À propos du champ magnétique, des solénoïdes et des électroaimants

Champ magnétique du courant électrique

Le champ magnétique n'est pas seulement créé par des phénomènes naturels ou artificiels aimants permanents, mais aussi conducteur si un courant électrique le traverse. Il existe donc un lien entre les phénomènes magnétiques et électriques.

Il n'est pas difficile de s'assurer qu'un champ magnétique se forme autour du fil traversé par le courant. Placez un fil droit sur l'aiguille magnétique mobile parallèlement à celle-ci et faites-y passer un courant électrique. La flèche prendra une position perpendiculaire au fil.

Quelles forces pourraient faire tourner l'aiguille magnétique ? De toute évidence, la force du champ magnétique créé autour du fil. Coupez l'alimentation et l'aiguille magnétique reviendra à sa position normale. Cela suggère que lorsque le courant est coupé, le champ magnétique du fil disparaît également.

Ainsi, le courant électrique traversant le fil crée un champ magnétique. Pour savoir dans quelle direction l'aiguille magnétique va dévier, appliquez la règle de la main droite.Si vous placez votre main droite sur le fil, paume vers le bas, de sorte que la direction du courant coïncide avec la direction des doigts, alors le pouce plié indiquera la direction de déviation du pôle nord de l'aiguille magnétique placée sous le fil . En utilisant cette règle et en connaissant la polarité de la flèche, vous pouvez également déterminer le sens du courant dans le fil.

Un champ igné filaire rectiligne a la forme de cercles concentriques. Si vous placez votre main droite sur le fil, paume vers le bas, de sorte que le courant s'écoule des doigts, le pouce plié pointera vers le pôle nord de l'aiguille magnétique.Un tel champ est appelé champ magnétique circulaire.

La direction des lignes de force du champ circulaire dépend de sens du courant électrique dans le conducteur et est déterminé par la règle dite du cardan. Si le cardan est mentalement tordu dans la direction du courant, le sens de rotation de sa poignée coïncidera avec la direction des lignes de champ magnétique du champ. En appliquant cette règle, vous pouvez connaître la direction du courant dans le fil si vous connaissez la direction des lignes de champ du champ créé par ce courant.

En revenant à l'expérience de l'aiguille magnétique, vous pouvez vous assurer qu'elle est toujours positionnée avec son extrémité nord dans la direction des lignes de champ magnétique.

Ainsi, un champ magnétique apparaît autour d'un fil rectiligne traversé par un courant électrique. Il a la forme de cercles concentriques et s'appelle un champ magnétique circulaire.

Semelles etc.. Champ magnétique du solénoïde

Un champ magnétique apparaît autour de n'importe quel fil, quelle que soit sa forme, à condition qu'un courant électrique circule à travers le fil.

V électrotechnique dont nous nous occupons différents types de bobinescomposé de plusieurs tours.Pour étudier le champ magnétique de la bobine d'intérêt, considérons d'abord la forme du champ magnétique d'une spire.

Imaginez une bobine de fil épais traversant un morceau de carton et connectée à une source d'alimentation. Lorsqu'un courant électrique traverse la bobine, un champ magnétique circulaire se forme autour de chaque partie individuelle de la bobine. Selon la règle du « cardan », il est facile de déterminer que les lignes de champ magnétique à l'intérieur de la boucle ont la même direction (vers nous ou loin de nous, selon le sens du courant dans la boucle) et qu'elles sortent d'un côté de la boucle et entrer de l'autre côté.Une série de telles bobines, sous la forme d'une spirale, est un soi-disant solénoïde (bobine).

Un champ magnétique se forme autour du solénoïde lorsqu'un courant le traverse. Il est obtenu à la suite de l'addition des champs magnétiques de chaque tour et sa forme ressemble au champ magnétique d'un aimant rectiligne. Les lignes de champ magnétique du solénoïde, comme avec un aimant rectiligne, partent d'une extrémité du solénoïde et reviennent à l'autre. À l'intérieur du solénoïde, ils ont la même direction. Ainsi, les extrémités du solénoïde sont polarisées. L'extrémité d'où sortent les lignes électriques est le pôle nord du solénoïde et l'extrémité où les lignes électriques entrent est son pôle sud.

Les pôles des solénoïdes peuvent être déterminés par la règle de la main droite, mais pour cela, vous devez connaître la direction du courant dans ses tours. Si vous placez votre main droite sur le solénoïde, paume vers le bas, de sorte que le courant s'écoule des doigts, alors le pouce plié pointera vers le pôle nord du solénoïde... De cette règle, il s'ensuit que la polarité du solénoïde dépend sur la direction du courant en elle.Ceci est facile à vérifier en pratique en amenant une aiguille aimantée sur l'un des pôles du solénoïde puis en changeant le sens du courant dans le solénoïde. La flèche tournera immédiatement de 180 °, c'est-à-dire qu'elle indiquera que les pôles du solénoïde ont changé.

Le solénoïde a la capacité de tirer les poumons d'objets inutiles. Si une tige d'acier est placée à l'intérieur du solénoïde, après un certain temps, sous l'influence du champ magnétique du solénoïde, la tige sera magnétisée. Cette méthode est utilisée dans la production aimants permanents.

Électroaimants

Électro-aimant est une bobine (solénoïde) avec un noyau de fer placé à l'intérieur. Les formes et les tailles des électroaimants sont différentes, mais la structure générale de chacun d'eux est la même.

La bobine d'un électro-aimant est une armature réalisée le plus souvent en carton comprimé ou en fibre et a des formes différentes selon la destination de l'électro-aimant. Un fil isolé au cuivre est enroulé sur le cadre en plusieurs couches - la bobine de l'électroaimant. Il a un nombre de spires différent et est constitué de fils de diamètres différents, selon la destination de l'électroaimant.

Pour protéger l'isolation de la bobine contre les dommages mécaniques, la bobine est recouverte d'une ou plusieurs couches de papier ou d'un autre matériau isolant. Le début et la fin de l'enroulement sont sortis et reliés aux bornes de sortie fixées sur le châssis ou à des fils souples avec des oreilles aux extrémités.

La bobine de l'électroaimant est montée sur un noyau en fer doux recuit ou en alliages de fer avec du silicium, du nickel, etc. Ce fer a le moins de résidus magnétisme... Les noyaux sont le plus souvent constitués de tôles minces, isolées les unes des autres.Les formes du noyau peuvent être différentes, selon le but de l'électroaimant.

Si un courant électrique traverse la bobine d'un électroaimant, un champ magnétique se forme autour de la bobine, ce qui magnétise le noyau. Le noyau étant en fer doux, il sera magnétisé immédiatement. Si vous coupez ensuite le courant, les propriétés magnétiques du noyau disparaîtront également rapidement et il cessera d'être un aimant. Les pôles d'un électroaimant, comme un solénoïde, sont déterminés par la règle de la main droite. Si dans la bobine de l'électroaimant et gmEat direction actuelle, la polarité de l'électroaimant changera en conséquence.

L'action d'un électroaimant est similaire à celle d'un aimant permanent. Cependant, il y a une grande différence entre les deux. Un aimant permanent est toujours magnétique et un électroaimant - uniquement lorsqu'un courant électrique traverse sa bobine.

De plus, la force d'attraction de l'aimant permanent est inchangée, puisque le flux magnétique d'un aimant permanent est inchangé. La force d'attraction d'un électroaimant n'est pas constante, un même électroaimant peut avoir des gravités différentes. La force d'attraction de tout aimant dépend de l'amplitude de son flux magnétique.

L'attraction d'un électroaimant à limon, et donc son flux magnétique, dépend de l'intensité du courant traversant la bobine de cet électroaimant. Plus le courant est important, plus la force d'attraction de l'électroaimant est grande et, inversement, plus le courant dans la bobine de l'électroaimant est faible, moins il attire les corps magnétiques vers lui.

Mais pour les électroaimants de conception et de taille différentes, la force de leur attraction ne dépend pas seulement de l'amplitude du courant dans la bobine.Si, par exemple, nous prenons deux électroaimants du même dispositif et de la même taille, mais l'un avec un petit nombre de bobines, et l'autre avec un nombre beaucoup plus grand, alors il est facile de voir qu'au même courant la force d'attraction de ce dernier sera beaucoup plus grand. En effet, plus le nombre de bobines est grand, plus le champ magnétique créé autour de cette bobine est important, à courant donné, puisqu'il est constitué des champs magnétiques de chaque spire. Cela signifie que le flux magnétique de l'électroaimant et, par conséquent, la force de son attraction seront d'autant plus grands que le nombre de spires de la bobine sera élevé.

Il y a une autre raison qui affecte l'amplitude du flux magnétique d'un électroaimant. C'est la qualité de son circuit magnétique. Un circuit magnétique est le chemin le long duquel le flux magnétique se ferme. Le circuit magnétique a une certaine résistance magnétique... La résistance magnétique dépend de la perméabilité magnétique du milieu traversé par le flux magnétique. Plus la perméabilité magnétique de ce milieu est grande, plus sa résistance magnétique est faible.

Étant donné que la perméabilité magnétique des corps ferromagnétiques (fer, acier) est plusieurs fois supérieure à la perméabilité magnétique de l'air, il est donc plus rentable de fabriquer des électroaimants de sorte que leur circuit magnétique ne contienne pas de sections d'air. Le produit de la force du courant et du nombre de tours de la bobine de l'électroaimant s'appelle la force magnétomotrice... La force magnétomotrice est mesurée par le nombre d'ampères-tours.

Par exemple, un courant de 50 mA traverse la bobine d'un électroaimant de 1200 tours. Force magnétomotrice d'un tel électroaimant égale à 0,05 NS 1200 = 60 ampères.

L'action de la force magnétomotrice est similaire à l'action de la force électromotrice dans un circuit électrique. Tout comme les champs électromagnétiques sont la cause du courant électrique, la force magnétomotrice crée un flux magnétique dans un électroaimant. Tout comme dans un circuit électrique, lorsque la FEM augmente, la valeur du courant augmente, de même dans un circuit magnétique, lorsque la force magnétomotrice augmente, le flux magnétique augmente.

Action de résistance magnétique similaire à l'action de la résistance d'un circuit électrique. Tout comme lorsque la résistance d'un circuit électrique augmente, le courant diminue, de même dans un circuit magnétique, une augmentation de la résistance magnétique entraîne une diminution du flux magnétique.

La dépendance du flux magnétique d'un électroaimant à la force magnétomotrice et à sa résistance magnétique peut s'exprimer par une formule similaire à la formule de la loi d'Ohm : force magnétomotrice = (flux magnétique / réluctance)

Le flux magnétique est égal à la force magnétomotrice divisée par la réluctance.

Le nombre de spires de la bobine et la résistance magnétique de chaque électroaimant est une valeur constante. Par conséquent, le flux magnétique d'un électroaimant donné ne change qu'avec une modification du courant traversant la bobine. Puisque la force d'attraction d'un électroaimant est déterminée par son flux magnétique, pour augmenter (ou diminuer) la force d'attraction d'un électroaimant, il faut augmenter (ou diminuer) le courant dans sa bobine en conséquence.

Electroaimant polarisé

Un électroaimant polarisé est le couplage d'un aimant permanent à un électroaimant. Elle est disposée de cette manière : les soi-disant prolongements des pôles en fer doux sont fixés aux pôles de l'aimant permanent.Chaque pôle sert de noyau électromagnétique sur lequel est placée une bobine avec une bobine. Les deux bobines sont connectées en série.

Les extensions polaires étant directement reliées aux pôles d'un aimant permanent, elles ont des propriétés magnétiques même en l'absence de courant dans les bobines ; en même temps, leur force d'attraction est inchangée et est déterminée par le flux magnétique d'un aimant permanent.

L'action d'un électroaimant polarisé est que lorsque le courant circule dans ses bobines, la force d'attraction de ses pôles augmente ou diminue en fonction de l'amplitude et de la direction du courant dans les bobines. Cette propriété d'un électroaimant polarisé est basée sur l'action relais polarisé électromagnétique et autres appareils électriques.

L'action d'un champ magnétique sur un conducteur sous tension

Si un fil est placé dans un champ magnétique de manière à ce qu'il soit perpendiculaire aux lignes de champ et qu'un courant électrique passe à travers ce fil, le fil commencera à se déplacer et à être poussé par le champ magnétique.

À la suite de l'interaction du champ magnétique avec le courant électrique, le conducteur commence à se déplacer, c'est-à-dire que l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique.

La force avec laquelle le fil est repoussé par le champ magnétique dépend de l'amplitude du flux magnétique de l'aimant, du courant dans le fil et de la longueur de la partie du fil traversée par les lignes de force. Le sens d'action de cette force, c'est-à-dire le sens de déplacement du conducteur, dépend du sens du courant dans le conducteur et est déterminé par la règle de gauche.

Si vous tenez la paume de votre main gauche de manière à ce que les lignes du champ magnétique y pénètrent et que les quatre doigts étendus soient tournés dans le sens du courant dans le conducteur, le pouce plié indiquera le sens du mouvement du conducteur ... En appliquant cette règle, vous devez vous rappeler que les lignes de champ s'étendent du pôle nord de l'aimant.