащихся протестировать разные типы проводов, чтобы увидеть, как это влияет на силу электромагнита. В качестве контроля сохраняйте постоянным количество катушек и величину тока (батареи) для всех испытаний проводов. Затем, основываясь на результатах их отдыха, попросите учащихся предположить сопротивление различных проводов.

Масштабирование активности

• Для младших классов попросите учеников следовать инструкциям учителя по созданию простого электромагнита.Обсудите основное определение электромагнита и то, как электромагниты используются в повседневных приложениях.
• Для старших классов попросите учащихся изучить способы изменения силы их электромагнитов, не давая им никаких подсказок или подсказок. Попросите учащихся изобразить данные своего рабочего листа в зависимости от количества катушек и / или размера батареи в их электромагните.

Авторские права

© 2004 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Ксочитл Замора Томпсон; Джо Фридрихсен; Эбигейл Уотрус; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 № 0338326).