Эрл Гейтс - Введение в электронику

Для определения полярности электромагнита обхватите катушку левой рукой так, чтобы четыре пальца указывали направление тока. Тогда большой палец укажет направление на Северный полюс магнита (рис. 9-11).

Рис. 9-11. Определение полярности электромагнита по правилу левой руки.

9–2. Вопросы

1. Как можно обнаружить наличие магнитного поля при протекании тока через проводник?

2. Как можно определить направление силовых линий вокруг проводника?

3. Что случится, если разместить рядом два проводника с токами, текущими:

а . В одном направлении?

б . В противоположных направлениях?

4. Каковы три способа увеличения величины электромагнитного поля?

5. Как можно определить полярность электромагнита?

Магнитная индукция— это влияние магнита на объект без механического контакта. Например, магнит может индуцировать магнитное поле в железном бруске (рис. 9-12).

Рис. 9-12. Размещение железного бруска в магнитном поле изменяет конфигурацию магнитных силовых линии и намагничивает железный брусок.

Проходя через железный брусок, магнитные силовые линии ориентируют домены железного бруска в одном направлении. Теперь железный брусок является магнитом.

Домены в железном бруске ориентируются своим Южным полюсом по направлению к Северному полюсу магнита, так как противоположные полюсы притягиваются. По той же причине железный брусок подтягивается по направлению к магниту. Теперь из конца бруска выходят силовые линии — железный брусок является продолжением магнита. Этот метод является эффективным способом увеличения длины или изменения формы магнита, не изменяя его физически.

Если магнит и железный брусок удалить друг от друга, домены в железном бруске вернутся к своему хаотичному распределению, хотя некоторые домены останутся в прежнем упорядоченном состоянии, сохраняя у бруска слабое магнитное поле. Это магнитное поле называется остаточной намагниченностью . Способность материала сохранять магнитное поле после удаления намагничивающей силы называется способностью сохранять остаточную намагниченность. Мягкое железо имеет низкую способность к остаточной намагниченности. С другой стороны, алнико, сплав из алюминия, никеля и кобальта, имеет высокую способность к остаточной намагниченности.

Силовые линии можно изогнуть, вставив материал с низким магнитным сопротивлением перед источником магнитного поля. Материалы с низким магнитным сопротивлением называются магнитными экранами . Примером служит материал, который называется мю-металл. Магнитный экран размещается вокруг предмета, который должен быть защищен. Электронное оборудование, особенно осциллографы, требуют экранирования от магнитных силовых линий.

Электромагнитная индукция является эффектом, лежащим в основе производства электричества: если замкнутый проводник перемещается в магнитном поле или находится в изменяющемся магнитном поле, то в нем возникает электрический ток. При перемещении проводника в магнитном поле электроны перемещаются к одному концу проводника, создавая на другом конце проводника дефицит электронов. В результате на концах проводника возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов существует только тогда, когда проводник перемещается относительно магнитного поля. Когда проводник удаляют из магнитного поля, свободные электроны возвращаются к атомам.

Электромагнитная индукция имеет место в двух случаях: когда проводник перемещается относительно магнитного поля, или когда магнитное поле перемещается относительно проводника. Напряжение, возникающее в проводнике, называется индуцированным напряжением , или э.д. с индукции. Величина этой э.д.с. определяется величиной магнитного поля, скоростью, с которой проводник перемещается относительно магнитного поля, углом, под которым находится проводник относительно магнитного поля, и длиной проводника.

Чем сильнее магнитное поле, тем больше величина э.д.с. индукции. Чем быстрее проводник перемещается относительно поля, тем больше э.д.с. индукции. Относительное движение проводника и магнитного поля может возникать вследствие перемещения проводника (но не вдоль самого себя), магнитного поля или и того, и другого. Максимальное напряжение индуцируется, когда проводник перемещается под прямым углом по отношению к силовым линиям магнитного поля. При углах меньших 90 градусов индуцируется меньшее напряжение. Если проводник перемещается параллельно силовым линиям, э.д.с. индукции не возникает. Чем длиннее проводник, тем больше индуцированное напряжение.

Закон Фарадея , основной закон электромагнетизма, формулируется следующим образом: э.д.с. индукции в проводнике прямо пропорциональна скорости, с которой проводник пересекает магнитные силовые линии, т. е. скорости изменения магнитного потока.

Полярность индуцированного напряжения может быть определена с помощью правила левой руки для генераторов: большой палец, указательный и средний пальцы необходимо установить под прямым углом друг к другу (рис. 9-13). Большой палец указывает направление перемещения проводника, указательный — направление силовых линий, а средний палец укажет на отрицательный конец проводника, то есть направление тока.

Рис. 9-13. Правило левой руки для генераторов может быть использовано для определения направления индуцированного тока в генераторе

9–3. Вопросы

1. Как может быть увеличена длина магнита без физического воздействия на магнит?

2. Что такое остаточный магнетизм?

3. Как работает магнитный экран?

4. Как электромагнитная индукция используется для получения электричества?

Генератор переменного тока преобразует механическую энергию в электрическую, используя принцип электромагнитной индукции. Механическая энергия необходима для осуществления движения проводника относительно магнитного поля.

На рис. 9-14 изображена рамка (проводник), вращающаяся в магнитном поле. Рамка имеет светлую и темную стороны для удобства объяснения. В момент, показанный на ( А ), темная половина рамки движется параллельно силовым линиям, как и светлая половина. Напряжение не индуцируется. При повороте рамки в положение ( Б ) она пересекает силовые линии, и напряжение индуцируется.

В этом положении индуцированное напряжение максимально, так как плоскость рамки образует прямой угол с магнитным полем. При перемещении рамки в положение В количество пересекаемых силовых линий уменьшается, и индуцированное напряжение убывает от максимального значения до нуля. В этот момент рамка повернулась на 180 градусов или совершила пол-оборота.