Электроника:Постоянный ток/Магнетизм и электромагнетизм/Электромангетизм

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Электромангетизм[1]

Открытие взаимосвязи между магнетизмом и электричеством было совершено случайно (что, впрочем, можно сказать и про многие другие великие открытия). В далёком 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед заявил в начале лекции о возможной (но пока им непроверенной) взаимосвязи электричества и магнетизма и затем убедительно доказал это экспериментально перед аудиторией! (Впрочем, на такой интерпретации событий настаивал сам Эрстед. По другой версии учёный демонстрировал тепловые эффекты от электричества и один из студентов заметил, что случайно оказавшаяся под проводом магнитная стрелка отклонилась при замыкании цепи.)

Пропустив электрический ток по металлической проволоке, подвешенной над магнитным компасом, Эрстед показал, что стрелка компаса отклоняется, таким образом реагируя на ток. Сделанное в начале лекции предположение, подтвердилось как факт. Излишне говорить, что Эрстеду пришлось переписать конспекты своих лекций для будущих занятий! Это спонтанное открытие привело к тому, что родилось совершенно новое направление в физике: электромагнетизм.

Многочисленные эксперименты показали, что магнитное поле, создаваемое электрическим током, всегда ориентировано перпендикулярно направлению электрического потока. Простой способ наглядно показать эту взаимосвязь называется правилом «правой руки». Проще говоря, правило правой руки гласит, что линии магнитного потока, создаваемые токоведущим проводом, всегда ориентированы в том же направлении, что и согнутые пальцы правой руки человека (рукой делается широко известный жест «автостоп»), при этом большой палец должен указывать в направлении в котором течёт ток:

Рис. 1. Правило правой руки. Большой палец совпадает с направлением тока (не забывайте при этом, что направление течения тока противоположно направлению движения электронов!). Остальные согнутые пальцы показывают, как именно вращаются силовые линии возникшего магнитного поля относительно провода.
Рис. 1. Правило правой руки. Большой палец совпадает с направлением тока (не забывайте при этом, что направление течения тока противоположно направлению движения электронов!). Остальные согнутые пальцы показывают, как именно вращаются силовые линии возникшего магнитного поля относительно провода.

Магнитное поле окружает этот прямой кусок токоведущего провода; линии магнитного потока не имеют определённых «северных» или «южных» полюсов.

Хотя магнитное поле, окружающее провод с током, действительно интересно само по себе, оно довольно-таки слабое для обычных величин силы тока, способно отклонять стрелку компаса, но не более того. Чтобы создать более мощное магнитное поле (и, следовательно, больший магнитный поток) при той же самой силе тока, можно намотать провод на катушку, вследствие чего вращающиеся магнитные поля объединятся, создавая большее поле, у которого при этом обозначится магнитная (северная и южная) полярность:

Рис. 2. Если намотать провод на катушку, за счёт объединения полей магнитный эффект многократно усилится.
Рис. 2. Если намотать провод на катушку, за счёт объединения полей магнитный эффект многократно усилится.

Величина силы магнитного поля, создаваемого витым проводом, пропорциональна силе тока, который течёт по проводу, умноженной на количество «витков» провода в катушке. Эта сила поля называется магнитодвижущей силой (МДС) и она очень напоминает электродвижущую силу (ЭДС) в электрической цепи.

Электромагнит представляет собой кусок проволоки, предназначенный для создания магнитного поля при прохождении по проводу электрического тока. Хотя все проводники с током создают магнитные поля, электромагнит обычно сконструирован таким образом, чтобы максимизировать силу магнитного поля, которое он создаёт для конкретной цели. Электромагниты часто используются в научных исследованиях, промышленности, медицине, могут быть частью устройств в потребительских товарах и бытовой технике.

В виде электрически управляемого магнита электромагниты находят применение в большом количестве «электромеханических» устройств: машинах, которые вызывают механическую силу или движение за счёт электроэнергии.

Пожалуй, наиболее известным примером подобного механизма является электродвигатель.

Ещё пример – реле, т.е. переключатель с электрическим управлением. Если механизм переключающих контактов построен так, что он может приводиться в действие (размыкаться и замыкаться) за счёт магнитного поля, при этом катушка электромагнита размещена в непосредственной близости для создания этого необходимого поля, то появляется возможность включать/выключать путём подачи тока через катушку. По сути, мы получаем устройство, в котором управление электричеством происходит с помощью другого электричества:

Рис. 3. Схема управления электричеством в одной цепи, с помощью электричества, проходящего по другой цепи.
Рис. 3. Схема управления электричеством в одной цепи, с помощью электричества, проходящего по другой цепи.

Реле могут быть сконструированы таким образом, чтобы приводить в действие сразу несколько контактов выключателя. Ещё бывают реле «обратного действия» (подача напряжения на катушку размыкает контакт, соответственно, обесточивание катушки, напротив, замыкает).

Рис. 4. Слева – реле для управления несколькими контактами. Справа – реле «обратного» действия.
Рис. 4. Слева – реле для управления несколькими контактами. Справа – реле «обратного» действия.

Итог

  • Когда ток течёт по проводнику, вокруг этого проводника создаётся магнитное поле.
  • Правило правой руки гласит, что линии магнитного потока, создаваемые токоведущим проводом, ориентированы в том же направлении, что и согнутые пальцы правой руки человека (рукой делается жест «автостоп»), при этом большой палец должен указывать в направлении, в котором течёт ток.
  • Силу магнитного поля, можно значительно увеличить, если токоведущий провод будет идти не по прямой линии, а скрутить его на катушке. Магнитное поле витого провода ориентировано вдоль оси длины катушки.
  • Сила магнитного поля, создаваемая электромагнитом (называемая магнитодвижущей силой, сокр. МДС), пропорциональна произведению тока, протекающего через электромагнит, на количество полных «витков» катушки, образованных проводом.

См.также

Внешние ссылки