電流のあるコイルの磁場。 電磁石とその応用

電磁気は、電流と磁場の接続によって引き起こされる一連の現象です。 ときには、この接続は望ましくない影響をもたらすことがあります。 例えば、船上の電気ケーブルを流れる電流は、船のコンパスの不必要な偏位を引き起こす。 しかし、しばしば高強度の磁場を生成するために意図的に電気が使用される。 一例が電磁石です。 今日はそれらについて話します。

電流と磁束

磁界の強度は、単位面積当たりの磁束線の数によって決定することができる。 電流が流れるところはどこでも磁場が発生し、空気中の磁束は後者に比例する。 電流を流す直線ワイヤは、コイルに曲げることができる。 ターンの半径が十分に小さいと、磁束が増加する。 電流は増加しません。

巻数を増加させること、すなわちコイルにコイルをねじることによって、磁束の集中の効果をさらに強化することができる。 逆もまた真です。 ターン数を減らすと、電流のあるコイルの磁場が弱くなる可能性があります。

私たちは重要な関係を導き出します。 最大磁束密度（単位面積当たりの最大流線数）の点では、電流Iとワイヤnの巻数と磁束Bとの比は、Bに比例する.Aは12Aに、電流は3ターン12Aのコイルを流れる3Aの電流と全く同じ磁場を生成する。 実際の問題を解決することでこれを知ることが重要です。

ソレノイド

磁場を生成する巻き線のコイルは、ソレノイドと呼ばれる。 ワイヤーは鉄（鉄心）に巻き付けることができます。 非磁性の基材（例えば、空気芯）も適している。 ご覧のように、鉄だけでなく、電流コイルの磁場を作ることもできます。 流れの大きさの観点から、非磁性コアは空気と同等である。 すなわち、この場合の電流、ターン数、および流量に関する上記の関係は非常に正確である。 この規則性を適用することにより、電流の流れるコイルの磁界を弱めることができる。

ソレノイドでの鉄の使用

なぜ鉄はソレノイドに使用されていますか？ その存在は、2つの点で電流コイルの磁場に影響を及ぼす。 これは電流の磁気作用を、しばしば何千回も増加させる。 しかし、1つの重要な比例関係に違反する可能性があります。 これは、磁心とコイルの電流との間に存在するものである。

電流によって生成される磁場の作用下で、腺の微小領域、ドメイン（より正確にはそれらの 磁気モーメント） が一方向に構築される。 その結果、鉄心が存在すると、この電流はワイヤの単位断面あたりより大きな磁束を生成する。 したがって、磁束密度は実質的に増加する。 すべての磁区が一方向に整列すると、電流（またはコイルの巻数）がさらに増加すると、磁束の密度がわずかに増加するだけである。

誘導について少し話をしましょう。 これは興味のあるトピックの重要な部分です。

電流のあるコイルの磁場の誘導

鉄心を有するソレノイドの磁場は空心を有するソレノイドの磁場よりもはるかに強いが、その大きさは鉄の性質によって制限される。 理論的には空心を持つコイルによって作られるもののサイズには限界がありません。 しかしながら、原則として、鉄心を有するソレノイドの分野に匹敵する大きさの磁場を作り出すのに必要な巨大な電流を得ることは、非常に困難で費用がかかる。 常にこの道をたどるとは限りません。

現在のコイルの磁場を変えるとどうなりますか？ この動作は、電流が磁場を生成するのと同じ方法で電流を生成することができる。 磁石が導体に近づくにつれて、導体を横切る磁力線がその中に電圧を誘起する。 誘導電圧の極性は、磁束の変化の極性と方向に依存する。 この効果は、別個のコイルよりもコイル内ではるかに顕著であり、巻線の巻数に比例する。 鉄心が存在すると、ソレノイド内の誘起電圧が増加する。 この方法では、導体を磁束に対して移動させる必要があります。 導体が磁束線と交差しない場合、電圧は存在しない。

エネルギーを得る方法

発電機は、同じ原則に基づいて電流を生成する。 通常、磁石はコイルの間を回転する。 誘起電圧の大きさは、マグネットの磁場の大きさとその回転速度（磁束の変化率を決定する）に依存する。 導体の電圧は、その中の磁束の速度に直接比例する。

多くの発電機では、磁石はソレノイドに置き換えられています。 電流を有する磁場コイルを生成するために、ソレノイドは 電流源に 接続される 。 この場合、発電機によって生成される 電力 は何ですか？ これは、電流における電圧の積に等しい。 一方、導体中の電流と磁束との相互接続により、磁場中の電流により発生した電流を機械的な運動を得ることができる。 この原則の後に、電気モーターといくつかの電気器具が続く。 しかし、その中に動きを作り出すためには、追加の電力を消費する必要があります。

強い磁場

現在、超電導現象を利用して、コイルの磁場強度を電流で得ることができます。 電磁石は非常に強力です。 この場合、電流は損失なく流れ、すなわち、材料の加熱を引き起こさない。 これにより、空気入りソレノイドに大きな電圧を印加することができ、飽和効果による制約を回避することができる。 非常に大きな見通しは、このような強力な磁場コイルを電流で開く。 電磁石とその使用は、多くの科学者には無益です。 結局のところ、強力なフィールドは、磁気 "クッション"上を移動し、新しいタイプの電動機と発電機を作り出すために使用することができます。 それらは低コストで高出力が可能です。

電流によるコイルの磁場のエネルギーは、人類によって積極的に利用されている。 長年にわたって、特に鉄道で広く使用されてきました。 コイル電流場の磁力線がどのようにして列車の動きを制御するのかについて、今話します。

鉄道の磁石

鉄道では通常、安全性を高めるために、電磁石と永久磁石が互いに補完するシステムが使用されています。 これらのシステムはどのように動作しますか？ 強力な 永久磁石が 信号灯から一定距離を置いてレールの近くに取り付けられています。 列車が磁石の上を通過する間、運転室の永久平らな磁石の軸は小さな角度で回転し、その後磁石は新しい位置にとどまる。

鉄道の交通規制

フラットマグネットの動きには信号ベルまたはサイレンが含まれています。 それから、次のことが起こります。 数秒後、ドライバーのタクシーは信号機に接続された電磁石を通過します。 彼が列車に緑の通りを与えると、電磁石がオンになり、車内の永久磁石の軸が元の位置に変わり、運転室の信号がオフになります。 信号機で赤色または黄色のライトが点灯すると、電磁石がオフになり、オペレータが忘れてしまったら、ブレーキが自動的にオンになります。 ブレーキ回路（および音声信号）は、磁石軸を回転させた瞬間からネットワークに接続されています。 遅延中に磁石が元の位置に戻ると、ブレーキはオンにならない。