1. Wielkości opisujące pole magnetyczne i ich interpretacja fizyczna.
2. Reguły opisujące własności magnetyczne
4. Podstawowe prawa dla obwodów
5. Paramagnetyki i diamagnetyki.
6. Charakterystyka ferromagnetyków.
7. Obwody magnetyczne.
8. Zjawisko indukcji własnej i wzajemnej .
9. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
10. Wykorzystanie zjawisk elektromagnetycznych.
11. Zjawisko dynamicznego działania pola magnetycznego na prąd.
12. Wykorzystanie zjawiska dynamicznego oddziaływania pola magnetycznego na prąd.
13. Transformacja napięcia.
14. Elektromagnesy budowa i zastosowanie.
1. Wielkości opisujące pole magnetyczne i ich interpretacja fizyczna.
Podstawową wielkością charakteryzującą pole magnetyczne jest strumień magnetyczny Ф, który można zdefiniować jako sumę wszystkich linii pola, przechodzących przez określony przekrój. Dodatni zwrot strumienia jest określony dodatnim zwrotem linii pola.
Strumień magnetyczny jest powiązany z napięciem elektrycznym za pośrednictwem prawa indukcji magnetycznej. Dlatego jednostka strumienia magnetycznego (powiązana z jednostką napięcia elektrycznego) jest woltosekunda, zwana weberem:
1 [Wb] = 1 V x 1 s = 1[V x s]
Gęstość strumienia magnetycznego, określoną liczbą linii pola przypadającą na jednostkę powierzchni, nazywa się indukcją magnetyczną. Wyraża się ona związkiem:
B = dФ
dS
Strumień magnetyczny można wyrazić z równania jako:
Ф = ζs B d S
Jeżeli pole magnetyczne jest równomierne, tzn. w każdym miejscu obszaru ma tę samą wartość i zwrot, to indukcja magnetyczna wynosi:
B = Φ
S
Jednostka indukcji magnetycznej jest 1 V x s/m² = 1 Wb/m² = 1 T (tesla). Dawniej jako jednostki indukcji używano gausa [1 Gs].
Strumień magnetyczny Φ, podobnie jak prąd elektryczny I, ma w całym obwodzie tę samą wartość. Linie strumienia pola są zamknięte i w żadnym punkcie linia nie może zniknąć ani powstać. Własność ta jest analogiczna do własności prądu elektrycznego, określonej I prawem Kirchoffa. Prawo to dla strumienia magnetycznego formułuje się: w punkcie węzłowym rozgałęzionego obwodu magnetycznego suma strumieni równa się zeru:
ΣФ = O
Trzecią wielkością magnetyczną jest napięcie magnetyczne, które podobnie jak napięcie elektryczne występuje w dwóch postaciach:
1) napięcie magnetyczne źródłowe, zwane zwykle przepływem. Przepływ można wytworzyć z pomocą magnesów trwałych lub z pomocą prądu elektrycznego, płynącego w cewce o liczbie zwojów z. Ponieważ o wartości strumienia magnetycznego decyduje sprzężona z tym strumieniem suma prądów, więc określona gęstość strumienia B 9indukcję magnetyczną) można uzyskać, stosując cewkę o dużej wartości prądu i małej liczbie zwojów lub cewkę o małej wartości prądu i dużej liczbie zwojów. Zatem przepływ:
Ө = Σ I = I z
Jednostka przepływu jest amper.
2) spadek napięcia magnetycznego Um wzdłuż odcinka obwodu magnetycznego. Odpowiada on elektrycznemu napięciu odbiornikowemu lub spadkowi napięcia elektrycznego U.
Wartość strumienia magnetycznego Ф lub indukcji B w określonym punkcie zależy nie tylko od siły magnetomotorycznej, ale również od kształtu i rodzaju obwodu magnetycznego. Zależność między SMM, strumieniem, kształtem konstrukcyjnym i właściwościami materiałowymi obwodu magnetycznego prowadzi do definicji oporu magnetycznego, zwanego również reluktacją:
Rm = Ө
Ф
Zależność ta jest znana jako prawo Ohma dla obwodu magnetycznego. Jednostką reluktacji jest 1 A
V x s
Odwrotnością reluktacji nazywa się permeancją (przewodności a magnetyczną).
Λ = Ф
Ө
Jednostką permeancji jest 1 H (henr).
Następną wielkością wektorową charakteryzującą pole jest natężenie pola magnetycznego H.
H = - dUm
d l
Jednostką natężenia pola magnetycznego H jest 1A/m.
2. Reguły opisujące własności magnetyczne.
Wyróżniamy następujące reguły opisujące własności magnetyczne:
Reguła śruby prawoskrętnej:
Chcąc wyznaczyć kierunek i zwrot wektora B w otoczeniu długiego przewodu prostoliniowego układamy śrubę prawoskrętną w osi przewodu i obracamy ją tak, aby posuw śruby był zgodny ze zwrotem prądu I. Obrót śruby prawoskrętnej wyznacza obieg linii pola, a wektor B jest styczny do przechodzącego przez dany punkt okręgu, którego środek leży na osi przewodu.
Reguła prawej dłoni:
Jeżeli prawą dłoń zaciśniemy na przewodniku tak, aby odchylony w bok kciuk pokazywał zwrot prądu płynącego przez przewodnik, cztery zakrzywione palce wskażą zwrot linii sił pola magnetycznego wokół przewodnika.
Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej określa reguła lewej dłoni:
Jeżeli lewą dłoń ustawimy tak, aby linie sił pola magnetycznego wnikały do wnętrza dłoni, cztery złączone, wyprostowane palce pokazywałyby kierunek prądu płynącego przez przewodnik, to odchylony w bok kciuk wskaże zwrot siły elektrodynamicznej.
Reguła Lenza:
W obwodzie zamkniętym zwrot siły elektromotorycznej indukowanej „e” oraz prądu indukowanego „i” jest taki, że wielkości te przeciwdziałające zmianom strumienia magnetycznego będącego ich źródłem, a więc zmniejszają strumień wtedy, gdy jest on w stanie narastania, a zwiększają go, gdy jest on w stanie zanikania.
Jeżeli strzałkę indukowanej siły elektromotorycznej przyjmiemy w stosunku do strumienia magnetycznego zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej, należy we wzorach na siłe elektromotoryczną stosować znak „minus”.
3. Sposoby wytwarzania pola magnetycznego i jego charakterystyka.
Pole magnetyczne możemy wytworzyć dzięki działaniu, jakichkolwiek urządzeni, w których znajdują się magnesy sztuczne przewody i uzwojenia zasilane prądem. Lub przez działanie magnesu naturalnego.
Obrazem graficznym pola magnetycznego nazywamy zbiór
linii pola magnetycznego wyznaczonych za pomocą maleńkiej igły
magnetycznej, która ustawia się wzdłuż tych linii, wskazując swym biegunem
północnym (N), na biegun południowy(S) pola.
4. Podstawowe prawa dla obwodów.
Podstawowymi prawami obwodów są prawa Kirchoffa.
I prawo Kirchoffa:
Prawo to, wynikające z zasady zachowania ładunku, głosi, że w każdym punkcie węzłowym sieci algebraiczna suma prądów równa się zeru.
Ponieważ w żadnym punkcie obwodu prądowego nie może gromadzić się ładunek elektryczny, więc suma prądów dopływających do punktu węzłowego równa się sumie prądów odpływających od tego punktu.
II prawo Kirchoffa:
Prawo to wynika z zasady zachowania energii. W oczku algebraiczna suma napięć źródłowych i odbiornikowych równa się zeru.
5. Paramagnetyki i diamagnetyki.
Paramagnetyki są to ciała, w których obserwujemy wzmocnienie zewnętrznego pola magnetycznego w wyniku oddziaływania pola na niezrównoważone spiny elektronowe. Dążą one do ustawienia swych osi obrotu zgodnie z natężeniem pola, co utrudniają ruchy termiczne, tak że spiny doznają tylko skręcenia o pewien kąt w kierunku natężenia pola.
Przenikalność magnetyczna ciał paramagnetycznych jest większa niż przenikalność w próżni.
B > µoH
Do materiałów paramagnetycznych należą m.in. platyna, aluminium, powietrze i inne.
Diamagnetyki są to takie ciała, wewnątrz których występuje osłabienie zewnętrznego pola magnetycznego
B < µoH
Stosunek B do H nazywamy przenikalnością magnetyczną danego ciała. W ciałach diamagnetycznych przenikalność magnetyczna jest nieco mniejsza niż przenikalność próżni.
Do materiałów diamagnetycznych należą m.in. woda, kwarc, srebro, bizmut.
6. Charakterystyka ferromagnetyków.
Ferromagnetyki są to materiały, których cechą charakterystyczną jest to, że pole magnetyczne prądów elementarnych współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz, czyli tak jak w materiałach paramagnetycznych, z tą różnicą że wypadkowa indukcja magnetyczna B jest dużo większa niż w próżni, tzn.
B >>µoH
a więc µr>>1.
Materiały te wykazują duży stopień magnetyzacji, przenikalność magnetyczna względna jest setki i tysiące razy większa od jedności.
Do materiałów tych należą żelazo, kobalt, nikiel i ich stopy.
Istotną cechą materiałów ferromagnetycznych jest to, że ich przenikalność magnetyczna nie jest stała i zależy od natężenia pola magnetycznego H. Charakterystyka B = f(H) jest nieliniowa.
7. Obwody magnetyczne.
Obwodem magnetycznym nazywamy zespół elementów zawierających odpowiednio ukształtowane materiały ferromagnetyczne przeznaczone do skupienia pola w określonej części przestrzeni. Rozróżnia się obwody złożone z materiałów magnetycznie miękkich, stanowiących rdzeń dla uzwojeń przewodzących prąd, oraz obwody złożone z magnesów trwałych.
Obwody magnetyczne: a) nierozgałęziony, b) rozgałęziony
Obwody magnetyczne są wykorzystywane w wielu konstrukcjach maszyn i aparatów elektrycznych tj. prądnice i silniki elektryczne, transformatory, elektromagnesy itp.
Strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym jest wzbudzany siłą magnetomotoryczną. Siła ta jest odpowiednikiem siły elektromotorycznej w polu elektrycznym, a wytwarzana jest przez pole magnetyczne magnesu trwałego lub wskutek przepływu prądu elektrycznego. Jest ona proporcjonalna do natężenia prądu elektrycznego I i ilości zwojów z cewki wytwarzającej pole.
Ilustracja odpowiednika prawa Ohma dla obwodów magnetycznych
Jeżeli na rdzeniu z materiału magnetycznie miękkiego wykonanym w kształcie
pierścienia toroidalnego z wyciętą szczeliną powietrzną nawiniemy równomiernie z zwojów przewodu, przez który przepływa prąd I, to w obwodzie magnetycznym zostanie wytworzony strumień magnetyczny. Przyjmując, że wytworzony strumień magnetyczny jest stały we wszystkich przekrojach rdzenia oraz stosując prawo przepływu otrzymujemy:
8. Zjawisko indukcji własnej i wzajemnej .
Indukcyjność wzajemną chcę przedstawić na przykładzie .
Załóżmy, że dwie cewki L1 i L2 są sprzężone indukcyjnie co oznacza, że strumień magnetyczny wytworzony przez płynący w jednej z nich prąd przenika przez zwoje drugiej jeżeli przez pierwszą cewkę przepływa prąd zmienny to wytworzony przez nią zmienny strumień magnetyczny przenikający częściowo przez zwoje drugiej cewki wzbudzi w nich siłę elektromotoryczną indukcji E (czyt. epsilon)
Zjawisko to nazywamy indukcją wzajemną wartości SEM indukcji wzbudzonej w drugiej cewce jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu w pierwszej cewce oraz do liczby zwojów n1 i n2 każdej z cewek, a ponadto zależy od wymiarów i wzajemnego położenia obydwu cewek oraz od względnej przenikalności magnetycznej otaczającego je ośrodka.
E = - M * I / t
M - współczynnik indukcji wzajemnej wynosi 1 henr (H) jeżeli przy zmianie natężenia prądu o jeden amper w ciągu jednej sekundy w jednym obwodzie, indukuje się SEM równa 1 V w drugim obwodzie.
Wykorzystanie indukcji wzajemnej
Biegun N magnesu trwałego zbliżamy do kołowego zwoju przewodnika. W skutek zmian strumienia magnetycznego przechodzącego przez zwój, zostaje w nim wzbudzony prąd indukcyjny. Tor pozornego ruchu ładunku dodatniego wyznacza linię sil wytworzonego pola elektrycznego. Ponieważ linie te są okręgami więc powstające pole elektryczne jest polem wirowym a wektor jego natężenia E jest styczny do linii sił pola. W celu wyznaczenia wartości E załóżmy , że zmiana strumienia magnetycznego wytworzonego przez magnes, dokonana jednostajnie w czasie t spowodowała przepływ w zwoju ładunku q czyli przepływ prądu indukcyjnego o natężeniu I. Przyczyną przepływu prądu było wirowe pola elektryczne o natężeniu E, które działało na ładunek q siłą F= E * q na drodze s = 2r gdzie r jest promieniem zwoju. Siła ta wykonała pracę W = Eq 2 r.
Z drugiej strony praca prądu indukcyjnego wynosi W = I2 R t
Uwzględniając, że iloczyn I R wyraża SEM indukcji otrzymamy:
E = - 1/2r * / t
We wzorze tym nie występują żadne wielkości charakteryzujące ładunek elektryczny lub własności przewodnika. Stąd wniosek, że wirowe pole elektryczne i spowodowane przez nie prąd indukcyjny może powstawać nie tylko w przewodniku kołowym, lecz wszędzie tam gdzie się znajdują i mogą się poruszać ładunki elektryczne. Powstawanie prądów wirowych jest w wielu przypadkach szkodliwe ponieważ wydzielone przez nie ciepło jest przyczyną strat energii a nawet uszkodzeń urządzeń elektrycznych. Aby zmniejszyć ich działanie części metalowe znajdujące się w zmiennym polu magnetycznym wykonuje się z cienkich odizolowanych od siebie blach (najczęściej ze stali krzemowej), których płaszczyzny są równoległe do linii pola magnetycznego.
Indukcyjność własna cewki
Podczas przepływu prądu elektrycznego przez cewkę powstaje w jej otoczeniu strumień magnetyczny . Przy określonej wartości prądu, wartości strumienia magnetycznego zależy od wymiarów cewki, jej liczby zwojów i środowiska, w jakim zamyka się strumień.
Przepływowi prądu przez cewkę towarzyszy wytwarzanie się strumienia magnetycznego Φw cewce. Każda zmiana prądu w cewce wywołuje w niej zmianę strumienia magnetycznego, a z kolei każda zmiana strumienia w cewce musi spowodować indukowanie się w niej siły elektromotorycznej.
Zjawisko indukowania się siły elektromotorycznej w cewce pod wpływem zmian prądu płynącego przez cewkę nazywa się zjawiskiem indukcji własnej, a w skrócie indukcją własną albo samoindukcją.
Indukcyjnością własną cewki nazywamy stosunek strumienia skojarzonego z cewką do prądu płynącego przez cewkę.
Indukcyjnością własną cewki oznaczamy przez L i określamy wzorem
L = zΦ
i
Powyższy wzór można stosować również do pojedynczego zwoju. Wtedy należy podstawić z = 1.
Jednostką indukcyjności jest 1 henr (1 H ).
Indukcyjność wielu rzeczywistych cewek jest określana w jednostkach `podwielokrotnych, np . 1mH = 10 -3 H
Indukcyjność cewki o znikomo małej rezystancji jest równa jednemu henrowi, jeżeli przy liniowej zmianie prądu o jeden amper na sekundę napięcie na zaciskach cewki jest równe jednemu woltowi.
9. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na indukowaniu siły elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym lub w zamkniętym obwodzie obejmującym zmienny w czasie strumień magnetyczny. Jest przy tym obojętne, z jakiej przyczyny zmienia się strumień magnetyczny objęty przez dany zwój lub cewkę.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej można łatwo sprawdzić doświadczalnie. Płaską cewkę z cienkiego drutu umieszczamy w szczelinie elektromagnesu, a jej końce łączymy z miliwoltomierzem. Przy przesuwaniu cewki w prawo z prędkością v1 wskazówka miliwoltomierza odchyla się w jedna stronę, a przy przesuwaniu cewki w lewo z prędkością v2 wskazówka odchyla się w przeciwną stronę. Odchylenie wskazówki jest tym większe, im większa jest prędkość ruchu cewki. Gdy cewka pozostaje nieruchoma w szczelinie elektromagnesu, wskazówka miliwoltomierza przyjmuje położenie spoczynkowe.
Prawo indukcji Faradaya stosuje się do trzech różnych sytuacji fizycznych:
· • Nieruchoma pętla, względem której porusza się źródło pola magnetycznego (mamy tzw. elektryczną SEM).
· • Przewód w kształcie pętli porusza się w obszarze pola magnetycznego (magnetyczna SEM).
· • Nieruchoma pętla i nieruchome źródło pola magnetycznego lecz zmienia się prąd, który jest źródłem pola magnetycznego (także elektryczna SEM).
Na podstawie obserwacji Faraday doszedł do wniosku, że czynnikiem decydującym jest szybkość zmian strumienia magnetycznego φB. Ilościowy związek przedstawia prawo Faradaya
Jeżeli mamy obwód złożony z N zwojów to
10. Wykorzystanie zjawisk elektromagnetycznych.
Zjawiska indukowania się siły elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym oraz oddziaływania pola magnetycznego na prąd elektryczny są podstawą przemiany pracy mechanicznej w energię elektryczną i odwrotnie. Przemiany te odbywaja się w maszynach elektrycznych, które dzielimy na:
a) Prądnice elektryczne wytwarzające energię elektryczną kosztem dostarczanej im pracy mechanicznej,
b) Silniki elektryczne wykonujące pracę mechaniczna kosztem pobieranej energii elektrycznej.
Uproszczony model elementu prądnicy elektrycznej obejmuje przewód prostoliniowy, zwany w maszynach prętem, poruszającym się w polu magnetycznym, przy czym kierunki ułożenia pręta l, linii pola B i prędkości v są wzajemnie prostopadłe. Końce pręta są połączone z opornikiem R poprzez wyłącznik w. W pręcie indukuje się zgodnie ze wzorem e = lvB siła elektromotoryczna
E = lvB
O zwrocie zgodnym z regułą prawej dłoni.
Jeżeli wyłącznik w jest otwarty, w obwodzie prąd nie płynie. Przy zamkniętym wyłączniku w płynie prąd I = E/R w kierunku zgodnym z kierunkiem E.
W wyniku oddziaływania pola magnetycznego na prąd działa na rozpatrywany pręt siła F = IlB o zwrocie zgodnym z regułą lewej dłoni. Zwrot siły F jest, jak widać przeciwny do zwrotu prędkości v, to znaczy że siła F działa hamująco na ruch pręta. Aby utrzymać pręt w ruchu, musimy pokonywać siłę F. Iloczyn siły F i prędkości v jest mocą mechaniczną potrzebną do utrzymania ruchu pręta
Pm = Fv
Iloczyn siły elektromotorycznej E i prądu I jest mocą elektryczną wytwarzaną w pręcie
Pe = E I
Podstawiając podane poprzednio wyrażenia E = lvB oraz F = Ilb otrzymamy
Pe = lvBI = IlBv = Fv = Pm
Stąd wynika bezpośrednio, że moc elektryczna wytwarzana w prądnicy jest teoretycznie równa mocy mechanicznej doprowadzanej do prądnicy.
Zasadę działania silnika elektrycznego objaśniamy na uproszczonym modelu. Końce umieszczonego w polu magnetycznym pręta są połączone z zaciskami źródła napięcia zasilającego E, np. baterii akumulatorów. W utworzonym w ten sposób obwodzie płynie prąd I, wobec czego na pręt działa siła
F = Ilb
O zwrocie odpowiadającym regule lewej dłoni. Jeżeli siła jest dostatecznie duża, pręt zaczyna się poruszać w kierunku jej działania z prędkością v pokonując siłę hamującą.
Jednocześnie indukuje się w pręcie siła elektromotoryczna.
E = lvb
Której zwrot wyznaczony za pomocą reguły prawej dłoni jest przeciwny do zwrotu prądu I i dlatego nazywamy ją niekiedy przeciwsiłą elektromotoryczną. Rozpatrywany pręt staje się więc odbiornikiem energii elektrycznej, podobnie jak akumulator podczas ładowania. Energia ta przemienia się w pracę mechaniczną. Zbudowana na tej zasadzie maszyna pracuje jak silnik elektryczny.
Z porównania mocy
Pm = Fv = IlvB = lvBI = E I = Pe
Wynika, że wytwarzana moc mechaniczna jest teoretycznie równa pobranej mocy elektrycznej.
W rzeczywistości zachodzą w silniku straty mocy, choćby z uwagi na rezystancję wewnętrzną Rw silnika. Napięcie na jego zaciskach
U = E + RwI
11. Zjawisko dynamicznego działania pola magnetycznego na prąd.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej występuje niezależnie od tego, w jakich okolicznościach i z jakich przyczyn następuje zmiana strumienia sprzężonego ze zwojem. Napięcie indukowane może być zatem wytwarzane następująco:
a) W nieruchomych przewodach przez zmienne w czasie pole magnetyczne,
b) W ruchomych przewodach p[rzez stałe w czasie pole magnetyczne lub przez nałożenie się obu wymienionych form zjawiska,
c) W ruchomych przewodach przez zmienne w czasie pole magnetyczne.
12. Wykorzystanie zjawiska dynamicznego oddziaływania pola magnetycznego na prąd.
Prawo przepływu podaje zależność między prądem elektrycznym a wywołanym przez niego polem magnetycznym. Prawo indukcji elektromagnetycznej opisuje przebieg odwrotny, a mianowicie prawidłowość, przy której w pewnych warunkach pole magnetyczne wywołuje napięcie, a zatem i prąd elektryczny. Prawidłowośc ta bezpośrednio po odkryciu przyczyniała się do szybkiego rozwoju elektrotechniki. Opiera się na niej zasada działania maszyn elektrycznych i transformatorow, a więc urządzeń dostarczających i przetwarzających energię elektryczną. Również cała telekomunikacja (m.in. radio i telewizja) nie mogłaby się rozwinąć do dzisiejszego stanu bez odkrycia tego prawa. Zjawisko powstawania (indukowania) w przewodach elektrycznych napięcia w przypadku ruchu tych przewodów w polu magnetycznym odkrył Faraday w 1831r.
13. Transformacja napięcia.
Przetwarzanie energii elektrycznej z jednego napięcia na inne odbywa się w transformatorach.
Transformatorem nazywamy układ dwóch cewek sprzężonych, z których jedna , przyłączona do źródła zasilającego, przekazuje energię drugiej cewce.
Przekazywanie energii lub sygnałów napięciowych odbywa się poprzez pole magnetyczne, wytwarzane w magnetowidzie. Zależnie od rodzaju magnetowidu rozróżniamy:
- transformatory rdzeniowe, których magnetowid jest wykonany z materiału ferromagnetycznego,
- transformatory bezrdzeniowe, w których strumień magnetyczny przechodzi wyłącznie przez środowiska para- i diamagnetyczne, w szczególności przez powietrze lub próżnię. W ciałach para- i diamagnetycznych nie występuje zjawisko histerezy, a przenikalność magnetyczna ma wartość stałą, bliską przenikalności w próżni.
W transformatorach odbywa się przetwarzanie energii elektrycznej z jednego napięcia na inne.
Zasada działania transformatora polega na tym, że prąd przemienny płynący w uzwojeniu pierwotnym transformatora wywołuje przemienny strumień magnetyczny, który z kolei indukuje w uzwojeniu wtórnym napięcie przemienne.
Wielkością charakteryzującą transformator jest jego przekładnia oznaczona grecką literą ν (theta) lub literą n.
Przekładnią transformatora nazywamy stosunek siły elektromotorycznej E1 w uzwojeniu pierwotnym do siły elektromotorycznej E2 w uzwojeniu wtórnym transformatora.
Transformator bezrdzeniowy: a) schemat, b) w stanie jałowym, c) w stanie obciążenia
14. Elektromagnesy budowa i zastosowanie.
Elektromagnes i jego zastosowanie:
Elektromagnes - przyrząd wytwarzający zjawiska magnetyczne pod wpływem prądu elektrycznego.
Składa się z ferromagnetycznego rdzenia i umieszczonej na nim cewki elektrycznej.
Zastosowanie:
- huty(przenoszenie złomu żelaznego)
- stocznie(transport blach stalowych)
- hale(utrzymywanie ciężkich części stalowych)
- budowa słuchawek, dzwonków, automatycznych przedmiotów
- nauka
- medycyna
Silniki elektryczne:
Jeżeli przewód z płynącym w nim prądem elektrycznym umieścimy między dwoma magnesami, to pole sił magnetycznych pochodzące od magnesów oddziaływuje z polem magnetycznym wywołanym przez prąd elektryczny płynący w przewodzie. Wynikająca stąd siła przesuwa przewód w inne położenie. Na tej zasadzie zbudowane są silniki elektryczne.
Silniki elektryczne są stosowane w wielu urządzeniach: odkurzaczach, wiertarkach, pociągach, windach, pralkach, itp.
Głośniki:
Głośniki wykorzystują połaczenie pól elektrycznych i magnetycznych do wytwarzania dźwięków mowy i muzyki. Przekształcają one energię elektryczną na energię fal dźwiękowych. W głośniku ruchoma cewka przymocowana jest do stożka membrany. Cewka może się przesuwać we wnętrzu cylindrycznego magnesu stałego. Zmieniający się prąd elektryczny przepływający przez cewkę znajdującą się w silnym polu magnetycznycm powoduje powstanie siły przesuwającej cewkę (jak w silniku). Wraz z cewką drga również stożek membrany i przekazując te drgania powietrzu wytwarza fale dźwiękowe. Powstające dźwięki zależą od zmian prądu płynącego przez cewkę.
Telefon:
W słuchawce, zmieniający się prąd elektryczny płynie przez cewkę elektromagnesu, który przyciąga żelazną płytkę. Zmiany prądu wywołują drgania płytki i powstawanie fal dźwiękowych. Ten zmieniający się prąd elektryczny jest wytwarzany w mikrofonie węglowym innego telefonu. Fale dźwiękowe docierające do mikrofonu wywierają nacisk na ruchomy stożek mikrofonu, który naciska na proszek węglowy. Ściśnięty proszek ma mniejszy opór elektryczny i przepuszcza więcej prądu elektrycznego wypływającego z mikrofonu.
Budowa prostego elektromagnesu
Jak zrobić prosty elektromagnes?
Mając baterię elektryczną, żelazny gwóźdź i kawałek przewodu możesz zrobić elektromagnes. Na gwóźdź nawiń przewód tak, by zwoje były blisko siebie. Im więcej zwojów nawiniesz, tym mocniejszy będzie elektromagnes. Końce przewodu umocuj na zaciskach baterii tak, by prąd z baterii przepływał przez przewód. Gwóźdź stanie się magnesem. Można to sprawdzić podnosząc spinacze. Po odłączeniu przewodów od baterii gwóźdź przestanie być magnesem.
Inny sposób robienia magnesów
Czasem magnes może sprawić, że jakaś rzecz stanie się magnesem, nawet nie dotykając jej. Jeśli pole sił magnetycznych magnesu dosięga przedmiotu ( i jest jeszcze dostatecznie silne), to może uporządkować jego cząsteczki - magnesy. To zjawisko nazywamy indukcją magnetyczną.
Przez indukcję mogą powstawać tylko chwilowe magnesy.