Конспект уроку: Магнітне поле котушки зі струмом. Електромагніти

Магнітне поле котушки зі струмом

Навколо будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле. Магнітне поле окремого прямолінійного провідника або витка зі струмом незначне. Більш потужне магнітне поле має котушка зі струмом, яка складається з великої кількості витків дроту, намотаного на каркас з ізоляційного матеріалу. Магнітне поле окремих витків взаємно підсилюється і його дія виявляється значно сильніше.

Як і будь-який магніт, котушка зі струмом має два полюси - північний та південний, а у магнітному полі Землі поводить себе так само, як і магнітна стрілка. Якщо котушку зі струмом вільно розташувати на гнучких провідниках, то вона встановиться таким чином, що один кінець вказуватиме на північ, а другий - на південь.

Рис. Котушка зі струмом в магнітному полі Землі. Якщо котушку зі струмом вільно розташувати на гнучких провідниках, то вона встановиться таким чином, що один кінець вказуватиме на північ, а другий на південь.

Отже, навколо котушки зі струмом існує магнітне поле, лінії якого є замкнутими кривими. Поза котушкою силові лінії спрямовані від її північного полюса до південного. Полюси магнітного поля котушки зі сі струмом можна визначити за допомогою магнітної стрілки, або знаючи напрям струму у витках котушки (правило свердлика): якщо ручку свердлика обертати у напрямку струму у витках котушки, то напрям поступального руху Його вістря вказуватиме на напрям магнітного поля котушки (її північний полюс).

Рис. Визначення полюсів магнітного поля котушки зі струмом за правилом свердлика. Якщо ручку свердлика обертати у напрямку струму у витках котушки, то напрям поступального руху його вістря вказуватиме на напрям магнітного поля котушки (її північний полюс).

За правилом свердлика відповідним чином можна визначити И напрям струму у витках котушки (полярність її включення), якщо відомі полюси її магнітного поля.

Магнітна дія котушки зі струмом залежить від кількості її витків, і тим сильніша, чим більше витків має котушка.

Щоб підсилити магнітне поле котушки, можна також збільшити силу струму в її витках. Розглянемо електричне коло, яке складається з послідовно з'єднаних джерела струму, амперметра, котушки, реостата та вимикача. Для виявлення магнітного поля котушки зі струмом використаємо магнітну стрілку. Увімкнемо струм в колі. Магнітна стрілка відхиляється внаслідок дії на неї магнітного поля котушки зі струмом. За допомогою реостата змінюватимемо силу струму в котушці. При збільшенні сили струму дія магнітного поля котушки зі струмом підсилюється {магнітна стрілка відхиляється на більший кут). При зменшенні сили струму в котушці її магнітне поле слабшає.

Електромагніти

Магнітне поле котушки при сталому струмі в ній можна значно підсилити, якщо ввести в неї залізне осердя. Розглянемо попередній дослід при фіксованому положенні повзунка реостата. Струм в колі та витках котушки не змінюється. Магнітна стрілка відхиляється, вказуючи на наявність магнітного поля котушки зі струмом. Внесемо в котушку залізне осердя. Помітимо, що магнітна стрілка значно відхилиться - дія магнітного поля котушки зі струмом збільшилася. Виймемо залізне осердя з котушки - магнітна стрілка повернеться в попереднє положення, отже, дія магнітного поля котушки зменшилася. 

Котушку з залізним осердям усередині називають електромагнітом.

Найпростіший електромагніт можна виготовити, намотавши кілька витків ізольованого дроту на залізний цвях. Якщо кінці провідника приєднати до батарейки від кишенькового ліхтарика, маленькі металеві предмети, наприклад, скріпки, будуть притягуватися до цвяха.

Рис. Саморобний електромагніт. Найпростіший електромагніт можна виготовити, намотавши кілька витків ізольованого дроту на залізний цвях.

Електромагніти широко використовуються в техніці та на виробництві. Осердя промислових електромагнітів виготовляють зі спеціального заліза (так званого, “м'якого") або сплавів із сильними магнітними властивостями. Котушки таких магнітів виготовляють з великою кількістю витків, намотуючи їх у декілька шарів. Для збільшення притягальної дії електромагнітів використовують дві котушки, які під'єднують до джерела струму послідовно і закріплюють на U-подібному осерді.

Рис. Електромагніт з двома котушками та U-подібним осердям. Для збільшення притягальної дії електромагнітів використовують дві котушки, які підєднують до джерела струму послідовно і закріплюють на U-подібному осерді.

Електромагніти знайшли широке застосування, оскільки швидко розмагнічуються при вимиканні струму, а їх магнітну дію можна легко регулювати, змінюючи силу струму в котушці. Електромагніти з великою підйомною силою використовують для перенесення залізних виробів та металевого брухту.

Рис. Промисловий електромагнітний кран. Електромагніти з великою підйомною силою використовують для перенесення залізних виробів та металевого брухту. Для цього у зерно додають дрібні залізні ошурки, які не прилипають до його гладенької поверхні, але прилипають до насіння бур'янів.

У магнітному сепараторі електромагніт використовують для очищення зерна від насіння бур'янів. Для цього у зерно додають дрібні залізні ошурки 4, які не прилипають до його гладенької поверхні, але прилипають до насіння бур'янів. З бункера зерно потрапляє на барабан 1, всередині якого є електромагніт. Коли барабан обертається, насіння бур'янів   із залізними ошурками 2 притягується до нього і зерно очищується 3, а металеві ошурки 4 опадають в спеціальну ємкість.

Рис. Магнітний сепаратор. З бункера зерно потрапляє на барабан 1, всередині якого є електромагніт. Коли барабан обертається, насіння бур'янів із залізними ошурками 2 притягується до нього і зерно 3 очищується, а ошурки опадають 4 в спеціальну ємкість.

Електромагніти є основними складовими частинами електромагнітних реле, які працюють при порівняно малих струмах, але дозволяють автоматично вмикати та розмикати електричні кола з великими робочими значеннями струмів.

Електромагніти використовуються і в побутових пристроях. Так, наприклад, принцип дії телефону та мікрофона базується на використанні електромагнітів.

Рис. Магнітний сепаратор. У магнітному сепараторі електромагніт використовують для очищення зерна від насіння бур'янів. Для цього у зерно додають дрібні залізні ошурки, які не прилипають до його гладенької поверхні, але прилипають до насіння бур'янів.