Магнітне поле провідника зі струмом. Електромагніти. Магнітна левітація

 
 

Відкриття Ерстеда ознаменувало початок низки досліджень з електромагнетизму. У 1820 р. Андре-Марі Ампер і Франсуа Араго дослідили магнітне поле котушки. У 1825 р. британський фізик Вільям Стерджен помітив, що магнітне поле котушки значно підсилюється, якщо в її середину внести сталеве осердя. Таким чином він винайшов найпростіший електромагніт.

У 1828 р. Джозеф Генрі застосував багатошарову обмотку з ізольованого дроту й цим самим створив потужніший електромагніт.

Будь-який електромагніт складається з таких частин (мал. 32): сталевого осердя 1, котушки (обмотки) 2 і якоря 3, який притягується до осердя. З’ясуємо, від чого залежить сила, з якою магнітне поле котушки електромагніту діє на його якір.

Дослід 1. Замкнемо коло, що містить електромагніт і реостат, за допомогою якого змінюватимемо силу струму в котушках. При певній силі струму електромагніт утримує певний вантаж (мал. 33, а), а якщо збільшити силу струму вдвічі, то електромагнітом можна втримати приблизно вдвічі важчий вантаж (мал. 33, б).



 

Що більший струм проходить у котушці електромагніту, то з більшою силою притягується до нього якір.

Дослід 2. Повторимо дослід 1 при початковій силі струму, коли електромагніт утримував менший вантаж. Тепер поміняємо котушку електромагніту на подібну за конструкцією, але з удвічі більшим числом витків. Пересвідчимося, що в цьому разі електромагніт здатен утримувати такий самий більший вантаж, як і в досліді 1, коли вдвічі збільшували струм.

Що більше витків має котушка електромагніту, то з більшою силою притягується до нього якір.

З результатів цих дослідів випливає висновок, що «вантажопідйомність» електромагніту залежить від «ампервитків» його обмотки, тобто від добутку сили струму в котушці на кількість витків у ній.

Електромагніти широко застосовують у техніці, побуті, медицині тощо завдяки тому, що вони мають особливі властивості: електромагніти швидко розмагнічуються, коли вимкнути струм; залежно від призначення їх можна виготовляти різних розмірів; під час роботи електромагніту можна регулювати його магнітну дію, змінюючи силу струму в обмотці.


Електромагніти є в будь-якому телефоні, телевізорі, комп’ютері, ліфті, автомобілі, морському чи повітряному судні, космічному кораблі тощо. На підприємствах застосовують електромагнітний підйомний кран для навантаження або розвантаження металобрухту (мал. 34). Ця машина зручна тим, що не потребує ніяких кріплень вантажу. Машиніст крана, розмістивши електромагніт над металобрухтом, вмикає струм в обмотці - і весь металевий вантаж міцно «прилипає» до магніту. Після вимикання струму металобрухт сам відпадає від сердечника. За допомогою електромагніту підні-

мають і переміщають масивні об’єкти, наприклад автомобілі перед утилізацією. А електромагніт заводського крана, що його використовують, наприклад, для перенесення бобін листової сталі, має 4 обмотки і може підняти бобіну діаметром 2 м і масою 28 т (мал. 35, а).

На малюнку 35, б у розрізі показано магнітний сепаратор, який використовують для очищення зерна від насіння бур’янів. У зерно підмішують дрібненькі залізні ошурки, які не прилипають до гладенького зерна, а причеплюються до ворсистого насіння бур’янів. Під час обертання барабана, у якому розміщено електромагніт, відбувається розподіл зерна та насіння бур’янів із залізними ошурками.

Якщо в око людини потрапляють тіла, на які діє магніт, у лікарнях для їх видалення застосовують постійні та електромагніти. Змінюючи силу струму в обмотці, регулюють інтенсивність магнітного поля й видаляють тіло з глибини до 2,5 мм.

Магнітна левітація - це технологія переміщення, у якій капсула або вагон піднімаються над поверхнею за допомогою явища відштовхування однойменних полюсів магнітів. Завдяки цьому потяг летить над поверхнею, не торкаючись її (мал. 36, а). Відсутність коліс дає змогу розвивати надзвичайно великі швидкості для наземного транспорту, оскільки інженерам не потрібно долати супутні перепони. Наприклад, високі напруження в матеріалі коліс при високій швидкості обертання та можливість їхнього руйнування під час руху.

Однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні - притягуються. Це підіймає потяг над поверхнею землі.

Горизонтальне переміщення потяга магнітною левітацією також відбувається за рахунок електромагнітів, які керуються автоматикою (мал. 36, б). Вона за заданим алгоритмом відключає одні та підключає інші магніти. У результаті попереду потяга створюється магнітна сила, яка тягне його. Що швидше переключаються магніти, то більшої швидкості можна досягти. У результаті такий транспорт виявляється на 30 % ефективнішим за колісний на рейках.

Магнітна левітація дає змогу потягам уже сьогодні розганятись до 600 км/год. А в планах - подолати звуковий бар’єр (1000 км/год). Це дасть змогу з’єднати

різні континенти Євразії та Америки залізницею - фахівці вже обговорюють подібний проект під назвою «Коридор розвитку Тихоокеанського регіону».

Не менш цікавим практичним напрямом можна вважати широке застосування магнітних підшипників у ключових вузлах механізмів. Їх установка розв’язує серйозну проблему зносу вихідного матеріалу.

Як відомо, класичні підшипники стираються досить швидко - вони постійно зазнають високих механічних навантажень. У деяких галузях необхідність заміни цих деталей спричиняє не тільки додаткові витрати, а й ризик для людей, які обслуговують ці механізми. Магнітні підшипники мають у кілька разів більший робочий ресурс, отож їх застосування доцільніше для будь-яких екстремальних умов. Зокрема, в атомній енергетиці, вітрових технологіях (мал. 36, в) або галузях, що супроводжуються надзвичайно низькими і високими температурами.

Завдяки магнітній левітації були вирощені штучні тканини легені людини (мал. 36, г). Незважаючи на те, що це звучить фантастично, група вчених під керівництвом Глук Соуза у 2010 р. наочно продемонструвала, що це можливо. Дослідники поставили за мету в лабораторних умовах створити бронхіолу. У результаті були отримані реалістичні синтетично вирощені тканини легень.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Якими способами можна підсилити магнітну дію котушки зі струмом?

2. Що називають електромагнітом?

3. Розкажіть, для чого використовують електромагніти.

4. Як працює зерновий магнітний сепаратор?

5. Чи діятиме як магніт котушка, виготовлена з неізольованого мідного дроту зі щільно припасованими витками, якщо по ній пропускати струм?

6. Що таке магнітна левітація і де її застосовують?


Лабораторна робота № 1

Складання та випробування електромагніту

Мета роботи: виготовити електромагніт і на дослідах перевірити його дію.

Прилади і матеріали: джерело струму, ключ, з’єднувальні проводи, магнітна стрілка або компас, невеликі предмети з різних матеріалів: сталевий болт або цвях, маленькі цвяхи, скріпки для паперу, монети, гумка, пластмасовий гребінець, аркуш картону тощо.

X і д роботи

1. Виготовте найпростіший електромагніт.

Для цього на сталевий болт або цвях намотайте кілька шарів ізольованого дроту. Прикріпіть один кінець дроту до одного з полюсів батареї гальванічних елементів або іншого джерела струму, а другий - до іншого, як це показано на малюнку 37.

2. Увімкніть електромагніт за допомогою вимикача й піднесіть його до підготовлених невеликих предметів з різних матеріалів. Які з них притягуються електромагнітом? Зробіть висновок.

3. Між електромагнітом і маленькими цвяхами розмістіть аркуш тонкого картону. Чи притягуються цвяхи електромагнітом? Зробіть висновок.

4. Покладіть електромагніт на стіл. Піднесіть (не торкаючись) до нього магнітну стрілку або компас. Який полюс магнітної стрілки притягуватиметься до електромагніту?

5. Провід, приєднаний раніше до позитивного полюса джерела струму, приєднайте до негативного, й навпаки. Який полюс магнітної стрілки притягуватиметься до електромагніту в цьому випадку? Чи свідчить це про те, що електромагніт має магнітні полюси? Які?

6. Зробіть висновок.

Для допитливих

Наповніть залізними ошурками пробірку і закрийте її так, щоб ошурки були добре вщільнені. Уставте пробірку з ошурками в котушку, по якій проходить постійний електричний струм. Розімкніть коло. За допомогою магнітної стрілки впевніться, що пробірка з ошурками має властивості постійного магніту. Поясніть намагнічення залізних ошурок. Відкрийте пробірку і добре струсіть ошурки. За допомогою магнітної стрілки дослідіть, чи зберегли ошурки магнітні властивості. Поясніть результати досліду.

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.