Магнітне поле соленоїда. Електромагніти
Без сумніву, всім в дитинстві подобалося гратися з магнітом. Роздобути постійний магніт було дуже просто: для цього потрібно було знайти стару колонку, витягти з неї звуковоспроизводящий динамік і, після нескладних «вандальних дій», дістати з неї кільцевої магніт. Не дивно, що багато проводили досвід з металевим тирсою і аркушем паперу. Тирса розташовувалися смугами - уздовж ліній напруженості поля.
В електротехніці набагато більшого поширення отримали не стабільні, а електромагніти. З курсу фізики відомо, що при протіканні електричного струму по провіднику, навколо останнього створюється магнітне поле, величина якого безпосередньо пов`язана з діючим значенням струму.
Сумніваються можуть повторити найпростіший дослід Ерстеда, коли поруч з прямолінійним провідником зі струмом розміщується компас. При цьому стрілка буде відхилятися від географічного північного полюса планети (перпендикулярно проводу). Напрямок відхилення можна визначити за допомогою правила правої руки: розміщуємо праву руку паралельно провіднику долонею вниз. 4 пальця повинні вказувати напрямок струму. Тоді відігнутий на 90 градусів великий палець вкаже сторону відхилення стрілки. Навколо прямого проводу магнітне поле має вигляд циліндра з проводом посередині. А ось лінії напруженості утворюють кільця.
В електротехніці зазначені магнітні поля використовуються, перш за все, в котушках. Часто можна почути вираз «магнітне поле соленоїда». Уявімо собі звичайний цвях і тонкий провід в ізоляції. Рівномірно намотуючи провід на цвях, отримуємо соленоїд. В даному випадку цвях впливає на магнітний поле соленоїда, але це тема зовсім іншої статті. Важливо зрозуміти, що саме розуміють під терміном. Якщо тепер підключити котушку до джерела струму, то навколо неї виникне магнітне поле.
Енергія магнітного поля соленоїда прямопропорційна значенням індуктивності і квадрату проходить по витків струму. У свою чергу, індуктивність залежить від квадрата числа витків. При цьому потрібно враховувати конструкцію обмотки: це може бути простий випадок з одним шаром витків, а також багатошарова структура, де напрямок струму в витках надає коригуючий дію на сумарну енергію. Магніти використовуються в схемах трамваїв, ріжучих механізмів, контактори та ін.
Магнітне поле соленоїда є кільця, що виходять з одного кінця обмотки і входять в інший. Усередині котушки силові лінії перериваються, а поширюються в діелектричній середовищі або по провідному сердечника. Слідство: поле соленоїда полярно. Лінії виходять з магнітного північного полюса, а вертаються в південний. Неважко здогадатися, що магнітне поле соленоїда залежить від полярності джерела струму, підключеного до кінців дроту. Магнітні властивості соленоїда практично збігаються з постійним магнітом. Це дозволяє використовувати соленоїд як електромагніту. На виробництві можна побачити крани, у яких замість гака розміщений диск електромагніту. Це «великий брат» соленоїда - обмотка на осерді. Особливість всіх електромагнітів в тому, що магнітні властивості існують лише при протіканні струму по витків.
Крім соленоїдів часто використовуються тороіди. Це ті ж самі витки проводу, але намотані на магнітопроводі круглої форми. Відповідно, магнітне поле соленоїда і тороїда різні. Головна риса в тому, що силові лінії напруженості магнітного поля поширюються по основі-магнітопровода всередині самої котушки, а не поза нею, як у випадку соленоїда. Все це свідчить про більш високому ККД котушок на кільцевому магнітопроводящем матеріалі. слідство: тороїдальні трансформатори надійні і володіють меншими втратами, ніж їх звичні побратими.
