какое преимущество имеют электромагниты перед постоянными магнитами
Самостоятельная работа Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение 8 класс
Самостоятельная работа Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли 8 класс с ответами. Самостоятельная работа представлена в двух вариантах, в каждом варианте по 5 заданий.
Вариант 1
1. Приведите примеры промышленного использования электромагнитов.
2. Какие изменения в свойствах электромагнита произойдут, если внутрь катушки внести железный стержень?
3. На рисунке указаны полюса источника тока, к которому присоединен электромагнит. Какой полюс электромагнита располагается наверху?
4. На рисунке указано положение северного полюса электромагнита. Где располагается положительная клемма источника тока?
5. Почему северный полюс магнитной стрелки показывает на север?
Вариант 2
1. Какое преимущество имеют электромагниты перед постоянными магнитами?
2. Как изменятся магнитные свойства катушки с током, если в ней увеличить силу тока?
3. На рисунке указаны полюса источника тока, к которому присоединен электромагнит. Какой полюс электромагнита располагается справа?
4. На рисунке указано положение южного полюса электромагнита. Где располагается положительная клемма источника тока?
5. Что является основной частью компаса? В каких районах Земли магнитная стрелка ведет себя «странно»?
Ответы на самостоятельную работу Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли 8 класс
Вариант 1
1. Для сортировки деталей, магнитные держатели, в звуковых устройствах, например, в звукоснимателе, магнитные сепараторы для зерна.
2. Электромагнитные свойства усилятся.
3. Южный полюс.
4. Положительная клемма расположена снизу.
5. Максимальное количество магнитных зарядов Земли находятся на Северном и Южном магнитных полюсах (не совпадающих с полюсами географической зоны). Стрелка поворачивается к противоположным магнитным зарядам Земли и всегда показывает на Север.
Вариант 2
1. Электромагниты обладают свойства притягивать объекты тогда, когда нам это необходимо. Начинает течь ток и магнит работает. Можно менять вектор магнитной индукции, изменяя величину силы тока, или его направления.
2. Магнитные свойства катушки увеличатся.
3. Южный полюс
4. Положительная клемма расположена сверху.
5. Магнитная стрелка, является основной частью компаса. Странно стрелка будет вести себя на экваторе. Также странно будет вести себя в местах магнитной аномалии, чаще всего там располагаются большие залежи железной руды.
Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока
Сравним электромагниты переменного тока с электромагнитами постоянного тока. Такое сравнение даст возможность определить целесообразные области применения каждой из этих разновидностей электромагнитов.
Сила тяги электромагнитов
При заданной площади сечения полюсов, образующих рабочий воздушный зазор, средняя величина силы в электромагните переменного тока будет вдвое меньше силы в электромагните постоянного тока. Это относится в равной степени как к однофазной, так и к многофазным системам. Иными словами, использование стали в электромагните переменного тока по крайней мере в 2 раза хуже, чем в электромагните постоянного тока.
При заданных силе тяги и ходе якоря электромагнит переменного тока получается значительно большей массы, чем электромагнит постоянного тока, так как необходимо взять по крайней мере вдвое больше стали и существенно увеличить объем меди из-за того, что требуется иметь определенную величину мощности.
Необходимый минимум реактивной мощности. Потребляемая электромагнитом переменного тока в момент его включения реактивная мощность однозначно связана с величиной механической работы, которую требуется получить от этого электромагнита, и не может быть снижена путем увеличения его размеров. В электромагнитах постоянного тока такой связи нет, и если не касаться вопроса скорости действия, то потребляемая мощность может быть уменьшена соответствующим увеличением размеров.
Электромагниты переменного тока принципиально более быстродействующие, чем электромагниты постоянного тока обычной конструкции. Это объясняется тем, что электромагнитная постоянная времени у них обычно соизмерима с величиной одного периода переменного тока, а э. д. с. самоиндукции, возникающая при движении якоря, значительно ниже приложенного напряжения.
В электромагнитах постоянного тока время срабатывания может быть уменьшено путем специальных мер, сводящихся к снижению отношения напряжения самоиндукции к приложенному напряжению, уменьшению вихревых токов и т. д. Все это в конечном счете приводит к увеличению потребления электроэнергии, однако, как правило, при одинаковой производимой работе и равных временах срабатывания электромагнит постоянного тока обычно имеет меньшее потребление энергии, чем электромагнит переменного тока.
Влияние вихревых токов
Из-за необходимости предотвратить возникновение чрезмерных потерь от вихревых токов магнитопроводы электромагнитов переменного тока приходится выполнять шихтованными или разрезными, в то время как на постоянном токе это требуется только для быстродействующих электромагнитов.
Такое исполнение магнитопровода приводит к ухудшению заполнения объема сталью, а также предопределяет призматическую форму частей магнитопровода. Последнее вызывает увеличение длины среднего витка обмотки и приводит к некоторым конструктивным и технологическим недостаткам.
Потери на вихревые токи, а также на перемагничивание приводит к увеличению нагрева электромагнита. В электромагнитах постоянного тока все перечисленные выше ограничения отпадают.
Области применения электромагнитов постоянного и переменного тока
В обычных стационарных промышленных установках, питающихся от сети переменного тока (частотой 50 Гц) достаточной мощности, многие из приведенных выше отрицательных моментов не являются препятствием для применения электромагнитов переменного тока.
Большее потребление реактивной мощности в начале хода существенно не отразится на других потребителях. Если в конце хода якоря электромагнита воздушные зазоры незначительны, потребляемая реактивная мощность при притянутом якоре будет невелика.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Основное преимущество электромагнита перед постоянным магнитом состоит в том, что магнитное поле можно быстро изменить, контролируя величину электрического тока в обмотке. Однако, в отличие от постоянного магнита, которому не требуется питание, электромагнит требует непрерывной подачи тока для поддержания магнитного поля.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Датский ученый Ганс Кристиан Эрстед в 1820 году обнаружил, что электрические токи создают магнитные поля. Британский ученый Уильям Стерджен изобрел электромагнит в 1824 году. Его первым электромагнитом был кусок железа в форме подковы, на который было намотано около 18 витков голого медного провода ( изолированного провода еще не существовало). Утюг был покрыт лаком, чтобы изолировать его от обмоток. Когда через катушку пропускали ток, железо намагничивалось и притягивало другие куски железа; когда ток был остановлен, он потерял намагниченность. Sturgeon продемонстрировал свою мощь, показав, что, хотя он весил всего семь унций (примерно 200 граммов), он мог поднять девять фунтов (примерно 4 кг) при подаче тока от одноэлементного источника питания. Однако магниты Стерджена были слабыми, потому что неизолированный провод, который он использовал, можно было намотать только одним слоем вокруг сердечника, ограничивая количество витков.
Применение электромагнитов
Электромагниты очень широко используются в электрических и электромеханических устройствах, в том числе:
Простой соленоид
Обычный тяговый электромагнит представляет собой соленоид и плунжер с равномерной обмоткой. Соленоид представляет собой катушку из проволоки, а поршень изготовлен из такого материала, как мягкое железо. Подача тока на соленоид прикладывает силу к плунжеру и может заставить его двигаться. Плунжер перестает двигаться, когда силы, действующие на него, уравновешиваются. Например, силы уравновешиваются, когда плунжер центрируется в соленоиде.
Максимальное равномерное усилие достигается, когда один конец плунжера находится в середине соленоида. Приближение силы F :
Максимальное усилие увеличивается, когда в соленоид вставлен магнитный упор. Упор становится магнитом, притягивающим поршень; он немного увеличивает тягу соленоида, когда плунжер находится далеко, но значительно увеличивает тягу, когда они закрыты. Приближение тяги P :
п знак равно А п я [ ( п я / л а 2 C 1 2 ) + ( C / л ) ] знак равно ( А п 2 я 2 / л а 2 C 1 2 ) + ( C А п я / л ) <\ displaystyle P = AnI [(nI / l _ <\ mathrm > ^ <2>C_ <1>^ <2>) + (C / l)] = (An ^ <2>I ^ <2>/ l _ <\ mathrm > ^ <2>C_ <1>^ <2>) + (CAnI / l)> 
Физика
Закон Ампера
Определения переменных ниже см. В рамке в конце статьи.
Магнитное поле электромагнитов в общем случае задается законом Ампера :
Магнитный сердечник
Материал магнитопровода (часто из железа или стали) состоит из небольших областей, называемых магнитными доменами, которые действуют как крошечные магниты (см. Ферромагнетизм ). До включения тока в электромагните домены в железном сердечнике указывают в случайных направлениях, поэтому их крошечные магнитные поля нейтрализуют друг друга, и у железа нет крупномасштабного магнитного поля. Когда через провод, обернутый вокруг утюга, проходит ток, его магнитное поле проникает в железо и заставляет домены поворачиваться, выравниваясь параллельно магнитному полю, поэтому их крошечные магнитные поля добавляются к полю провода, создавая большое магнитное поле. который простирается в пространство вокруг магнита. Эффект сердечника заключается в концентрации поля, и магнитное поле проходит через сердечник легче, чем через воздух.
Сила, создаваемая магнитным полем
Сила, прилагаемая электромагнитом к части материала сердечника, равна:
Учитывая геометрию сердечника, поле B, необходимое для данной силы, может быть рассчитано по формуле (2); если он выходит за пределы 1,6 Тл, необходимо использовать сердечник большего размера.
Замкнутая магнитная цепь
Для замкнутой магнитной цепи (без воздушного зазора), такой как электромагнит, поднимающий кусок железа, соединенный перемычкой между полюсами, уравнение (1) принимает следующий вид:
Подставляя в (2), сила равна:
Видно, что для увеличения силы предпочтительнее сердечник с коротким потоком L и большой площадью поперечного сечения A (это также относится к магнитам с воздушным зазором). Для этого в таких приложениях, как подъемные магниты (см. Фото выше) и громкоговорители, часто используется плоская цилиндрическая конструкция. Обмотка намотана вокруг короткого широкого цилиндрического сердечника, образующего один полюс, а толстый металлический корпус, охватывающий внешнюю часть обмоток, образует другую часть магнитной цепи, перенося магнитное поле вперед, образуя другой полюс.
Сила между электромагнитами
Вышеупомянутые методы применимы к электромагнитам с магнитной цепью и неприменимы, когда большая часть пути магнитного поля проходит за пределами сердечника. Примером может служить магнит с прямым цилиндрическим сердечником, подобным показанному в верхней части этой статьи. Для электромагнитов (или постоянных магнитов) с четко определенными «полюсами», где силовые линии выходят из сердечника, сила между двумя электромагнитами может быть найдена с помощью модели магнитного заряда, которая предполагает, что магнитное поле создается фиктивными «магнитными зарядами». на поверхности полюсов, с силой полюса m и единицами ампер- метр. Сила магнитного полюса электромагнитов может быть найдена из:
Сила между двумя полюсами:
Каждый электромагнит имеет два полюса, поэтому общая сила, действующая на данный магнит из-за другого магнита, равна векторной сумме сил полюсов другого магнита, действующих на каждый полюс данного магнита. Эта модель предполагает точечные полюса вместо конечных поверхностей, и, таким образом, дает хорошее приближение только тогда, когда расстояние между магнитами намного больше, чем их диаметр.
Побочные эффекты
Электромагниты имеют несколько побочных эффектов, которые должны быть предусмотрены в их конструкции. Обычно они становятся более значимыми в больших электромагнитах.
Омический нагрев
Индуктивные скачки напряжения
Электромагнит имеет значительную индуктивность и сопротивляется изменениям тока через его обмотки. Любые внезапные изменения тока обмотки вызывают большие скачки напряжения на обмотках. Это связано с тем, что, когда ток через магнит увеличивается, например, когда он включен, энергия от цепи должна храниться в магнитном поле. Когда он выключен, энергия поля возвращается в цепь.
Силы Лоренца
Основные потери
Электромагниты с сильным полем
Сверхпроводящие электромагниты
Горькие электромагниты
Фактором, ограничивающим силу электромагнитов, является неспособность рассеивать огромное количество отработанного тепла, поэтому более мощные поля, до 100 Тл, были получены от резистивных магнитов, посылая через них короткие импульсы сильного тока; неактивный период после каждого импульса позволяет отвести тепло, выделяемое во время импульса, до следующего импульса.
Сжатие флюса с взрывной накачкой
Основные понятия про электромагниты
Существуют определенные природные материалы и объекты, которые сами по себе обладают магнитными свойствами. Их называют естественными магнитами. Примерами естественного магнитного материала могут служить железные руды, насыщенные магнитными свойствами. Примером же естественного магнитного объекта выступает наша с вами планета Земля.
Естественные, они же постоянные, магниты обладают высокой остаточной магнитной индукцией, что позволяет им сохранять магнитные свойства на протяжении длительного времени.
При определенных условиях магнитные поля способны создавать поля электрические. Верно и обратное утверждение. В этом и кроется суть электромагнитов.
Классификация электромагнитов
Принято классифицировать электромагниты (ЭМ) по способу питания на электромагниты постоянного и переменного тока. ЭМ постоянного тока в свою очередь классифицируются на постоянного тока нейтральные и поляризованные. Также существуют ЭМ выпрямленного тока.
В нейтральных электромагнитах постоянного тока магнитный поток создается обмоткой постоянного тока. Величина магнитного потока зависит лишь от обмотки, не зависит от направления. Если величина тока равна нулю, то магнитный поток и сила притяжения также опускаются практически до величины нуля.
В электромагнитах переменного тока обмотка питается от источника переменного тока. Величина и направление магнитного потока изменяется во времени от нуля до максимума.
Далее другие возможные классификации
Устройство электромагнитов
Несмотря на обширное, судя по описанной выше классификации, количество разнообразных вариантов электромагнитов, существуют определенные однотипные узлы, которые встречаются у всех ЭМ.
Между якорем и неподвижными частями существуют воздушные промежутки. Так вот, воздушные промежутки бывают полезными и паразитными. Полезные промежутки располагаются по возможному пути движения якоря. Паразитные промежутки лежат за пределами движения якоря.
Также существует понятие полюса. Полюсами называют поверхности магнитопровода, которые ограничивают полезный воздушный промежуток.
Конструктивные формы электромагнитов переменного тока не имеют множества вариантов, за счет того, что сердечник набирается из листов электротехнической стали. Это необходимо для борьбы с вихревыми токами.
Как работает электромагнит
Сам цикл работы ЭМ представляет собой следующую последовательность действий. Сначала в обмотку подается ток такой величины, при которой магнитные силы станут больше, чем силы удерживающие якорь в покое.
Далее произойдет отрыв якоря из состояния покоя и движение якоря в конечную точку полезного промежутка. Это первый этап.
На втором этапе якорь ЭМ подтянут и через него протекает ток. Как известно, ток создает термическое воздействие с течением времени. Поэтому время работы не должно превышать допустимое. На этом этапе сила тяги электромагнита максимальная.
Если характер его работы периодически повторяющийся, то за время до следующего цикла, ему необходимо успеть остыть.
Сравнение ЭМ постоянного и переменного тока
При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:
Однако, в промышленности, вышеописанные недостатки “ЭМ
тока” не вызывают особых препятствий на пути их использования.
Электромагнит постоянного тока: как устроен
Магнетизм и электричество
Словарные определения электричества и магнетизма отличаются, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.
Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и множества других бесценных устройств, без которых невозможно представить повседневную жизнь современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не смогут работать без внешнего источника питания.
Определение
Электромагнит – это специальное устройство, работа которого создает магнитное поле при подаче на него электрического тока. Чаще всего электромагниты состоят из первичной обмотки и сердечника, который обладает ферромагнитными свойствами.
Обмотка изготавливается обычно из медного или алюминиевого провода различной толщины, обязательно покрытого изоляцией. Но существуют и электромагниты из сверхпроводящих материалов. Сами же магнитопроводы делают из стали, железоникелевых сплавов или чугуна. А для того чтобы минимизировать потери на вихревые токи, магнитопроводы конструктивно выполняются из целого набора тонких листов. Теперь мы знаем, что такое электромагнит. Рассмотрим более подробно историю создания этого полезного устройства.
История
Создателем электромагнита считается Уильям Стерджен. Именно он в 1825 году сделал первый подобный магнит. Конструктивно устройство представляло собой цилиндрический кусок железа, вокруг которого был намотан толстый заизолированный медный провод. В момент, когда по нему пускали электрический ток, стержень из металла приобретал свойства магнита. А когда течение тока прерывалось, весь магнетизм устройство сразу же теряло. Именно такое качество – включение и отключение при необходимости – и позволяет применять электромагниты в ряде технологических и промышленных сфер.
Мы рассмотрели вопрос о том, что такое электромагнит. Теперь же разберем основные его виды. Разделяются они в зависимости от способа создания магнитного поля. Но функция их остается одной и той же.
Общая характеристика
Электромагнит – это простая катушка провода, которая подключена к источнику, передающему постоянный ток.
Подключившись к источнику постоянного тока (а также напряжения), катушка и провод начинают получать энергетические ресурсы и создают магнитное поле, которое является подобным полю, что образуется в постоянных полосовых магнитах. Плотность, которой обладает магнитный поток, всегда является пропорциональной величине электрического тока, протекающего сквозь толщу катушки. Полярность электромагнита определяют по направлению тока. Механизм образования включает в себя (самый простой вариант) наматывание провода вокруг сердечника, выполненного из металла, через который потом пропускают электричество из определенного источника. Если внутренняя полость катушка заполнена воздухом, то ее называют соленоидом.
Электромагнит – это устройств, посредством которого можно создавать электромагнитное поле. Главной характеристикой является его способность контролировать силу данного поля, полярность и ее форму. При этом силу магнитного поля контролируют посредством величины использованного электрического тока, который протекает сквозь катушку. Полярность можно задавать, определив в каком направлении нужно двигать протекающий ток. Форма магнитного поля зависит от формы металлической сердцевины, служащей «стержнем» для обмотки проводом. Не забывайте, что полюса электромагнита определяются аналогично тому, как это делают в соленоидах, по физическому правилу правой руки. П.П.Р. также называют правилом буравчика, являющегося мнемоническим средством, посредством которого определяют направление векторных произведений и правого базиса.
Увеличивать силу электромагнита, а точнее его поля, можно при помощи:
Основная классификация
Существует три основных способа классификации электромагнитов. Они обусловлены током в электромагнитах и способом его создания:
Другие виды классификации
Существуют и другие способы классификации электромагнитов. Например, их могут различать по полю электромагнита и его статуса: переменное и/или постоянное.
Также бывают классификации, основанные на методах, по которым происходит включение обмотки (последовательное и параллельное включение), на работоспособности и ее характеристике (способные работать в течение длительного времени, прерывистые и кратковременные) и отличные по скорости выполнения задачи (замедленные и быстродействующие).
Как устроены плоскошлифовальные станки
Подавляющее большинство деталей, изготовленных из металла, подвергается такой технологической операции, как шлифовка. Для ее выполнения с высокой эффективностью и точностью и применяются станки плоскошлифовальной группы.
Довольно сложный в изготовлении ленточный станок с отличным функционалом
На плоскошлифовальных станках серийных моделей можно обрабатывать как плоские, так и профильные детали. Точность обработки поверхности, которой удается добиться при использовании таких устройств, составляет 0,16 микрон. Конечно, достичь такого результата при обработке на станках, изготовленных своими руками, практически невозможно. Однако даже той точности, которую позволяют получать самодельные станки, вполне достаточно для многих металлических изделий.
Несущим конструктивным элементом станков данной группы (как и любого другого оборудования) является станина. От ее габаритов напрямую зависит, какого размера детали можно обрабатывать на станке
Наиболее распространенным материалом изготовления станин плоскошлифовального оборудования является чугун, так как данный металл за счет своих характеристик отлично гасит вибрации, что особенно важно для устройств подобного назначения
Рабочий стол и органы управления шлифовального станка 3Г71М
Конструктивным элементом плоскошлифовальных станков, на котором фиксируется обрабатываемая заготовка, является рабочий стол, имеющий круглую или прямоугольную форму. Его размеры в зависимости от конкретной модели плоскошлифовального оборудования могут серьезно варьироваться. Обрабатываемые детали на таком рабочем столе могут фиксироваться за счет его намагниченной поверхности либо при помощи специальных зажимных элементов. В процессе обработки рабочий стол совершает возвратно-поступательные и круговые движения.
В плоскошлифовальных станках, выпускаемых серийно, рабочие столы приводятся в движение при помощи гидравлической системы. В оборудовании, собранном своими руками, для этого используют механические передачи.
Шлифовка стальной заготовки, фиксируемой на рабочей поверхности станка с помощью магнитного поля
Важными элементами конструкции плоскошлифовального оборудования, за счет которых обеспечиваются точность и плавность перемещения рабочего стола, являются направляющие. Кроме высокой точности изготовления, направляющие должны обладать исключительной прочностью, так как в процессе практически постоянных перемещений рабочего стола они подвергаются активному износу.
Для достижения высокой точности обработки направляющие должны обеспечить точное, плавное (без рывков) перемещение рабочего стола с минимальным трением соприкасающихся элементов. Именно поэтому для изготовления данных конструктивных элементов используется высокопрочная сталь, которую после изготовления из нее направляющих подвергают закалке.
Вариант изготовления направляющих с использованием уголков и подшипников
Рабочий инструмент плоскошлифовального станка, в качестве которого может использоваться шлифовальный круг или абразивная лента, устанавливается на шпинделе бабки. Вращение рабочему инструменту, за которое отвечает главный электрический двигатель, может передаваться посредством редуктора или ременной передачи.
Для плоскошлифовальных станков, которые делаются своими руками, можно выбрать более простой вариант: подобрать диаметр шлифовального круга таким образом, чтобы его можно было закрепить непосредственно на валу электродвигателя. Это исключит необходимость использования редукторной или ременной передачи.
Конструкция и составные части
Чем отличаются диэлектрические галоши от бот, где их применяют и как поверяют
Центральным рабочим элементом привода является блок соленоида, который образуется полой катушкой и магнитным сердечником. Коммуникационные электромагнитные связи данного компонента с другими деталями обеспечиваются малой внутренней арматурой с управляющими импульсными клапанами. В нормальном состоянии сердечник поддерживается пружиной со штоком, который опирается в седло.
Кроме того, типовое устройство электромагнитного привода предусматривает наличие так называемого ручного дублера рабочей части, который берет на себя функции механизма в моменты резких перепадов или полного отсутствия напряжения. Может предусматриваться и дополнительный функционал, обеспечиваемый средствами сигнализации, вспомогательными запирающими элементами и фиксаторами позиции сердечника. Но поскольку одним из преимуществ приводов такого типа является небольшой размер, то в целях оптимизации разработчики стараются исключать чрезмерное насыщение конструкции второстепенными устройствами.
Способы эксплуатации
Наиболее широкой и важной областью применения электромагнитов является сфера конструирования и эксплуатации электрических машин и аппаратов, входящих в систему автоматики в промышленности. Другой важной областью является аппаратура регулировки и защиты электротехнических объектов/установок.
Также электромагниты применяются при изготовлении разнообразных механизмов, в роли привода по которому осуществляется необходимое поступательное перемещение (поворот) рабочего органа определенной машины или для создания удерживающих сил. Примером последних функций может служить электромагнит в составе грузоподъемного механизма/машины.
Существуют электромагниты муфт, необходимых для начала действия торможения или установления сцепления (в машинах), электромагниты, применяемых в пускателях, устройствах контактора и выключателя, а также их используют при создании электроизмерительных приборов и т. д.
Электромагниты – это устройства, которые являются перспективными при конструировании тяговых приводов в скоростных транспортных средствах, где с их помощью создают магнитную подушку. В настоящее время и медицина не обходится без использования электромагнитов. При проведении химических, биологических и физических экспериментов их нередко применяют.
Благодаря широте эксплуатации и конструктивном исполнении, а также масштабе и затратам энергии, электромагниты являются доступными как в быту, так и в любых других сферах деятельности человека. Вес электромагнитов может варьироваться от нескольких грамм до сотни тон, а потребляемое электричество расходуется – от доли Вт до многих десятков МВт.
Промышленность
Наверное, все хоть раз, но видели разновидности такого устройства, как электромагнит подъемный. Это толстый «блин» различного диаметра, который обладает огромной силой притяжения и используется для переноски груза, металлолома и вообще любого иного металла. Удобство его заключается в том, что достаточно отключить питание — и весь груз сразу же отцепляется, и наоборот. Это значительно упрощает процесс погрузки и разгрузки.
Сила электромагнита, кстати, рассчитывается по следующей формуле:
F=40550∙B^2∙S.
Рассмотрим ее более подробно. В данном случае F – это сила в килограммах (также может измеряться в ньютонах), B – значение индукции, а S – площадь рабочей поверхности устройства.
Расчёты
Перед тем, как начать собирать электромагнит своими руками, делают предварительный расчёт его параметров. Элементы конструкции рассчитывают отдельно для ЭМ постоянного и переменного тока.
Для постоянного тока
Перед тем, как производить расчёты, определяются с требуемой величиной магнитодвижущей силы (МДС) катушки. Параметры обмотки должны обеспечивать нужную МДС, в то же время катушка не должна перегреваться, иначе будет потерян изоляционный слой провода намотки. Исходными данными для расчёта являются напряжение в проводе электромагнитной катушки и требуемая величина магнитодвижущей силы.
Методики расчёта электромагнитов постоянного тока постоянно публикуются в сети интернета. Там же можно подобрать формулы для определения МДС, поперечного сечения сердечника и провода обмотки, его длины.
Дополнительная информация. В основном в интернете ищут расчёты электромагнитов на 12 вольт, сделанных своими руками. В зависимости от потребностей, можно пойти разными путями расчётов. В основном выбирают «рецепты» по определению сечения и длины провода обмотки с питанием от стандартной батарейки формата «А» или «АА».
Для переменного тока
Основой для ЭМ переменного тока является расчёт обмотки. Как и в предыдущем случае, руководствуются исходными требованиями величины МДС. Несмотря на большое количество рекомендуемых формул расчёта, чаще всего «способности» устройства определяют опытным подбором параметров деталей его конструкции. Методики расчёта ЭМ переменного тока всегда можно найти во всемирной информационной паутине (интернете).
Техника
Также подобные магниты применяются в различной технике и электронике, и в бытовой сфере, к примеру, в качестве замков. Такие замки удобны тем, что очень быстры и просты в работе, но при этом достаточно в экстренной ситуации обесточить здание — и все они откроются, что очень удобно при пожаре.
Ну и, само собой, работа всех реле устроена на принципах электромагнетизма.
Как видим, это очень важное устройство, которое нашло применение в разных сферах науки и техники.
Медицина
Еще в конце XIX века электромагнитам нашли применение в медицине. Один из таких примеров — это специальный аппарат, который мог извлекать из глаза инородные тела (металлическую стружку, ржавчину, окалину и прочие).
И в наше время электромагниты также широко используются в медицине, и, наверное, один из таких аппаратов, про который слышали все, — это МРТ. Работает он на основе магнитно-ядерного резонанса, и, по сути, является огромным и мощнейшим электромагнитом.
Примеры использования ЭМ
В качестве примеров применения электромагнитов можно привести следующие приборы:
Телевизоры
Современные жилища, как правило, заполнены различными электроприборами. Находясь вблизи телеприёмника, они могут воздействовать магнитной индукцией на экран телевизора (ТВ). В ТВ уже существует встроенная защита от намагничивания экрана. Если на поле дисплея появились разноцветные пятна, то надо выключить прибор на 10-20 минут. Встроенная защита уберёт намагниченность экрана.
В некоторых случаях этот способ не оказывает нужную помощь. Тогда применяют специальный электромагнит, который называют дросселем. Это своеобразная катушка индукции. Прибор подключают к розетке бытовой электросети и проводят им вдоль и поперёк экрана. В результате наведённые магнитные поля поглощаются дросселем.
Трансформаторы
Конструкция трансформаторов очень схожа со строением электромагнитов. И там, и там есть обмотки и сердечники. Отличие трансформатора от ЭМ состоит в том, что у первого магнитопровод имеет замкнутую форму. Поэтому суммированная магнитная сила обнуляется встречными магнитными потоками.
Пусковое устройство автомобиля
Стартер автомобиля работает как пусковое устройство двигателя. Он включается на время заводки мотора. Временная передача стартового усилия на коленвал двигателя обеспечивается втягивающим электромагнитом.
При повороте ключа в замке зажигания ЭМ втягивает шестерню в зубцы коленвала. Во время контакта электродвигатель стартера проворачивает мотор до возникновения цикла сгорания топлива в цилиндрах мотора. Затем тяговое реле отключает электромагнит, и шестерня стартера возвращается в исходное положение. После чего автомобиль может двигаться.
Стартер с тяговым реле
Электромагниты настолько плотно вошли в сферу деятельности человека, что существование без них немыслимо. Нехитрые устройства можно встретить повсеместно. Знание принципа их действия позволит домашнему мастеру справляться с мелким ремонтом бытовых электротехнических устройств.
Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов
Электродвигатели и генераторы жизненно важны в современном мире. Мотор принимает электрическую энергию и использует магнит, чтобы превратить электрическую энергию в кинетическую. Генератор, наоборот, преобразует движение, используя магниты, чтобы вырабатывать электричество. При перемещении габаритных металлических объектов используются грузоподъемные электромагниты. Они также необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.
Настоящее чудо техники – японский левитирующий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. В нем используются электромагниты, помогающие парить в воздухе и невероятно быстро передвигаться.
Военно-морские силы США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатых веществ.
Понятие электромагнитной индукции
При изучении электричества и магнетизма важным является понятие электромагнитной индукции. Индукция имеет место, когда в проводнике в присутствии изменяющегося магнитного поля возникает поток электричества. Применение электромагнитов с их индукционными принципами активно используются в электродвигателях, генераторах и трансформаторах.
Где можно применять электромагниты в медицине?
Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.
Где применяют электромагниты? Они присутствуют во всех видах электрических устройств, включая жесткие диски, колонки, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно и, несмотря на свою незаметность, занимают важное место в жизни современного человека.