เกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก โซลินอยด์ และแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กไม่ได้เกิดจากธรรมชาติหรือประดิษฐ์ขึ้นเท่านั้น แม่เหล็กถาวรแต่ยังเป็นตัวนำหากมีกระแสไฟฟ้าผ่าน ดังนั้นจึงมีการเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กและทางไฟฟ้า

ไม่ใช่เรื่องยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าเกิดสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดที่กระแสไหลผ่าน วางลวดตรงเหนือเข็มแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ได้ขนานกับมันแล้วส่งกระแสไฟฟ้าผ่าน ลูกศรจะอยู่ในตำแหน่งตั้งฉากกับเส้นลวด

แรงอะไรที่ทำให้เข็มแม่เหล็กหมุนได้? เห็นได้ชัดว่า ความแรงของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นรอบๆ เส้นลวด ปิดเครื่องและเข็มแม่เหล็กจะกลับสู่ตำแหน่งปกติ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเมื่อกระแสถูกปิด สนามแม่เหล็กของเส้นลวดก็จะหายไปเช่นกัน

ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่ผ่านเส้นลวดจะสร้างสนามแม่เหล็ก หากต้องการทราบว่าเข็มแม่เหล็กจะเบี่ยงเบนไปในทิศทางใด ให้ใช้กฎมือขวาหากคุณวางมือขวาบนเส้นลวด ฝ่ามือลงเพื่อให้ทิศทางของกระแสตรงกับทิศทางของนิ้ว นิ้วหัวแม่มือที่งอจะแสดงทิศทางการโก่งตัวของขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็กที่วางอยู่ใต้เส้นลวด . เมื่อใช้กฎนี้และทราบขั้วของลูกศร คุณยังสามารถกำหนดทิศทางของกระแสในเส้นลวดได้อีกด้วย

สนามอัคนีของลวดเส้นตรงมีรูปร่างเป็นวงกลมศูนย์กลาง หากคุณวางมือขวาบนเส้นลวด ฝ่ามือลง เพื่อให้กระแสไหลออกจากนิ้ว นิ้วหัวแม่มือที่งอจะชี้ไปที่ขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็ก สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามแม่เหล็กแบบวงกลม

ทิศทางของเส้นแรงของสนามวงกลมขึ้นอยู่กับ ทิศทางของกระแสไฟฟ้า ในตัวนำและถูกกำหนดโดยกฎ gimbal ที่เรียกว่า หาก gimbal บิดไปทางจิตใจในทิศทางของกระแส ทิศทางการหมุนของด้ามจับจะตรงกับทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กของสนาม การใช้กฎนี้ คุณสามารถค้นหาทิศทางของกระแสในเส้นลวดได้ หากคุณทราบทิศทางของเส้นสนามของสนามที่สร้างขึ้นโดยกระแสนั้น

กลับไปที่การทดลองเข็มแม่เหล็ก คุณสามารถตรวจสอบให้แน่ใจว่าเข็มอยู่ในตำแหน่งเหนือสุดในทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กเสมอ

ดังนั้น สนามแม่เหล็กจึงเกิดขึ้นรอบๆ เส้นลวดตรงที่กระแสไฟฟ้าผ่าน มีรูปร่างเป็นวงกลมศูนย์กลาง เรียกว่า สนามแม่เหล็กรูปวงกลม

พื้นรองเท้า เป็นต้น สนามแม่เหล็กโซลินอยด์

สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบๆ เส้นลวดใดๆ โดยไม่คำนึงถึงรูปร่าง หากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด

V วิศวกรรมไฟฟ้าที่เราจัดการด้วย ขดลวดประเภทต่างๆประกอบด้วยจำนวนรอบในการตรวจสอบสนามแม่เหล็กของขดลวดที่น่าสนใจ ก่อนอื่นให้เราพิจารณาว่าสนามแม่เหล็กของการหมุนหนึ่งรอบมีรูปร่างอย่างไร

ลองนึกภาพขดลวดหนาๆ พาดผ่านแผ่นกระดาษแข็งและเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด จะเกิดสนามแม่เหล็กแบบวงกลมรอบแต่ละส่วนของขดลวด ตามกฎ «gimbal» เป็นการง่ายที่จะตัดสินว่าเส้นสนามแม่เหล็กภายในลูปมีทิศทางเดียวกัน (เข้าหาเราหรือออกห่างจากเรา ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในลูป) และออกจากด้านใดด้านหนึ่ง ของลูปและเข้าจากด้านอื่น ๆ ชุดของขดลวดดังกล่าวในรูปของเกลียวเรียกว่าโซลินอยด์ (ขดลวด)

สนามแม่เหล็กก่อตัวขึ้นรอบๆ โซลินอยด์เมื่อกระแสไหลผ่าน ได้รับจากการเพิ่มสนามแม่เหล็กของแต่ละรอบและมีรูปร่างคล้ายกับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กเส้นตรง เส้นสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ เช่นเดียวกับแม่เหล็กเส้นตรง ปล่อยปลายด้านหนึ่งของโซลินอยด์และกลับไปอีกด้านหนึ่ง ภายในโซลินอยด์มีทิศทางเดียวกัน ดังนั้น ปลายของโซลินอยด์จึงมีขั้ว ปลายที่สายไฟออกไปคือขั้วโลกเหนือของโซลินอยด์ และปลายที่สายไฟเข้าคือขั้วโลกใต้

เสาโซลินอยด์สามารถกำหนดได้โดยกฎมือขวา แต่สำหรับสิ่งนี้ คุณจำเป็นต้องรู้ทิศทางของกระแสที่เลี้ยว หากคุณวางมือขวาบนโซลินอยด์ ฝ่ามือลงเพื่อให้กระแสไหลจากนิ้ว นิ้วหัวแม่มือที่งอจะชี้ไปที่ขั้วเหนือของโซลินอยด์... จากกฎนี้ เป็นไปตามที่ขั้วของโซลินอยด์ขึ้นอยู่กับ ในทิศทางของกระแสในนั้นวิธีนี้ง่ายต่อการตรวจสอบในทางปฏิบัติโดยนำเข็มแม่เหล็กไปที่ขั้วโซลินอยด์ขั้วใดขั้วหนึ่ง แล้วเปลี่ยนทิศทางของกระแสในโซลินอยด์ ลูกศรจะหมุนทันที 180 °นั่นคือแสดงว่าขั้วของโซลินอยด์เปลี่ยนไป

โซลินอยด์มีความสามารถในการดึงปอดวัตถุที่น่าขยะแขยง หากวางแท่งเหล็กไว้ในโซลินอยด์ หลังจากเวลาผ่านไปภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ แท่งจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก วิธีนี้ใช้ในการผลิต แม่เหล็กถาวร.

แม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้า เป็นขดลวด (โซลินอยด์) ที่มีแกนเหล็กอยู่ข้างใน รูปร่างและขนาดของแม่เหล็กไฟฟ้านั้นแตกต่างกัน แต่โครงสร้างทั่วไปของแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดนั้นเหมือนกัน

ขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นโครงที่ทำจากกระดาษอัดหรือไฟเบอร์เป็นส่วนใหญ่ และมีรูปร่างแตกต่างกันขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของแม่เหล็กไฟฟ้า ลวดทองแดงหุ้มฉนวนพันบนเฟรมหลายชั้น - ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า มีจำนวนรอบต่างกันและทำจากเส้นลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของแม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อป้องกันฉนวนของขดลวดจากความเสียหายทางกล ขดลวดจะถูกหุ้มด้วยกระดาษหรือวัสดุฉนวนอื่นๆ อย่างน้อยหนึ่งชั้น นำจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของขดลวดออกมาและต่อเข้ากับขั้วต่อเอาต์พุตที่ยึดอยู่กับโครงหรือสายไฟที่ยืดหยุ่นได้โดยมีหูอยู่ที่ปลาย

ขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าติดตั้งอยู่บนแกนกลางที่ทำจากเหล็กอ่อนอบอ่อนหรือโลหะผสมของเหล็กกับซิลิกอน นิกเกิล ฯลฯ เหล็กนี้มีสารตกค้างน้อยที่สุด อำนาจแม่เหล็ก... แกนส่วนใหญ่มักทำจากแผ่นบาง ๆ หุ้มฉนวนจากกันรูปร่างของแกนอาจแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของแม่เหล็กไฟฟ้า

หากกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้า ก็จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบๆ ขดลวด ซึ่งจะทำให้แกนเป็นแม่เหล็ก เนื่องจากแกนทำจากเหล็กอ่อน จึงกลายเป็นแม่เหล็กทันที หากคุณปิดกระแส คุณสมบัติทางแม่เหล็กของแกนก็จะหายไปอย่างรวดเร็วเช่นกัน และจะเลิกเป็นแม่เหล็ก ขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น โซลินอยด์ ถูกกำหนดโดยกฎมือขวา หากอยู่ในขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าและgmEat ทิศทางปัจจุบันจากนั้นขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนตามไปด้วย

การกระทำของแม่เหล็กไฟฟ้าคล้ายกับแม่เหล็กถาวร อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างคนทั้งสอง แม่เหล็กถาวรเป็นแม่เหล็กเสมอและแม่เหล็กไฟฟ้า - เฉพาะเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด

นอกจากนี้ แรงดึงดูดของแม่เหล็กถาวรจะไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรไม่เปลี่ยนแปลง แรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้าไม่คงที่ แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดเดียวกันสามารถมีแรงดึงดูดต่างกันได้ แรงดึงดูดของแม่เหล็กใด ๆ ขึ้นอยู่กับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็ก

แรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้าตะกอนและฟลักซ์แม่เหล็กขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้านี้ ยิ่งกระแสมากเท่าใด แรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งกระแสในขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้ามีขนาดเล็กลงเท่าใด แรงดึงดูดของวัตถุแม่เหล็กก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

แต่สำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีการออกแบบและขนาดต่างกัน ความแรงของแรงดึงดูดนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสในขดลวดเท่านั้นตัวอย่างเช่น หากเราใช้แม่เหล็กไฟฟ้าสองตัวที่มีอุปกรณ์และขนาดเท่ากัน แต่อันหนึ่งมีจำนวนขดลวดน้อย และอีกอันมีจำนวนที่มากกว่ามาก ก็จะเห็นได้ง่ายว่า ณ กระแสเดียวกัน แรงดึงดูดของ หลังจะยิ่งใหญ่กว่ามาก ยิ่งจำนวนขดลวดมากเท่าไร สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นรอบๆ ขดลวดก็จะยิ่งมากขึ้น ณ กระแสที่กำหนด เนื่องจากมันประกอบด้วยสนามแม่เหล็กของแต่ละรอบ ซึ่งหมายความว่าฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าและดังนั้นแรงดึงดูดจะยิ่งมากขึ้น จำนวนรอบของขดลวดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

มีอีกสาเหตุหนึ่งที่ส่งผลต่อขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้า นี่คือคุณภาพของวงจรแม่เหล็กของมัน วงจรแม่เหล็กเป็นเส้นทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กปิด วงจรแม่เหล็กมีความต้านทานแม่เหล็กบางอย่าง... ความต้านทานแม่เหล็กขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลางที่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่าน ยิ่งการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลางนี้มากเท่าใด ความต้านทานแม่เหล็กก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

เนื่องจากการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัตถุ ferromagnetic (เหล็ก, เหล็กกล้า) นั้นสูงกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กของอากาศหลายเท่า ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์มากกว่าที่จะสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้วงจรแม่เหล็กของพวกมันไม่มีส่วนอากาศ ผลคูณของความแรงของกระแสและจำนวนรอบของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า แรงแม่เหล็ก... แรงแม่เหล็กวัดจากจำนวนรอบแอมแปร์

ตัวอย่างเช่น กระแส 50 mA ไหลผ่านขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้า 1200 รอบ แรงแม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าเท่ากับ 0.05 NS 1200 = 60 แอมแปร์

การกระทำของแรงแม่เหล็กนั้นคล้ายกับการกระทำของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า เช่นเดียวกับที่ EMF เป็นสาเหตุของกระแสไฟฟ้า แรงแม่เหล็กจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กในแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับในวงจรไฟฟ้า เมื่อ EMF เพิ่มขึ้น ค่าของกระแสจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นในวงจรแม่เหล็ก เมื่อแรงเคลื่อนแม่เหล็กเพิ่มขึ้น ฟลักซ์แม่เหล็กก็จะเพิ่มขึ้น

การกระทำของความต้านทานแม่เหล็กคล้ายกับการกระทำของความต้านทานของวงจรไฟฟ้า เช่นเดียวกับเมื่อความต้านทานของวงจรไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะลดลง ดังนั้นในวงจรแม่เหล็ก การเพิ่มขึ้นของความต้านทานแม่เหล็กจะทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กลดลง

การพึ่งพาฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้ากับแรงแม่เหล็กและความต้านทานแม่เหล็กสามารถแสดงได้ด้วยสูตรที่คล้ายกับสูตรของกฎของโอห์ม: แรงแม่เหล็ก = (ฟลักซ์แม่เหล็ก / การฝืน)

ฟลักซ์แม่เหล็กเท่ากับแรงแม่เหล็กหารด้วยความไม่เต็มใจ

จำนวนรอบของขดลวดและความต้านทานแม่เหล็กสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละตัวมีค่าคงที่ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำหนดจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดเท่านั้น เนื่องจากแรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยฟลักซ์แม่เหล็ก เพื่อเพิ่ม (หรือลด) แรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้า จึงจำเป็นต้องเพิ่ม (หรือลด) กระแสในขดลวดตามนั้น

แม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์

แม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์คือการต่อพ่วงระหว่างแม่เหล็กถาวรกับแม่เหล็กไฟฟ้า มันถูกจัดเรียงด้วยวิธีนี้ส่วนต่อขยายที่เรียกว่าเสาเหล็กอ่อนติดอยู่กับขั้วของแม่เหล็กถาวรแต่ละขั้วทำหน้าที่เป็นแกนแม่เหล็กไฟฟ้าวางขดลวดไว้บนขดลวด ขดลวดทั้งสองเชื่อมต่อแบบอนุกรม

เนื่องจากส่วนต่อขยายของขั้วเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วของแม่เหล็กถาวร จึงมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กแม้ไม่มีกระแสไฟฟ้าในขดลวด ในเวลาเดียวกัน แรงดึงดูดของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลงและถูกกำหนดโดยฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร

การกระทำของแม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์คือเมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด แรงดึงดูดของขั้วของมันจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงขึ้นอยู่กับขนาดและทิศทางของกระแสในขดลวด คุณสมบัติของแม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์นี้ขึ้นอยู่กับการกระทำ รีเลย์โพลาไรซ์แม่เหล็กไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ

การกระทำของสนามแม่เหล็กบนตัวนำที่มีกระแส

ถ้าลวดถูกวางในสนามแม่เหล็กเพื่อให้ตั้งฉากกับเส้นสนาม และมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดเส้นนั้น ลวดจะเริ่มเคลื่อนที่และถูกผลักโดยสนามแม่เหล็ก

อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กกับกระแสไฟฟ้า ตัวนำเริ่มเคลื่อนที่ นั่นคือ พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล

แรงที่เส้นลวดถูกขับไล่โดยสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็ก กระแสในเส้นลวด และความยาวของเส้นลวดส่วนที่เส้นแรงตัดผ่าน ทิศทางของการกระทำของแรงนี้คือ ทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในตัวนำและถูกกำหนดโดยกฎมือซ้าย

หากคุณจับฝ่ามือซ้ายของคุณเพื่อให้เส้นสนามแม่เหล็กเข้ามาและนิ้วทั้งสี่ที่ยื่นออกมาจะหันไปในทิศทางของกระแสในตัวนำจากนั้นนิ้วหัวแม่มือที่งอจะระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ ... ในการใช้กฎนี้ คุณต้องจำไว้ว่าเส้นสนามขยายจากขั้วเหนือของแม่เหล็ก