Что такое электромагнит, виды и сфера применения

Электромагниты и их применение

Электромагнит создает магнитное поле с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током. Для того чтобы усилить это поле и направить магнитный поток по определенному пути, в большинстве электромагнитов имеется магнитопровод, выполняемый из магнитномягкой стали.

Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах – электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи – телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.

Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах.

Вес электромагнитов колеблется от долей грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электрическая мощность – от милливатт до десятков тысяч киловатт.

Особой областью применения электромагнитов являются электромагнитные механизмы. В них электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения рабочего органа или поворота его в пределах ограниченного угла, или для создания удерживающей силы.

Примером подобных электромагнитов являются тяговые электромагниты, предназначенные для совершения определенной работы при перемещении тех или иных рабочих органов; электромагнитные замки; электромагнитные муфты сцепления и торможения и тормозные электромагниты; электромагниты, приводящие в действие контактные устройства в реле, контакторах, пускателях, автоматических выключателях; подъемные электромагниты, электромагниты вибраторов и т. п.

В ряде устройств наряду с электромагнитами или взамен их используются постоянные магниты (например, магнитные плиты металлорежущих станков, тормозные устройства, магнитные замки и т. п.).

Электромагниты весьма разнообразны по конструктивным выполнениям, которые различаются по своим характеристикам и параметрам, поэтому классификация облегчает изучение процессов, происходящих при их работе.

В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы электромагниты подразделяются на три группы: электромагниты постоянного тока нейтральные, электромагниты постоянного тока поляризованные и электромагниты переменного тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока рабочий магнитный поток создается с помощью обмотки постоянного тока. Действие электромагнита зависит только от величины этого потока и не зависит от его направления, а следовательно, от направления тока в обмотке электромагнита. При отсутствии тока магнитный поток и сила притяжения, действующая на якорь, практически равны нулю.

Поляризованные электромагниты постоянного тока характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков:(поляризующего и рабочего. Поляризующий магнитный поток в большинстве случаев создается с помощью постоянных магнитов. Иногда для этой цели используют электромагниты. Рабочий поток возникает под действием намагничивающей силы рабочей или управляющей обмотки. Если ток в них отсутствует, на якорь действует сила притяжения, создаваемая поляризующим магнитным потоком. Действие поляризованного электромагнита зависит как от величины, так и от направления рабочего потока, т. е. от направления тока в рабочей обмотке.

Электромагниты переменного тока

В электромагнитах переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока. Магнитный поток, создаваемый обмоткой, по которой проходит переменный ток, периодически изменяется по величине и направлению (переменный магнитный поток), в результате чего сила электромагнитного притяжения пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока.

Однако для тяговых электромагнитов снижение электромагнитной силы ниже определенного уровня недопустимо, так как это приводит к вибрации якоря, а в отдельных случаях к прямому нарушению нормальной работы. Поэтому в тяговых электромагнитах, работающих при переменном магнитном потоке, приходится прибегать к мерам для уменьшения глубины пульсации силы (например, применять экранирующий виток, охватывающий часть полюса электромагнита).

Кроме перечисленных разновидностей, в настоящее время большое распространение получили электромагниты с выпрямлением тока, которые по питанию могут быть отнесены к электромагнитам переменного тока, а по своим характеристикам приближаются к электромагнитам постоянного тока. Поскольку все же имеются некоторые специфические особенности их работы.

В зависимости от способа включения обмотки различают электромагниты с последовательными и параллельными обмотками.

Обмотки последовательного включения , работающие при заданном токе, выполняются с малым числом витков большого сечения. Ток, проходящий по такой обмотке, практически не зависит от ее параметров, а определяется характеристиками потребителей, включенных .последовательно с обмоткой.

Обмотки параллельного включения , работающие при заданном напряжении, имеют, как правило, весьма большое число витков и выполняются из провода малого сечения.

По характеру работы обмотки электромагниты разделяются на работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах.

По скорости действия электромагниты могут быть с нормальной скоростью действия, быстродействующие и замедленно действующие. Это разделение является несколько условным и свидетельствует главным образом о том, приняты ли специальные меры для получения необходимой скорости действия.

Все перечисленные выше признаки накладывают свой отпечаток на особенности конструктивных выполнений электромагнитов.

Вместе с тем при всем разнообразии встречающихся на практике электромагнитов они состоят из основных частей одинакового назначения. К ним относятся катушка с расположенной на ней намагничивающей обмоткой (может быть несколько катушек и несколько обмоток), неподвижная часть магнитопровода, выполняемого из ферромагнитного материала (ярмо и сердечник) и подвижная часть магнитопровода (якорь). В некоторых случаях неподвижная часть магнитопровода состоит из нескольких деталей (основания, корпуса, фланцев и т. д.). а)

Якорь отделяется от остальных частей магнитопровода воздушными промежутками и представляет собой часть электромагнита, которая, воспринимая электромагнитное усилие, передает его соответствующим деталям приводимого в действие механизма.

Количество и форма воздушных промежутков, отделяющих подвижную часть магнитопровода от неподвижной, зависят от конструкции электромагнита. Воздушные промежутки, в которых возникает полезная сила, называются рабочими; воздушные промежутки, в которых не возникает усилия в направлении возможного перемещения якоря, являются-паразитными.

Поверхности подвижной или неподвижной части магнитопровода, ограничивающие рабочий воздушный промежуток, называют полюсами.

В зависимости от расположения якоря относительно остальных частей электромагнита различают электромагниты с внешним притягивающимся якорем, электромагниты со втягивающимся якорем и электромагниты с внешним поперечно движущимся якорем.

Характерной особенностью электромагнитов с внешним притягивающимся якорем является внешнее расположение якоря относительно обмотки. На него действует главным образом рабочий поток, проходящий от якоря к торцу шляпки сердечника. Характер перемещения якоря может быть вращательным (например, клапанный электромагнит) или поступательным. Потоки рассеяния (замыкающиеся помимо рабочего зазора) у таких электромагнитов практически не создают тягового усилия, и поэтому их стремятся уменьшить. Электромагниты этой группы способны развивать достаточно большое усилие, но обычно применяются при сравнительно небольших рабочих ходах якоря.

Особенностью электромагнитов со втягивающимся якорем являются частичное расположение якоря в своем начальном положении внутри катушки и дальнейшее перемещение его в катушку в процессе работы. Потоки рассеяния у таких электромагнитов, особенно при больших воздушных зазорах, создают определенное тяговое усилие, в результате чего они являются полезными, особенно при сравнительно больших ходах якоря. Такие электромагниты могут выполняться со стопом или без него, причем форма поверхностей, образующих рабочий зазор, может быть различной в зависимости от того, какую тяговую характеристику нужно получить.

Наибольшее распространение получили электромагниты с плоскими и усеченно коническими полюсами, а также электромагниты без стопа. В качестве направляющей для якоря чаще всего применяется трубка из немагнитного материала, создающая паразитный зазор между якорем и верхней, неподвижной, частью магнитопровода.

Электромагниты со втягивающимся якорем могут развивать усилия и иметь ход якоря, изменяющиеся в очень большом диапазоне, что обусловливает их широкое распространение.

В электромагнитах с внешним поперечно движущимся якорем якорь перемещается поперек магнитных силовых линий, поворачиваясь на некоторый ограниченный угол. Такие электромагниты обычно развивают сравнительно небольшие усилия, но они позволяют путем соответствующего согласования форм полюсов и якоря получать изменения тяговой характеристики и высокий коэффициент возврата.

В каждой из трех перечисленных групп электромагнитов в свою очередь имеется ряд конструктивных разновидностей, связанных как с характером протекающего по обмотке тока, так и с необходимостью обеспечения заданных характеристик и параметров электромагнитов.

Исследовательская работа «Электромагниты»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 2»

Введение 5 Магнит и виды магнитов 7 Что такое электромагнит? 9 Применение электромагнитов в разных сферах деятельности современного человека 10 Сборка и испытание модели электромагнита 14 Заключение 17 Литература 18

Однажды, возвращаясь из школы домой, я дошёл до подъезда. Дверь, как всегда, была закрыта. Я простым прикосновением ключа в виде «таблетки» открыл дверь. Мне стало любопытно, по какому принципу работает домофон. Что является главным компонентом домофонной системы?

Зайдя в квартиру, я поделился своим любопытством с папой. Папа сказала, что все современные домофоны комплектуются электромагнитными замками. Их основное преимущество в отсутствии движущихся частей и исключительной износоустойчивости. Удержание двери осуществляется создаваемым замком магнитным полем с силой до 500 кг. При этом потребление энергии минимальное.

Возник вопрос: что такое электромагнит?

Появилась необходимость более подробно рассмотреть данный вопрос и выяснить, можно ли создать простейшую модель электромагнита.

Цель моей исследовательской работы: выяснить принцип работы электромагнита.

Изучить литературу по данной теме. Узнать, что такое магнит и виды магнитов. Определить, что называют электромагнитом. Выяснить, где применяются электромагниты. Создать простейшую модель электромагнита в домашних условиях. Сделать выводы по результатам исследования.

Объект исследования: электромагнит.

Гипотеза исследования: если обмотать изолированную медную проволоку вокруг куска железа и пустить по ней электрический ток, то железо превратится в магнит.

Чтение научной литературы. Сбор необходимых материалов. Подготовка их к работе. Выполнение исследования.

Магнит известен человеку с незапамятных времён. О первом упоминании магнитов существуют разные сведения. Согласно, самому распространенному мнению, магнит впервые был открыт в Китае за 4 тыс. лет до нашей эры.

Следуя тому, что написано в летописях о применении магнитных материалов – легендарный китайский император Хуан-ди использовал компас во время битвы. По иной версии, он использовал, так называемые колесницы, указывающие на юг. Известно, что компас в виде ложки на гладкой поверхности использовался в династии Хань для предсказаний.

Согласно другой версии, впервые магнит и магнитный компас упоминается лишь в IV веке до нашей эры в “Книге владельца Долины дьявола”.

Западные исследователи отдают приоритет в открытии магнетизма древним грекам. Тит Лукреций Кар в своём сочинении «О природе вещей» писал, что камень, притягивающий железо назывался в Греции магнитом по имени провинции Магнисия в Фессалии. По версии Плиния Старшего, слово «магнит» произошло от имени пастуха Магнеса.

Читайте также:  Что такое электрическая вибротрамбовка?

Европейские легенды гласят, что магнитный компас был открытием ювелира Флавио Джойа. Флавио был человеком бедным, но полюбил дочь богатого рыбака Доменико. Отец не желал своей дочери такого бедного жениха и поставил условие научиться плавать по прямой линии в тумане ночью. Находчивый ювелир заметил, что пробка с лежащим на ней магнитным камнем, помещенная в чашку с водой всегда ориентируется в одну сторону, и сумел выполнить сложное задание.

Магнит и виды магнитов

Если говорить упрощенно, то магнит – это тело, которое умеет притягивать железо. Или: магнит – это объект, сделанный из определенного материала, который создает магнитное поле.

Каждый магнит имеет, по крайней мере, один “северный ” (N) и один ” южный ” (S) полюс.

Если вы возьмете кусок магнита и разломите его на два кусочка, каждый кусочек опять будет иметь “северный” и “южный” полюс. Если вы вновь разломите получившийся кусочек на две части, каждая часть опять будет иметь “северный” и “южный” полюс. Неважно, как малы будут образовавшиеся кусочки магнитов – каждый кусочек всегда будет иметь “северный” и “южный” полюс. Невозможно добиться, чтобы образовался кусок с одним полюсом.

Существуют три основных вида магнитов:

    постоянные (природные) магниты; временные магниты; электромагниты.

Природные магниты, называемые магнитной рудой, образуются, когда руда, содержащая железо или окиси железа, охлаждается и намагничивается за счет земного магнетизма. Постоянные магниты обладают магнитным полем при отсутствии электрического тока.

Временные магниты — это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. В качестве примера можно привести скрепки и гвозди, а также другие изделия из «мягкого» железа.

Электромагниты — металлический сердечник с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток. Причем, сила электромагнита может быть изменена путем изменения величины тока, протекающего через него.

Что такое электромагнит?

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки и сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Обмотку электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты.

В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов и позволила широко применять их в технике.

Применение электромагнитов в разных сферах деятельности современного человека

Электромагниты используются в наше время во многих сферах производства и жизнедеятельности. Начиная от крошечных электромагнитных систем в двигателях оптических приводов DVD-проигрывателей и компьютеров и заканчивая мощными магнитами, способными поднять металлический груз весом в несколько тонн.

Вот некоторые из примеров, где они используются:

    В повседневной жизни.

В быту они используются в ряде бытовых приборов, например, колонки, громкоговорители и магнитофоны.

А также 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, холодильники, стиральные машины, лифты и копировальные аппараты – вот где применяют электромагниты, и это далеко не полный список.

    В производстве моторов и генераторов.

Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов.

В производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.

С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты.

Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования.

Большинству из нас известно исследование работы сердца с помощью электрических датчиков – электрокардиограмма. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают магнитное поле сердца, которое в max значениях составляет 10-6 напряжённости магнитного поля Земли. Ценность магнитокардиографии в том, что она позволяет получить сведения об электрически “немых” областях сердца.

    Японский левитирующий поезд.

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.

Самый простой вывод, который можно сделать из выше сказанного – нет области прикладной деятельности человека, где бы не применялись магниты.

Сборка и испытание модели электромагнита

Мы решили собрать простейшую модель электромагнита.

Для изготовления нам понадобятся:

    Гвоздь ≈ 10 см Изоляционная лента Медная проволока в изоляции Кусачки для резки проводов Источник электричества (батарейка, аккумулятор) Железные скрепки

    размотать изолированную проволоку и отрезать небольшой кусок, длиной 1-1,5 м; снять изоляцию с двух концов проволоки острым предметом (ножиком), примерно 2-3 см; намотать провод на гвоздь; концы провода, для удобства, зафиксировать изоляционной лентой;

    один конец провода подсоединить к одной из клемм аккумулятора;

    положить на стол скрепки для бумаги и свободный конец провода присоединить к свободной клемме аккумулятора, и смотрим, что произойдет, когда мы поднесем гвоздь к скрепкам;

    электромагнит готов, скрепки примагнитили.

Эксперимент, проведенный нами, показал, что если в проводнике течет ток, то вокруг возникает магнитное поле, то есть получается магнит.

Таким образом, мы узнали, как работает электромагнит и, что отличает его от обычного магнита, он не только крепко притягивает груз, но и отпускает его в нужный момент.

В результате исследования, мы выяснили, что если обмотать кусок железа изолированной медной проволокой и пустить по ней электрический ток, то железо превратится в магнит.

Таким образом, выдвинутая нами гипотеза полностью подтвердилась.

В огромном арсенале средств современной науки магнит занимает совершенно особое место. Без него невозможно никакое исследование, никакая наука, никакая промышленность, никакая цивилизованная жизнь. Если вспомнить еще и о том, что не обладай Земля магнитным полем, она была бы сейчас испепеленной космическим излучением планетой, как Марс, то можно почувствовать к магнитам нечто вроде благодарности.

Но кроме благодарности магнит достоин и уважения – ведь если мыслить в исторических масштабах, то приходится сознаться, что мы немногое еще можем сказать о природе притяжения магнита.

Мы много знаем об электричестве и магнетизме и с каждым днем узнаем все больше и больше. Но за одной проблемой встают другие, не менее сложные и интересные. Жизнь всегда будет полна загадок. И наряду с самыми сложными – загадкой жизни и загадкой Вселенной – загадка магнита всегда будет давать пищу для любознательного ума.

Поэтому, моя исследовательская работа на этом не заканчивается, и я надеюсь ее продолжить и ставить более сложные эксперименты в 2-3 классах.

Перельман ли вы физику?.-.Домодедово: издательство «ВАП», 1994 Тарасов в природе.-.Москва: издательство «Просвещение», 1988 Большая Советская Энциклопедия. – М., 1975г. Детская Энциклопедия. – М.: «Педагогика», 1975г. . Занимательная физика. – М., «Наука», 1986

Электромагниты и их применение

Раздел программы: Электричество в нашей квартире

Тема: Электромагниты и их применение

Трудовое задание: Ознакомить учащихся с электромагнитами

Время работы: 45 мин.

1) Ознакомить учащихся с историей открытия магнитного поля;

2) Ознакомить учащихся с использованием электромагнитов в повседневной жизни;

3) Ознакомить учащихся с принципом действия электромагнита;

1) Уметь объяснить принцип действия электромагнитов;

2) Учить применять электромагниты по назначению;

3) Уметь различать виды электромагнитов;

1) Знание видов электромагнитов позволит различать различные приборы и их назначение

Тип урока: Урок изучения нового материала

Основной метод проведения урока: Эвристическая беседа

Оборудование: школьный конструктор трудовому обучению “Электричество-Г”, источник питания (батарейка карманного фонаря или выпрямитель типа ЛИП).

Литература: 1. «Технология» 8 кл.;

2. «Подготовка учителя технологии к уроку» Соловьянюк В.Г.

Место проведения: Учебные мастерские

– Здравствуйте… садитесь! Дежурный, назовите отсутствующих.

– На уроках физики вы уже сталкивались с измерительными приборами. Но мало кто из вас знает, как они устроены и как они работают. Сегодня на уроке мы с вами должны ознакомиться с устройством основных электрических измерительных приборов и принципом их работы.

Сообщение темы и цели урока:

-Итак, тема нашего сегодняшнего занятия «Электрические измерительные приборы».

Этап актуализации знаний:

– Ребята, какие измерительные приборы вы знаете? (амперметр, вольтметр, ваттметр, мультиметр и др.)

-Для измерения каких величин предназначены эти приборы?

Изучение нового материала:

В 1820 г. датский физик Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку. Однако магнитное поле отдельного проводника очень слабое. Наиболее сильным магнитным действием обладает проводник с током, свернутым в виде спирали, если в нее вставлен стальной сердечник. Катушка со стальным сердечником получила название электромагнита.

Электромагниты создают сильные магнитные поля. Первый электромагнит был изготовлен в 1825 г. английским изобретателем Ульямом Стердженом (1783-1850). Он имел вид подковы из мягкого железа, на который был намотан изолированный медный провод. С помощью этого электромагнита, подключавшегося к химическому источнику тока, поднимали до трех килограмм железа.

Более мощные подковообразные электромагниты сконструировал американский физик Джозеф Генри (1797-1878) в ‘828 г., применив многослойную обмотку из изолированной проволоки, обеспечивая грузоподъемность до одной тонны. В настоящее время электромагниты могут поднимать груз от долей грамма до сотен тонн, потребляя электрическую мощность от долей ватт до десятков мегаватт.

Используются электромагниты очень широко и имеют различные размеры (муфты сцепления, тормоза, выключатели, электрические машины, измерительные приборы и т.д.) Например, электромагнит Серпуховского ускорителя протонов длиною 1320 м состоит из 120 блоков общим весом 20 тыс. т. Несмотря на конструктивное разнообразие, все электромагниты состоят из следующих основных частей: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника и якоря, передающего усилие деталям механизма.

Для снижения потерь энергии на нагревание, сердечники выполняют из набора листов специальной стали. Подъемная сила электромагнита равна силе, которая необходима для отрыва от электромагнита, притянутого им куска стали. Она определяется числом витков катушки, силой тока проходя­щего по катушке, магнитными свойствами сердечника.

Электромагнит нашел широкое применение в устройстве электромагнитного реле (термин реле происходит от французского relayer – сменять, заменять), которое построил впервые американский физик Джозеф Генри. Первоначально реле предназначалось для усиления сигнала электротелеграфа. Линия связи делилась на несколько участков, в конце каждого из них помещался электромагнит с подвижным якорем и контактами, позволяющими подключить новый участок линии связи с более мощным источником тока. Это была как бы “перепряжка” тока в пути – по аналогии с конной почтой, когда на промежуточных станциях происходила смена лоша­дей.

Читайте также:  Осциллографы: для чего нужны и как выбрать

Электромагнитное реле представляет собой электромеханический прибор, реагирующий на изменение величины или направления какого-либо параметра и позволяющий включать и выключать электрические устройства соответствующих участков электрической цепи. Реле широко применяется в системах автоматики, телеуправления, в аппаратах связи и т.д.

С помощью установки, изображенной на рис. 47-а, выясняют принцип действия реле, контакты которой работают на замыкание цепи. Основная часть реле – электромагнит с сердечником П-образной формы, стальной пластинки (якоря), закрепленной на одном конце, и контактов, выполняющих роль выключателя другой электрической цепи (управляемой) со своим источником тока. Схема реле (рис. 47-6) имеет две электрические цепи: цепь управления (1) и исполнительную или управляемую цепь (2). Первая состоит из электромагнита, источника тока и выключателя, вторая – из источника тока, лампы накаливания, замыкающих контактов реле.

Как действует эта установка? При замыкании выключателя в цепи управления идет электрический ток, который, протекая по обмотке электромагнита, намагничивает его сердечник; к сердечнику притягивается якорь, замыкающий контакты и включающий исполнительную цепь со своим отдельным источником тока и потребителем (лампа накали­вания, электродвигатель и т.д.). Кроме реле с разомкнутой контактной парой широко применяется электромагнитное Реле с нормально замкнутой контактной парой.

Разновидностью реле являются электромагнитные контакторы, которые предназначены для дистанционного включения и отключения электрических цепей, рассчитанных на сравнительно большее значение силы тока

(например, для управления работой мощных электродвигателей троллейбусов, электрооборудования кранов и т.д.)

Контактор состоит из подвижных и неподвижных контактов и электромагнита, замыкающего контакты при прохождении тока по обмотке его катушки. На рис. 48 показана конструктивная схема

Рис. 48. Однополюсный контактор: I-изоляционная панель, 2-катушка, 3-стальной сердечник 4-подвижный якорь, 5-силовые контакты

изоляционной панели 1. Он состоит из катушки 2 со стальным сердечником 3, подвижного якоря 4, силовых контактов 5, а также дугогасительной камеры и системы блокировочных контактов (нормально открытых и нормально закрытых).

Силовые контакты рассчитаны на включение и выключение значительных токов (десятки и сотни ампер). Блокировочные контакты используются для различного рода переключений в цепях управления и рассчитаны на относительно небольшую силу тока (доли и единицы ампера).

Если катушку электромагнита включают в цепь источника тока, то якорь контактора притягивается к сердечнику и замыкает силовые контакты. Одновременно с этим замыкаются нормально открытые и размыкаются нормально закрытые контакты.

При отключении катушки электромагнита главные и блокировочные контакты возвращаются в исходное положение. В зависимости от числа контактных пар различают одно-, двух- и трехполюсные контакторы.

Схема двухполюсного контактора с втяжным якорем показана на рис. 49. При включени намагничивающей катушки ‘1 сердечник 2 в нее втянется и увлечет за собой стержень 3,сделанный из изолятора. На этом стержне закреплены контактные пластины с контактами (подвижные контакты) 4, которые и замкнут ► 3 неподвижные рабочие 5 и блокировочные 6 контакты. При выключении тока в намагничивающей катушке, сердечник под действием силы тяжести опустится и все контакты разомкнутся. Управление контактором производят с помощью кнопочной станции (рис. 50), состоящей из двух кнопок “Пуск” (черная) и “Стоп” (красная).

Кнопка “Пуск” в начальном положении разомкнута, а Кнопка “Стоп” – замкнута. Кнопки соединены с металлическими пластинками 1, на которых установлены подвижные Контакты 2. При нажатии кнопки “Пуск” неподвижные контакты 3 замыкаются, а при отпускании пружина 4 возвращает Кнопку и контакты в исходное положение. При нажатии Кнопки “Стоп” неподвижные контакты 3 размыкаются, а приотпускании кнопки они вновь замкнутся.

Контактор вместе с кнопочной станцией представляет собой магнитный пускатель, применяемый для управление работой станков и других электротехнических устройств.

Этап применения новых знаний:

1. Какова роль сердечника в электромагните?

2.Каковы преимущества дугообразного электромагнита перед прямолинейным?

З.Как устроено электромагнитное реле и для каких целей оно применяется?

4.Каков принцип действия контактора?

Подведение итогов урока:

– Сегодня на уроке активно занимались… Им соответственно оценки…На этом наше занятие завершилось. До свидания.

Применение электромагнетизма

Сферы практического применения электромагнетизма

Невозможно переоценить практическое значение теории электромагнетизма, которая обеспечила интенсивный научно – технический прогресс за прошлые сто пятьдесят лет.

Прошедшие десятилетия принципиально изменили мир. На основе электромагнитной теории разработаны технологии, которые дали возможность сконструировать современные устройства сбора, обработки и хранения информации. Например:

  • Атомно – силовой микроскоп, который служит иллюстрацией электростатического взаимодействия. Это микроскоп обеспечивает атомное разрешение.
  • Сканеры.
  • Интравизоры.
  • Магнитно – резонансный томограф.
  • Металлодетекторы с высокой чувствительностью.
  • Накопители на флэш-памяти с объемом до 1 Тб.
  • Ксерокопировальные устройства.
  • Разные принтеры, аппараты факсимильной связи.

Возможности современных ускорителей заряженных частиц в сверхсильных магнитных полях выходят за рамки воображения. Так, Большой адронный коллайдер дает энергию протонам около 14TэВ.

Современные проезда на магнитной подушке способны развивать скорости более 500 км/ч.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Электромагнитные пушки могут придать снаряду скорость на вылете близкую к первой космической, при попадании в мишень снаряд такой пушки превращает твердую мишень в облако плазмы.

Огромный прогресс достигнут в повсеместном использовании интернета, мобильной и космической связи.

К актуальным вопросам, относимым, в том числе, к компетенции электромагнетизма причисляют:

  1. Проблему применения электричества атмосферы.
  2. Транспортировку энергии без проводов.
  3. Проблемы магнетизма Земли.
  4. Защиту нашей планеты от солнечного ветра.
  5. Вопросы солнечной энергетики.
  6. Замещение невосстанавливаемых источников энергии альтернативами.
  7. Создание наноструктур и материалов, которые имеют уникальные электрические и магнитные свойства.

Однако не следует забывать, что многие современные приборы и устройства имеют в своей основе процессы и явления, описанные еще в XIX веке, поэтому следует их изучать. Рассмотрим некоторые из них.

Машина постоянного тока

Явление электромагнитной индукции используется в электрических генераторах. В них электрический ток возникает при движении проводника в магнитном поле.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

При перемещении проводника, имеющего длину $l$ нормально к вектору магнитной индукции ($vec B$) магнитного поля, в этом проводнике появляется электродвижущая сила индукции, следовательно, в проводнике будет течь индукционный ток. На проводник с током оказывает действие сила Ампера ($vec F_A$).

Используя правило левой руки несложно убедиться, что направление силы Ампера противоположно направлению скорости перемещения проводника ($ vec v$) (рис.1). Для осуществления движения проводника с постоянной скоростью на этот проводник необходимо действовать с некоторой силой $vec F$, которая будет равна по величине силе Ампера, но направлена в противоположную сторону.

Данная внешняя сила при перемещении проводника на расстояние $Delta l=vDelta t$ будет совершать работу:

$A=FDelta l=IBlDelta l$=$fracBDelta S=qfrac=qbullet Ɛ_left( 1right)$.

Выражение (1) показывает, что работа внешних сил, заставляющих проводник перемещаться в магнитном поле, равна работе ЭДС индукции.

Физический принцип генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции при вращении рамки из проводника в магнитном поле

Основные части генератора постоянного тока:

  • индуктор, создающий магнитное поле;
  • якорь, в его обмотке возникает ЭДС индукции;
  • коллектор; электрические щетки.

Рисунок 1. Машина постоянного тока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Коллектором называют пластины из проводника, разделенные изолятором. Эти пластины соединены с катушками.

По пластинам коллектора скользят электрические щетки, которые осуществляют соединение концов обмоток с внешней электрической цепью.

Индуктор может быть неподвижен, в этом случае его называют статором.

Тогда якорь машины совершает вращение и носит название ротора. Якорь содержит сердечник из стали в форме цилиндра. Концы обмоток якоря соединяются с пластинами коллектора.

Если якорь вращается в магнитном поле индуктора, то в его обмотках возникает ЭДС индукции. При помощи скользящих контактов коллектора и электрических щеток обмотка якоря, в которой ЭДС индукции максимальна в данный момент времени, соединяется с потребителями.

Электродвигатель

Машина постоянного тока является обратимой. Это означает то, что данную машину можно применять для преобразования механической энергии в электрическую и обратно.

При использовании генератора постоянного тока как электродвигателя через обмотку индуктора пропускают постоянный ток.

Если подключить к щеткам постоянное напряжение в обмотке якоря появляется электрический ток, тогда провода обмотки испытывают действие силы Ампера со стороны магнитного поля. На противоположных сторонах якоря силы Ампера имеют противоположные направления, при их воздействии якорь начинает вращаться. При помощи электрического двигателя приводятся в движение колеса электрического транспорта.

Электрические приборы

Ряд электрических приборов использует то, что магнитные поля оказывают воздействие на проводники с током. В этих приборах электрический ток, который следует измерить, пропускают через проводящую рамку, которая размещена в поле постоянного магнита. Рамка находится на оси.

Вначале, когда через рамку начинают пропускать электрический ток, на рамку действуют силы Ампера, момент этих сил заставляет ее поворачиваться. Момент сил Ампера больше, чем момент сил упругости пружин, которые противостоят повороту. Подвижная часть прибора совершает поворот с ускорением. Достигается угол поворота, при котором моменты сил уравновешиваются. Подвижная часть приобретает запас кинетической энергии вращения, проходит положение равновесия и тормозится возвращающими пружинами, останавливается и начинает движение в обратную сторону. Так, происходят затухающие колебания. С целью успокоения колебаний используют специальные успокоители.

Угол поворота стрелки в устройствах магнитоэлектрической системы пропорционален силе тока.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

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.

Читайте также:  Что такое тяговый аккумулятор для складской техники, особенности и характеристики

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

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Применение – электромагнит

Иногда ограничиваются одним токовым реле, отключающим поврежденную цепь. Как правило, устройство всех этих реле основано на применении электромагнита . Однако используются и другие разновидности, в частности тепловые реле. Так, для защиты электродвигателя от перегрева при длительных перегрузках применяют реле, основной частью которого является биметаллическая пластина, которую ток от двигателя нагревает. Изгибаясь, пластина через систему рычагов может воздействовать на контакт, разрывающий цепь. Необходимая для разрыва цепи деформация изгиба пластины соответствует определенному перегреву. [46]

В 1957 г. Алма-Атинским заводом тяжелого машиностроения был сконструирован и изготовлен аппарат с применением электромагнита , который получил широкое распространение в промышленных котельных. [47]

В практике эксплуатации магистральных газопроводов наиболее распространенным методом определения характера и величины дефектов сварных соединений является метод осмотра дефектного места через лупу не менее, чем пятикратного увеличения. Этот метод, безусловно, не является таким совершенным и простым как метод с применением электромагнита и ферромагнитного порошка, распространенный в Киевском управлении магистральных газопроводов. Этот метод заключается в следующем: после обнаружения утечки газа, раскопки, очистки трубы от изоляции на дефектном месте и нахождения трещины, границы ее определяют так: подключают обмотку электромагнита к клеммам зварочного агрегата. При прохождении магнитных силовых линий между полюсами электромагнита трещина явится препятствием, в результате чего магнитные жловые линии отклонятся. [48]

Электротехника и радиоэлектроника Разделить значения этих двух слов не просто. Когда говорят об электротехнике, то обычно под этим подразумевают область техники, связанную с применением электромагнитов , генераторов, двигателей, электроосветительных и нагревательных приборов. К радиоэлектронике или радиотехнике относят обычно все, касающееся радиотехнических, телевизионных и других устройств, работающих на электронных лампах и транзисторах. [49]

ПВ 100 %, последовательно с катушкой включают добавочное сопротивление типа СТ, поставляемое комплектно с электромагнитом. Для установок, питающихся от сетей переменного тока и работающих в тяжелом и весьма тяжелом режимах, когда применение электромагнитов серии МО недопустимо, в комплект с электромагнитами МП включают селеновые выпрямители серии ВСД. [51]

Грузоподъемность применяемых механизмов колеблется от 5 до 20 т в связи с тем, что сортовой металл отгружается в пачках, вес которых достигает 10 т и выше. Краны, работающие на складах металлов, обычно оснащаются съемными электромагнитами, а при отсутствии постоянного тока – умформерами. Применение электромагнитов повышает производительность кранов примерно на 50 % и значительно удешевляет себестоимость складских работ. [52]

Стационарные электромагниты ( см. рис. 2.26) используют для выявления поперечных, косо лежащих трещин. Контроль в электромагнитах, питаемых переменным током, эффективен при контроле способом остаточной намагниченности и в приложенном поле. Способ остаточной намагниченности с применением электромагнитов постоянного тока зачастую не обеспечивает высокой чувствительности, поэтому такой контроль нецелесообразен для деталей ответственного назначения. [54]

Для локального контроля используют дефектоскопы на постоянных магнитах. Контроль ведут способом приложенного поля. Так же, как и в случае применения электромагнитов в зонах А, прилегающих к полюсам магнита, дефекты не выявляются. Ширина этих зон А 0 25Z с каждой стороны КУ. [55]

Электромагнит был впервые создан примерно 150 лет назад. За это время электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах – электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи – телефония, телеграфия и радио – емыслимы без их применения. Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автомати-ки, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах. [56]

Получило применение электромеханическое торможение приводов станков с использованием электромагнитов. Обмотка электромагнита ЭМ включена параллельно электродвигателю. Когда контактор 1К включает электродвигатель, втягивается якорь электромагнита, растягивается пружина /, колодка 2 отводится от тормозного шкива 3, сидящего на валу электродвигателя, в результате чего двигатель может вращаться свободно. При остановке двигателя электромагнит отключается, якорь его отпадает и пружина прижимает колодку к поверхности тормозного шкива, обеспечивая механическое торможение привода станка. Преимущество электромеханического торможения с применением электромагнитов – отсутствие нагрева электродвигателя во время тормозных процессов, что важно при частых торможениях и больших моментах инерции системы. [58]

В общем случае результат измерения MOB является усредненным по просвечиваемому объему исследуемого вещества и спектральному диапазону используемого излучения. Для повышения точности измерения необходимо просвечивать тонкие образцы узким световым лучом, спектральная ширина излучения которого минимальна. Дальнейшее повышение чувствительности возможно при увеличении напряженности магнитного поля. Поскольку возможности создания электромагнитов, обеспечивающих большие напряженности магнитного поля, ограничены, перспективно применение импульсных электромагнитов . Напряженности получаемых импульсных полей могут достигать нескольких сотен эрстед при использовании электромагнитов не слишком больших размеров. [59]

Простейший генератор постоянного тока ( рис. 40) представляет собой рамку 2, вращаемую посторонней силой между полюсами 4 и б магнита. При вращении рамки по часовой стрелке в верхнем проводе рамки в соответствии с правилом правой руки возникает ток, направленный от нас, а в нижнем – ток, направленный к нам. После того как рамка минует горизонтальное положение, полукольца коллек – тора поменяются местами, а ток во внешней цепи сохранит свое направление, несмотря на изменение направления тока в рамке. Это объясняется тем, что рамка, находясь в вертикальном положении, пересекает наибольшее количество магнитных силовых линий, а будучи в горизонтальном положении, вовсе не пересекает их. Чтобы сделать пульсацию тока незаметной, в существующих генераторах вращают не рамку из одного витка провода, а якорь с обмоткой из многих десятков витков. Магнитное поле, в котором вращается якорь, усиливается путем применения электромагнитов . При этом в обмотки 3 и 5 катушек возбуждения электромагнитов направляют постоянный ток от самого генератора. Такие генераторы называют генераторами с самовозбуждением. [60]

Ссылка на основную публикацию