Электромагниты и их применение

 
 

Электрический школьный звонок, электродвигатель, подъемный кран на складе металлолома, обогатитель железной руды... Как связаны эти, на первый взгляд совсем разные, устройства? Знающий человек ответит, что в каждом используется электромагнит. Выясним, что такое электромагнит и как он работает.

Узнаём, от чего зависит магнитное действие катушки с током.

Соберем электрическую цепь из источника тока, катушки, реостата и амперметра. Для оценки магнитного действия катушки с током воспользуемся железным цилиндром, который подвесим на динамометр, размещенный над катушкой (рис. 6.1). Если замкнуть цепь, цилиндр намагнитится в магнитном поле катушки и притянется к ней, дополнительно растянув пружину динамометра.

Понятно, что цилиндр будет притягиваться к катушке тем сильнее, чем сильнее магнитное действие катушки.

Изменяя с помощью реостата силу тока в катушке, выясним, что при увеличении силы тока цилиндр притягивается к катушке сильнее,

о чем свидетельствует большее растяжение пружины динамометра. При увеличении силы тока в катушке ее магнитное действие усиливается.

Заменив катушку на другую, с большим числом витков, увидим, что при той же самой силе тока удлинение пружины динамометра увеличится. При увеличении числа витков в катушке ее магнитное действие усиливается.



 

Введем в катушку сердечник — толстый стержень из ферромагнитного материала. Включим ток — цилиндр устремится к катушке и «прилипнет» к сердечнику. Магнитное действие катушки значительно усиливается при введении в нее ферромагнитного сердечника.

Вспомнив магнитные свойства веществ, объясните, почему для изготовления сердечника используют ферромагнитные материалы. Увеличится ли магнитное действие катушки, если сердечник изготовлен из меди или алюминия?

Узнаём об устройстве электромагнитов и сфере их применения

Катушку с сердечником из ферромагнитного материала называют электромагнитом.

Рассмотрим устройство электромагнита (рис. 6.2). У любого электромагнита есть каркас (1), изготовленный из диэлектрика. На каркас плотно намотан изолированный провод — это обмотка электромагнита (2). Концы обмотки подведены к клеммам (3), с помощью которых электромагнит присоединяют к источнику тока.

Внутри каркаса размещен сердечник (4) из магнитомягкой стали. Сердечник часто имеет подковообразную форму, что значительно усиливает магнитное действие электромагнита.

Трудно найти область техники, где бы не применялись электромагниты: во-первых, их магнитное действие легко регулировать — достаточно изменить силу тока в обмотке; во-вторых, электромагниты можно изготовить любых форм и размеров. Электромагниты есть во многих бытовых устройствах (рис.6.3), они входят в состав электродвигателей и электрических генераторов, электроизмерительных приборов и медицинской аппаратуры.

рис. 6.3. Во многих бытовых приборах используют электромагниты

Рис. 6.4. После замыкания цепи железные опилки притягиваются к сердечнику (а); после размыкания цепи — отпадают от него (б)


Гигантские электромагниты используются в ускорителях заряженных частиц (см. «Энциклопедическую страницу» на с. 52-53).

Рассмотрим применение электромагнитов в электромагнитных подъемных кранах и электромагнитном реле.

Изучаем принцип действия электромагнитного подъемного крана и электромагнитного реле

Соберем электрическую цепь из источника тока и электромагнита. Замкнув цепь, увидим, что железные опилки притянулись к сердечнику электромагнита и их можно перенести, например, на другой конец стола (рис. 6.4).

Именно по такому принципу работают электромагнитные подъемные краны, переносящие тяжелые железные болванки, металлолом и т. п. (рис. 6.5). И не нужны никакие крюки! Включили ток — железные предметы притянулись к электромагниту, их перенесли в нужное место, выключили ток — железные предметы перестали притягиваться и остались там, куда их перенесли.

На предприятиях часто используют потребители электроэнергии, сила тока в которых достигает сотен и тысяч ампер. Замыкающее устройство и потребитель соединены последовательно, поэтому через замыкающее устройство должен проходить ток большой силы. А это опасно для людей, работающих за пультом управления.

На помощь приходят электромагнитные реле — устройства для управления электрической цепью (рис. 6.6). Обратите внимание: замыкающее устройство (1), установленное на пульте управления, и электромагнит (2) присоединены к источнику тока А с малым напряжением на выходе, а потребитель (на рис. 6.6 это электродвигатель) питается от мощного источника В.

Подводим итоги

Магнитное действие катушки с током усиливается, если увеличить в ней число витков; увеличить силу тока; ввести в катушку сердечник из ферромагнитного материала.

Рис. 6.6. Принцип действия электромагнитного реле. Когда замыкают ключ (1) (нажимают кнопку), в обмотке электромагнита (2) идет слабый безопасный ток, а железный сердечник электромагнита (3) притягивает к себе якорь (4). Когда якорь опускается и замыкает контакты (5), замыкается цепь электродвигателя, потребляющего ток значительно большей силы


Катушку с введенным внутрь сердечником, изготовленным из магнитомягкой стали, называют электромагнитом. Электромагниты широко используют в технике: их можно изготовить любых форм и размеров, их магнитное действие легко регулировать, изменяя силу тока в обмотке.

Контрольные вопросы

1. От чего и как зависит магнитное действие катушки с током? Опишите опыт, подтверждающий ваш ответ. 2. Что такое электромагнит? Каково его устройство? 3. Почему электромагниты широко применяют в технике? 4. Объясните принцип действия электромагнитного подъемного крана. 5. Для чего предназначено электромагнитное реле? Опишите принцип его действия.

Упражнение № 6

1. Для изготовления сердечника электромагнита вместо магнитомягкой стали использовали магнитожесткий материал. Какие недостатки будет иметь такой электромагнит?

2. Намотав на железный гвоздь изолированный провод и соединив концы провода с батареей гальванических элементов, получили простейший электромагнит (рис. 1). Определите полюсы этого электромагнита.

3. К какой паре зажимов электромагнитного реле (рис. 2) следует присоединить источник слабого (управляющего) тока?

4. Как изменится подъемная сила электромагнита, если передвинуть ползунок реостата вправо (рис. 3)? Ответ обоснуйте.

5. На рис. 4 представлена схема устройства, автоматически срабатывающего при определенной температуре. Назовите основные части этого устройства, объясните принцип его действия. Где целесообразно устанавливать такие автоматические устройства?

6. Воспользовавшись рис. 5, попробуйте разобраться, как работает электрический звонок. Если не получится, обратитесь к дополнительным источникам информации.

Рис. 5. Схема действия электрического звонка:

1 — молоточек; 2 — чаша звонка; 3 — подковообразный электромагнит; 4 — кнопка; 5 — источник тока; 6 — контактная пружина, касающаяся винта 7

7. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте о технологии магнитной сепарации. Где ее используют?

18. Дайте характеристику силы как физической величины: что она характеризует, каким символом ее обозначают, скалярная это величина или векторная, каковы ее единицы в СИ.

Экспериментальное задание

Изготовьте электромагнит: намотайте на железный гвоздь изолированный провод и соедините концы провода с батареей гальванических элементов (см. рис. 1). Разомкнув цепь, закрепите электромагнит горизонтально на некотором расстоянии от поверхности стола. Смешайте маленькие обрывки бумаги, зерна риса и мелкие железные предметы (лучше опилки). Замкните цепь. Медленно просыпая смесь рядом со шляпкой гвоздя, отделите железные предметы. Подумайте, как усовершенствовать данное устройство.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема. Изготовление и испытание электромагнита.

Цель: научиться изготовлять простейший элек

тромагнит; выяснить, от чего зависит его магнитное действие.

Оборудование: амперметр, динамометр со

штативом или пробник, магнитная стрелка или компас, изолированный медный провод, источник постоянного тока, два железных стержня (или два больших гвоздя), железные опилки, реостат, ключ, соединительные провода.

теоретические сведения

Для оценки магнитного действия электромагнита можно воспользоваться пробником (рис. 1). Он представляет собой стальную пластинку (1) со шкалой (2); пластинка закреплена с помощью пружины (3) внутри пластикового корпуса (4). Если пластинку пробника поднести к электромагниту, магнитное поле электромагнита будет действовать на пластинку. Пластинка притягивается к электромагниту тем сильнее, чем сильнее его магнитное действие. Силу притяжения электромагнита оценивают по шкале. Данную силу можно также измерить с помощью динамометра (см. рис. 6.1).

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

Подготовка к эксперименту

1. Перед выполнением работы вспомните: 1) требования безопасности при работе с электрическими цепями; 2) правила, которые необходимо соблюдать при измерении силы тока амперметром; 3) как зависит магнитное действие электромагнита от силы тока, количества витков в обмотке и наличия железного сердечника.

2. Определите цены деления шкал амперметра и динамометра.

Эксперимент

Строго придерживайтесь инструкции по безопасности (см. форзац).

1. Изготовьте два электромагнита с разным количеством витков в обмотке. Для этого возьмите два одинаковых железных стержня и намотайте на них разное количество витков изолированного медного провода: на один стержень — 20 витков, на другой — 40.

2. Взяв электромагнит с большим числом витков, соберите электрическую цепь (рис. 2).

3. Замкните цепь и убедитесь, что электромагнит притягивает железные опилки, то есть проявляет магнитные свойства.

4. С помощью магнитной стрелки или компаса определите полюсы полученного электромагнита. Опишите, как вы это сделали.

5. Выясните, от чего зависит магнитное действие электромагнита.

1) Использовав реостат, в обмотке электромагнита с большим числом витков установите силу тока сначала 0,5 А, а затем 1,5 А. Сравните магнитное действие электромагнита при разной силе тока в обмотке.

2) Извлеките стержень из обмотки и установите в обмотке силу тока 1,5 А. Определите, как влияет наличие сердечника на магнитное действие электромагнита.

3) Соберите электрическую цепь (см. рис. 2) с электромагнитом, имеющим меньшее количество витков в обмотке. С помощью реостата установите в цепи ток силой 1,5 А. Определите, как уменьшение числа витков влияет на магнитное действие электромагнита.

анализ результатов эксперимента

Проанализируйте эксперимент и его результаты. Сделайте вывод, в котором укажите, как зависит магнитное действие электромагнита от силы тока, количества витков в обмотке, наличия железного сердечника.

творческое задание

Как нужно намотать обмотку электромагнита, чтобы при подключении к нему источника тока на обоих концах электромагнита образовался южный полюс? Проверьте свое предположение экспериментально.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.