Thể loại: Bài viết nổi bật » Thợ điện Novice
Số lượt xem: 110313
Bình luận về bài viết: 4
Cuộn cảm và từ trường
Sau câu chuyện về việc sử dụng tụ điện Sẽ là hợp lý khi nói về một đại diện khác của phóng xạ thụ động - cuộn cảm. Nhưng câu chuyện về chúng sẽ phải bắt đầu từ xa, để nhớ sự tồn tại của từ trường, bởi vì đó là từ trường bao quanh và xuyên qua các cuộn dây, nó nằm trong một từ trường, thường là xen kẽ, mà các cuộn dây hoạt động. Nói tóm lại, đây là môi trường sống của chúng.
Từ tính như một tài sản của vật chất
Từ tính là một trong những tính chất quan trọng nhất của vật chất, cũng như, ví dụ, khối lượng hoặc điện trường. Các hiện tượng của từ tính, tuy nhiên, giống như điện, đã được biết đến từ lâu, chỉ sau đó khoa học không thể giải thích được bản chất của những hiện tượng này. Một hiện tượng khó hiểu được gọi là "từ tính" theo tên của thành phố Magnesia, nơi đã từng ở Tiểu Á. Đó là từ quặng khai thác gần đó đã thu được nam châm vĩnh cửu.
Nhưng các nam châm vĩnh cửu trong khuôn khổ của bài viết này không đặc biệt thú vị. Ngay khi người ta hứa sẽ nói về cuộn cảm, thì rất có thể chúng ta sẽ nói về điện từ, bởi vì nó khác xa với một bí mật mà ngay cả xung quanh một dây có dòng điện cũng có từ trường.
Trong điều kiện hiện đại, khá dễ dàng để điều tra hiện tượng từ tính ở cấp độ ban đầu, ít nhất là. Để làm điều này, bạn cần lắp ráp một mạch điện đơn giản từ pin và bóng đèn cho đèn pin. Là một chỉ số của từ trường, hướng và cường độ của nó, bạn có thể sử dụng la bàn thông thường.
Từ trường DC
Như bạn đã biết, la bàn cho thấy hướng về phía Bắc. Nếu bạn đặt dây của mạch đơn giản nhất được đề cập ở trên và bật đèn, kim la bàn sẽ lệch một chút so với vị trí bình thường của nó.
Bằng cách kết nối song song một bóng đèn khác, bạn có thể tăng gấp đôi dòng điện trong mạch, điều này làm cho góc quay của mũi tên tăng nhẹ. Điều này cho thấy từ trường của dây có dòng điện trở nên lớn hơn. Theo nguyên tắc này, các dụng cụ đo mũi tên hoạt động.
Nếu cực tính của việc bật pin bị đảo ngược, thì kim la bàn sẽ chuyển sang đầu kia - hướng của từ trường trong dây cũng thay đổi theo hướng. Khi tắt mạch, kim la bàn sẽ trở về đúng vị trí của nó. Không có dòng điện trong cuộn dây, và không có từ trường.
Trong tất cả các thí nghiệm này, la bàn đóng vai trò là kim từ tính thử nghiệm, giống như một nghiên cứu về điện trường không đổi được thực hiện bằng một điện tích thử nghiệm.
Dựa trên những thí nghiệm đơn giản nhất như vậy, chúng ta có thể kết luận rằng từ tính được sinh ra do dòng điện: dòng điện này càng mạnh thì tính chất từ của dây dẫn càng mạnh. Và sau đó từ trường của nam châm vĩnh cửu đến từ đâu, vì không ai kết nối pin với dây dẫn với chúng?
Nghiên cứu khoa học cơ bản đã chứng minh rằng từ tính vĩnh cửu dựa trên các hiện tượng điện: mỗi electron nằm trong điện trường riêng và có các tính chất từ tính cơ bản. Chỉ trong hầu hết các chất, các tính chất này được trung hòa lẫn nhau, và vì một số lý do, vì một số lý do, chúng tạo thành một nam châm lớn.
Tất nhiên, trên thực tế, mọi thứ không quá thô sơ và đơn giản, nhưng, nói chung, ngay cả nam châm vĩnh cửu cũng có những đặc tính tuyệt vời của chúng do sự chuyển động của điện tích.
Và chúng là những loại từ tính nào?
Đường từ có thể được nhìn thấy bằng mắt thường. Theo kinh nghiệm ở trường, trong các bài học vật lý, các tấm kim loại được đổ lên một tấm bìa cứng và một nam châm vĩnh cửu được đặt bên dưới. Chạm nhẹ vào một tấm bìa cứng có thể đạt được hình ảnh như trong Hình 1.
Hình 1
Dễ dàng thấy rằng các đường sức từ rời khỏi cực bắc và đi vào phía nam, mà không bị phá vỡ. Tất nhiên, chúng ta có thể nói rằng, trái lại, từ phía nam đến phía bắc, nhưng nó được chấp nhận, do đó, từ phía bắc đến phía nam. Theo cùng một cách như họ đã từng áp dụng hướng của dòng điện từ cộng đến trừ.
Nếu, thay vì một nam châm vĩnh cửu, một dây hiện tại được truyền qua một tấm bìa cứng, thì các tấm kim loại sẽ hiển thị nó, dây dẫn, từ trường. Từ trường này có dạng các đường tròn đồng tâm.
Để nghiên cứu từ trường, bạn có thể làm mà không cần mùn cưa. Nó là đủ để di chuyển mũi tên từ tính thử nghiệm xung quanh dây dẫn hiện tại để thấy rằng các đường sức từ thực sự là các vòng tròn đồng tâm khép kín. Nếu chúng ta di chuyển mũi tên thử nghiệm sang một bên nơi từ trường làm chệch hướng nó, chúng ta chắc chắn sẽ trở về cùng một điểm từ nơi chuyển động bắt đầu. Tương tự, như đi bộ quanh Trái đất: nếu bạn đi đến đâu mà không rẽ, thì sớm muộn bạn cũng sẽ đến cùng một nơi.
Hình 2
Quy tắc gimlet
Hướng của từ trường của một dây dẫn có dòng điện được xác định theo quy tắc của gimlet, một công cụ để khoan lỗ trên cây. Mọi thứ ở đây rất đơn giản: gimlet phải được quay sao cho chuyển động tịnh tiến của nó trùng với hướng của dòng điện trong dây, sau đó hướng quay của tay cầm sẽ hiển thị nơi có từ trường.
Hình 3
Hiện tại, dòng điện đến từ chúng ta Ít nhất, một lời giải thích như vậy về các chỉ định này đã được đưa ra trong các bài học vật lý ở trường.
Sự tương tác của từ trường của hai dây dẫn với dòng điện
Hình 4
Nếu chúng ta áp dụng quy tắc gimlet cho từng dây dẫn, sau đó xác định hướng của từ trường trong mỗi dây dẫn, chúng ta có thể nói chắc chắn rằng các dây dẫn có cùng hướng được thu hút và từ trường của chúng cộng lại. Các dây dẫn có dòng điện theo các hướng khác nhau là lực đẩy lẫn nhau, từ trường của chúng được bù lại.
Cuộn cảm
Nếu dây dẫn có dòng điện được chế tạo dưới dạng vòng (cuộn dây), thì nó có cực từ riêng, bắc và nam. Nhưng từ trường của một lượt thường nhỏ. Bạn có thể đạt được kết quả tốt hơn nhiều bằng cách quấn dây ở dạng cuộn dây. Một phần như vậy được gọi là một cuộn cảm hoặc đơn giản là một cuộn cảm. Trong trường hợp này, từ trường của các lượt riêng lẻ cộng lại, củng cố lẫn nhau.
Hình 5
Hình 5 cho thấy cách lấy tổng của từ trường của cuộn dây. Dường như có thể cấp nguồn cho mỗi lượt từ nguồn của nó, như trong Hình. 5.2, nhưng việc kết nối các lượt nối tiếp sẽ dễ dàng hơn (chỉ cần quấn chúng bằng một dây).
Một điều khá rõ ràng là cuộn dây càng quay nhiều thì từ trường của nó càng mạnh. Ngoài ra, từ trường cũng phụ thuộc vào dòng điện qua cuộn dây. Do đó, việc đánh giá khả năng của một cuộn dây để tạo ra từ trường chỉ đơn giản bằng cách nhân dòng điện qua cuộn dây (A) với số vòng quay (W) là hợp pháp. Giá trị này được gọi là ampere - lượt.
Cuộn lõi
Từ trường do cuộn dây tạo ra có thể tăng đáng kể nếu một lõi vật liệu sắt từ được đưa vào cuộn dây. Hình 6 cho thấy một bảng có tính thấm từ tương đối của các chất khác nhau.
Ví dụ, thép biến áp sẽ làm cho từ trường mạnh hơn khoảng 7,7,5 nghìn lần so với khi không có lõi. Nói cách khác, bên trong lõi, từ trường sẽ xoay kim từ tính mạnh hơn 7.000 lần (điều này chỉ có thể tưởng tượng về mặt tinh thần).
Hình 6
Các chất tham số và từ tính được đặt ở đầu bảng. Từ tính thấm tương đối, được chỉ định liên quan đến chân không. Do đó, các chất thuận từ hơi tăng cường từ trường, trong khi các chất từ tính hơi yếu.Nói chung, các chất này không có ảnh hưởng đặc biệt đến từ trường. Mặc dù, ở tần số cao, lõi đồng hoặc nhôm đôi khi được sử dụng để điều chỉnh các đường viền.
Ở dưới cùng của bảng là các chất sắt từ giúp tăng cường đáng kể từ trường của cuộn dây với dòng điện. Vì vậy, ví dụ, một lõi làm bằng thép biến áp sẽ làm cho từ trường mạnh hơn chính xác 7.500 lần.
Làm thế nào và làm thế nào để đo từ trường
Khi cần các đơn vị để đo đại lượng điện, điện tích được lấy làm tham chiếu. Một đơn vị rất thực và thậm chí hữu hình được hình thành từ điện tích của một electron - mặt dây chuyền, và trên cơ sở, mọi thứ trở nên đơn giản: ampere, volt, ohm, joule, watt, farad.
Và những gì có thể được coi là một điểm khởi đầu để đo từ trường? Bằng cách nào đó gắn vào từ trường của electron là rất có vấn đề. Do đó, một dây dẫn được sử dụng như một đơn vị đo trong từ tính, qua đó dòng điện trực tiếp 1 A chảy.
Đặc điểm từ trường
Đặc tính chính như vậy là sức căng (H). Nó cho thấy với lực từ trường tác dụng lên dây dẫn thử nghiệm được đề cập ở trên, nếu nó xảy ra trong chân không. Chân không nhằm loại trừ ảnh hưởng của môi trường, do đó đặc tính này - sức căng được coi là hoàn toàn sạch. Ampe trên mỗi mét (a / m) được lấy làm đơn vị của lực căng. Lực căng như vậy xuất hiện ở khoảng cách 16 cm so với dây dẫn, dọc theo dòng điện 1A.
Sức mạnh của trường chỉ nói lên khả năng lý thuyết của từ trường. Khả năng thực sự của hành động phản ánh một giá trị khác nhau của cảm ứng từ (B). Chính cô ấy là người cho thấy lực thực sự mà từ trường tác dụng lên một dây dẫn có dòng điện 1A.
Hình 7
Nếu dòng điện 1A chạy trong một dây dẫn dài 1 m và bị đẩy ra (bị hút) với lực 1 N (102 G), thì họ nói rằng cường độ của cảm ứng từ tại thời điểm này chính xác là 1 Tesla.
Cảm ứng từ là một đại lượng vectơ, ngoài giá trị bằng số, nó còn có hướng luôn trùng với hướng của kim từ tính thử nghiệm trong từ trường đang nghiên cứu.
Hình 8
Đơn vị của cảm ứng từ là Tesla (TL), mặc dù trong thực tế, họ thường sử dụng một đơn vị Gauss nhỏ hơn: 1TL = 10.000G. Là nhiều hay ít? Từ trường gần một nam châm cực mạnh có thể đạt tới vài T, gần kim từ tính của la bàn không quá 100 G, từ trường Trái đất gần bề mặt khoảng 0,01 G hoặc thậm chí thấp hơn.
Từ thông
Vectơ cảm ứng từ B đặc trưng cho từ trường tại một điểm duy nhất trong không gian. Để đánh giá hiệu quả của từ trường trong một không gian nhất định, một khái niệm khác như từ thông () được đưa ra.
Trong thực tế, nó đại diện cho số lượng dòng cảm ứng từ đi qua một không gian nhất định, qua một số khu vực: = B * S * cosα. Hình ảnh này có thể được thể hiện dưới dạng hạt mưa: một dòng là một giọt (B), và cùng với nó là từ thông. Đây là cách các đường sức từ của các cuộn dây riêng lẻ được kết nối thành một luồng chung.
Hình 9
Trong hệ thống SI, Weber (Wb) được coi là đơn vị của từ thông, từ thông này xảy ra khi cảm ứng 1 T hoạt động trên diện tích 1 sq.m.
Mạch từ
Từ thông trong các thiết bị khác nhau (động cơ, máy biến áp, v.v.), theo quy luật, đi theo một cách nhất định, được gọi là mạch từ hoặc đơn giản là mạch từ. Nếu mạch từ bị đóng (lõi của máy biến áp vòng), thì điện trở của nó nhỏ, từ thông đi qua không bị cản trở, được tập trung bên trong lõi. Hình dưới đây cho thấy các ví dụ về cuộn dây với các mạch từ đóng và mở.
Hình 10
Điện trở mạch từ
Nhưng lõi có thể được cắt và một mảnh có thể được kéo ra khỏi nó, để tạo ra một khoảng cách từ tính. Điều này sẽ làm tăng điện trở từ tổng thể của mạch, do đó, làm giảm từ thông và nói chung là giảm cảm ứng trong toàn bộ lõi.Nó giống như hàn rất nhiều điện trở trong một mạch điện.
Hình 11.
Nếu khe hở kết quả được đóng lại bằng một miếng thép, thì hóa ra một phần bổ sung có điện trở từ thấp hơn được kết nối song song với khe hở, sẽ khôi phục từ thông bị nhiễu. Điều này rất giống với một shunt trong các mạch điện. Nhân tiện, cũng có một định luật cho mạch từ, được gọi là định luật Ohm cho mạch từ.
Hình 12.
Phần chính của từ thông sẽ đi qua shunt từ. Đó là hiện tượng này được sử dụng trong ghi từ các tín hiệu âm thanh hoặc video: lớp sắt từ của băng che lấp khoảng trống trong lõi của các đầu từ và toàn bộ từ thông được đóng qua băng.
Hướng của từ thông do cuộn dây tạo ra có thể được xác định bằng cách sử dụng quy tắc của bàn tay phải: nếu bốn ngón tay duỗi ra chỉ hướng của dòng điện trong cuộn dây, ngón cái sẽ hiển thị hướng của các đường sức từ, như trong Hình 13.
Hình 13.
Người ta tin rằng các đường từ rời khỏi cực bắc và đi vào phía nam. Do đó, ngón cái trong trường hợp này chỉ ra vị trí của cực nam. Kiểm tra xem điều này là như vậy, bạn có thể một lần nữa sử dụng kim la bàn.
Động cơ điện hoạt động như thế nào
Được biết, điện có thể tạo ra ánh sáng và nhiệt, tham gia vào các quá trình điện hóa. Sau khi làm quen với những điều cơ bản của từ tính, bạn có thể nói về cách thức hoạt động của động cơ điện.
Động cơ điện có thể có thiết kế, công suất và nguyên lý hoạt động rất khác nhau: ví dụ, dòng điện trực tiếp và xen kẽ, bước hoặc bộ thu. Nhưng với tất cả các thiết kế đa dạng, nguyên tắc hoạt động dựa trên sự tương tác của từ trường của rôto và stato.
Để có được các từ trường này, dòng điện được truyền qua các cuộn dây. Dòng điện càng lớn và cảm ứng từ của từ trường bên ngoài càng cao thì động cơ càng mạnh. Lõi từ được sử dụng để tăng cường lĩnh vực này, vì vậy có rất nhiều bộ phận thép trong động cơ điện. Một số mô hình động cơ DC sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Hình 14.
Ở đây, bạn có thể nói, mọi thứ đều rõ ràng và đơn giản: họ truyền một dòng điện qua dây dẫn, nhận được từ trường. Tương tác với một từ trường khác làm cho dây dẫn này chuyển động, và thậm chí thực hiện công việc cơ học.
Hướng quay có thể được xác định theo quy tắc của tay trái. Nếu bốn ngón tay duỗi ra chỉ hướng của dòng điện trong dây dẫn và các đường sức từ đi vào lòng bàn tay của bạn, thì ngón cái uốn cong sẽ chỉ ra hướng phóng của dây dẫn trong từ trường.
Tiếp tục: Cuộn cảm và từ trường. Phần 2. Cảm ứng điện từ và điện cảm
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: