Существуют четыре фундаментальные силы физики, и одна из них называется электромагнетизм. Обычные магниты имеют ограниченное применение. Электромагнит — это устройство, которое создает магнитное поле во время прохождения электрического тока. Поскольку электричество может быть включено и выключено, то же самое касается и электромагнита.
Он даже может быть ослаблен или усилен путем уменьшения или увеличения тока. Электромагниты находят свое применение в различных повседневных электроприборах, в разных областях промышленности, от обычных переключателей до двигательных установок космических аппаратов.
Что такое электромагнит?
Электромагнит можно рассматривать как временный магнит, который функционирует с потоком электричества, и его полярность может быть легко изменена путем изменения направления тока. Также сила электромагнита может быть изменена путем изменения величины тока, протекающего через него.
Урок 173 (осн). Электромагниты
Сфера применения электромагнетизма необычайно широка. Например, магнитные выключатели являются предпочтительными в использовании тем, что они менее восприимчивы к изменениям температуры и способны поддерживать номинальный ток без ложного срабатывания.
Электромагниты и их применение
Вот некоторые из примеров, где они используются:
- Моторы и генераторы. Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов, которые работают по принципу электромагнитной индукции. Это явление было открыто ученым Майклом Фарадеем. Он доказал, что электрический ток создает магнитноее поле. Генератор использует внешнюю силу ветра, движущейся воды или пара, вращает вал, который заставляет двигаться набор магнитов вокруг спирального провода, чтобы создать электрический ток. Таким образом, электромагниты преобразуют в электрическую другие виды энергии.
- Практика промышленного использования. Только материалы, сделанные из железа, никеля, кобальта или их сплавов, а также некоторые природные минералы реагируют на магнитное поле. Где используют электромагниты? Одной из сфер практического применения является сортировка металлов. Поскольку упомянутые элементы используются в производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.
- Где применяют электромагниты? С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.
Электромагниты в повседневной жизни
Электромагниты часто используются для хранения информации, так как многие материалы способны поглощать магнитное поле, которое может быть впоследствии считано для извлечения информации. Они находят применение практически в любом современном приборе.
Где применяют электромагниты? В быту они используются в ряде бытовых приборов. Одной из полезных характеристик электромагнита является возможность изменения магнитной силы, при изменении силы и направление тока, текущего через катушки или обмотки вокруг него. Колонки, громкоговорители и магнитофоны — это устройства, в которых реализуется этот эффект. Некоторые электромагниты могут быть очень сильными, причем их сила может регулироваться.
Где применяют электромагниты в жизни? Простейшими примерами служат дверные звонки и электромагнитные замки. Используется электромагнитная блокировка для двери, создавая сильное поле. Пока ток проходит через электромагнит, дверь остается закрытой. Телевизоры, компьютеры, автомобили, лифты и копировальные аппараты — вот где применяют электромагниты, и это далеко не полный список.
Электромагнитные силы
Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.
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.
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.
Источник: fb.ru
Электромагнит — устройство и принцип работы
Чтобы понять, как работают электромагниты, надо рассмотреть их конструкцию. Простое устройство объясняет принцип действия электромагнита. При протекании электрического заряда в теле обмотки возникает излучение магнитного поля, пронизывающее магнитопровод.
Формула магнитного потока
Внутри металла или ферромагнита, в соответствии с законами физики, формируются микроскопические магнитные поля, именуемые доменами. Их поля под внешним воздействием обмотки выстраиваются в определённом порядке. В результате магнитные силы доменов суммируются, образуя сильное магнитное поле, сообщая магнитопроводу способность притягивать массивные металлические предметы.
Важно! Чтобы остановить электромагнитную индукцию, достаточно отключить ЭМ от источника тока. При этом сохранится частица магнитного поля. Такой эффект называют гистерезисом.
Принцип работы
Принцип действия магнитного пускателя основывается на явлении электромагнитной индукции. Если через катушку ток не проходит, значит, магнитное поле в ней отсутствует. Это приводит к тому, что пружина механически отталкивает подвижные контакты. Как только питание катушки восстановлено, в ней возникают магнитные потоки, сжимающие пружину и притягивающие якорь к неподвижно закрепленной части магнитопровода.
Так как работает пускатель только под воздействием электромагнитной индукции, размыкание контактов происходит при перебоях с электричеством и при снижении напряжения в сети больше чем на 60% от номинального показателя. Когда напряжение вновь восстановлено, контактор не включается самостоятельно. Для его активации потребуется нажатие кнопки «Пуск».
При необходимости изменения направления вращения асинхронного двигателя применяются реверсивные устройства. Реверс происходит благодаря 2 контакторам, активирующимся по очереди. При одномоментном включении контакторов происходит короткое замыкание. Для исключения таких ситуаций в конструкцию входит специальная блокировка.
Классификация
Ротор — что это такое
ЭМ различают по способам создания магнитных полей. Существуют электромагниты трёх разновидностей:
- электромагнит переменного тока;
- нейтральный прибор постоянного тока;
- поляризованный ЭМ постоянного тока.
Магниты, работающие на переменном токе, меняют направление магнитного потока вместе с удвоенной частотой электротока.
Нейтральные ЭМ, подключённые к источнику постоянного тока, создают магнитные потоки, не зависящие от направления электротока.
В поляризованных устройствах ориентировка магнитного потока привязана к направлению электрического тока. Поляризованные ЭМ состоят из двух магнитов. Один из них направляет поляризующий поток магнитного поля на второй электромагнит для его отключения.
Применение электромагнитов
Питание обмотки данного типа магнитов производится переменным током. Поскольку он является переменным, то направление и величина магнитного потока, также периодически изменяются. При этом, сила притяжения действует в одном направлении и изменяется только ее величина. Поэтому, происходит пульсация силы притяжения от нулевого до наивысшего значения, частота которой в два раза выше частоты питающего напряжения.
Для того, чтобы лучше понять разницу между двумя видами электромагнитов, следует рассматривать их в сравнении. Таким образом, можно наиболее точно определить целесообразность их применения в той или иной сфере.
При одинаковых сечениях полюсов, среднее значение силы при постоянном токе, в два раза больше, чем сила при переменном. Это касается всех конструкций, с различным количеством фаз. Иначе говоря, сталь, используемая в магните постоянного, дает эффект, в два раза больший, чем при питании от переменного.
Поэтому, при одинаковых параметрах хода якоря и силы тяги, электромагнит переменного тока имеет значительно больший вес, поскольку имеет место повышенный расход содержащихся в нем материалов. Здесь же следует учитывать и реактивную мощность, напрямую связанную со значением физической работы, которую должен выполнить электромагнит.
Преимущества использования электромагнитов
Главным преимуществом электрического магнита перед постоянным источником магнитного поля заключается в том, что он приводится в рабочее состояние под воздействием электрического тока. То есть, когда нужно оказать магнитное влияние на определённую часть пространства, ток включают. Это позволяет обеспечивать ритмичную работу ЭМ, что с успехом применяется в разных видах электро оборудования, приборов и устройств.
Электромагнит можно обнаружить в электрических счётчиках, сепараторных установках, трансформаторах, теле,- и аудиотехнике и других устройствах.
Мощные магниты установлены на мостовых кранах в цехах металлургических заводов и лебёдках предприятий по сбору металлолома.
Грузоподъёмные электромагниты
Одно из первых применений ЭМ – это динамики. Звуковое устройство в своей основе имеет электромагнит, который заставляет колебаться мембрану в звуковом диапазоне.
ЭМ используются в металлоискателях для обнаружения металлосодержащих предметов под землёй, в воде и различных массивах.
Преимущества использования
Частота вращения: формула
Электромагниты переменного тока могут быть использованы:
- для размагничивания объектов (экранов телевизоров, аудио кассет, видео кассет);
- в качестве компонентов других электрических устройств, таких как двигатели, генераторы, реле, громкоговорители, жесткие диски, магнитно-резонансная аппаратура, научные приборы и оборудование для магнитной сепарации;
- в промышленности для сбора и перемещения тяжелых железных предметов, таких как лом чугуна и стали.
Основным преимуществом электромагнита перед постоянным магнитом является то, что магнитное поле можно быстро изменять. При этом электрический ток в обмотке является величиной контролируемой. В отличие от постоянных магнитов, работающих без электропитания, электромагниты требуют постоянных источников тока для поддержания магнитного поля.
Сверхпроводящий электромагнит
Сверхпроводимостью считают свойство материалов с сопротивлением, близким к нулю. Электромагниты с практически нулевым показателем сопротивления обладают сверхмощным магнитным полем. Сила магнитного воздействия может заставить парить в пространстве такие диамагнетики, как кусочки свинца и органические объекты.
Как было замечено физиками, металлы приобретают свойство сверхпроводимости при сверхнизкой температуре. Чтобы получить эффект сверхпроводимости, обмотки ЭМ помещают в сосуд Дьюара с жидким гелием, который снабжён клапаном для сброса паров вещества. Сверхпроводящие магниты применяют в медицинском оборудовании – аппаратах МРТ (магнитный резонансный томограф). В экспериментальных поездах на воздушной подушке применяются сверхпроводящие магниты.
Сверхпроводящий магнит
Электромагнитные силы
Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.
Как сделать электромагнит 12в
Самый просто способ, как сделать электромагнит, – это взять обычный гвоздь, провод и батарейку. По всей длине стержня наматывают изолированный провод. Концы проводника прижимают к полюсам батарейки. Для того чтобы заряд не расходовался зря, один конец провода припаивают к положительному контакту.
Другое окончание нужно делать в виде подпружиненной дуги, которую прижимают к клемме батарейки со знаком минус. На нижнем фото видно, как можно сделать электромагнит в домашних условиях.
Электромагнит своими руками
Обратите внимание! При изготовлении электромагнита с батарейкой можно использовать контактную колодку со старого устройства. Для отключения магнита будет достаточно вынуть батарейку из контактной коробки.
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).
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.
Примеры использования ЭМ
В качестве примеров применения электромагнитов можно привести следующие приборы:
- телевизоры;
- трансформаторы;
- пусковые устройства автомобилей.
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.
Источник: toolprokat43.ru
Электромагнит
В данной статье в общем и целом рассказывается об электромагнитах: по какому принципу они устроены, и в каких областях используются такие устройства.
Основы теории магнетизма
Магниты
Магнитами могут быть любые устройства, создающие магнитные поля.
Различают:
- Постоянные магниты – изделия из тех материалов, которые обладают природным магнетизмом (как правило, ферромагнетизмом). Для создания такого магнита источник тока не требуется;
- Электромагниты переменного тока – это тип магнитов, в котором магнитные поля производятся с помощью электрического тока.
Для информации. Электромагниты обычно состоят из большого количества плотно расположенных витков провода, вокруг которых создаётся магнитное поле. Виток к витку провод наматывается на магнитопровод, изготовленный из ферромагнитного материала. Магнитное поле сразу исчезает, если ток выключают.
Электромагнитная катушка содержит две близко расположенных параллельных обмотки. Такая катушка рассчитана на определенное напряжение (переменное или постоянное). Последнее колеблется в очень широком диапазоне и обычно указывается на шильдике изделия.
Электромагнитная катушка без сердечника называется соленоидом, её отличительной особенностью является втягивающий эффект. Такая разновидность катушки обладает способностью втягивать вовнутрь ферромагнитные предметы.
Как работает электромагнит
Электрический ток, протекающий через провод, производит магнитное поле. Как сделать мощный электромагнит? На увеличение магнитного эффекта оказывают влияние следующие факторы:
- наматывание проволоки;
- применение мягкого железного сердечника;
- повышение тока;
- увеличение количества катушек.
Как сделать электромагнит 12в
Сделать электромагнит своими руками легко, тем более что все элементы есть в каждом доме. Для этого нужно взять:
- любой медный провод (2-5 метров);
- металлический цилиндр формы такой, как бобина от туалетной бумаги;
- аккумулятор на 12 Вольт.
Медную проволоку вдоль цилиндра накручивают двойным или тройным слоем в соответствии с требуемой мощностью. Чем больше плотность витков проводов, тем лучше. После окончания намотки проволоку обрезают, и выводы подключают к источнику питания.
Полярность электромагнита соответствует направлению течения тока. Северный полюс устройства определяется с помощью правой руки. Пальцы, загнутые вокруг катушки, показывают направление тока. Обычно ток течет от + к –. Направление большого пальца соответствует направлению магнитного поля от юга к северу.
Как сделать электромагнит
Преимущества использования
Электромагниты переменного тока могут быть использованы:
- для размагничивания объектов (экранов телевизоров, аудио кассет, видео кассет);
- в качестве компонентов других электрических устройств, таких как двигатели, генераторы, реле, громкоговорители, жесткие диски, магнитно-резонансная аппаратура, научные приборы и оборудование для магнитной сепарации;
- в промышленности для сбора и перемещения тяжелых железных предметов, таких как лом чугуна и стали.
Основным преимуществом электромагнита перед постоянным магнитом является то, что магнитное поле можно быстро изменять. При этом электрический ток в обмотке является величиной контролируемой. В отличие от постоянных магнитов, работающих без электропитания, электромагниты требуют постоянных источников тока для поддержания магнитного поля.
Расчеты
Для переменного тока
Сила магнитного поля электромагнита зависит от тока (I), количества витков (N) провода и проницаемости (u) основного материала:
Обычно используют термин «эффективность» для описания характеристик электромагнитного излучения или представляют производительность (n) в процентах как отношение измеренной силы поля к расчетной величине:
n = 100% * (B изм. / B расч.).
Для постоянного тока
После подключения электромагнита ток в обмотке изменяется. Скорость его нарастания определяется напряжением питания, индуктивностью цепи, постоянной времени. Чем меньше активное сопротивление цепи, тем быстрее будет срабатывать электромагнит.
Примеры применения
Телевизоры
Старые модели телевизоров содержали в своем комплекте две пары катушек, перпендикулярно расположенных друг к другу и закрепленных на электронно-лучевую трубку. Одна пара отклоняла луч по горизонтали, другая – по вертикали. Ток, протекающий через эти электромагниты, контролировал пучок электронов, падающих на экран телевизора. Этот метод обеспечивал трассировку лучей из растра или серии горизонтальных линий, одну за другой, от верхней части экрана к нижней, а затем снова на вершину рамы.
Благодаря этому, создавалась картинка, видимая на экране телевизора. Один набор обмоток перемещал электронный луч слева направо, другой набор двигал пучок электронов сверху вниз.
Трансформаторы
Трансформатор представляет собой просто два электромагнита, магнитно сочетаемые вместе. Существует электрическая изоляция между двумя обмотками. Тем не менее, сила передаётся от одной из обмоток (первичной) в другую обмотку (вторичную) через переменное магнитное поле. Система работает от сети переменного напряжения. Соотношение вторичного выходного напряжения на основной ввод напряжения равно отношению числа витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной обмотке.
Пусковое устройство автомобиля
Электромагнит (втягивающее реле) является частью реле стартера, которое подключает сильноточный аккумулятор к соленоиду. Реле находится на самом стартере, прямо под контактами. Для того чтобы к нему подобраться и проверить работоспособность, понадобится снять лишь пусковое устройство.
Как можно сделать электромагнит своими руками в домашних условиях? Сначала нужно понять суть таких непростых физических явлений, как магнетизм и электромагниты. Для этого достаточно найти описание принципа их действия на примере обычных вещей.
Видео
Источник: elquanta.ru