磁場、ソレノイド、電磁石について

電流の磁場

磁場は自然や人工によって作られるだけではありません 永久磁石、しかし、電流が流れる場合は導体でもあります。したがって、磁気現象と電気現象の間には関連性があります。

電流が流れるワイヤの周囲に磁界が形成されていることを確認することは難しくありません。可動磁針の上に直線ワイヤーを平行に置き、電流を流します。矢印はワイヤーに対して垂直な位置になります。

磁針はどのような力で回転するのでしょうか?明らかに、ワイヤーの周りに発生する磁場の強さです。電源を切ると磁針は通常の位置に戻ります。これは、電流がオフになるとワイヤの磁場も消えることを示唆しています。

したがって、ワイヤを流れる電流は磁場を生成します。磁針がどの方向に偏向するかを調べるには、右手の法則を適用します。電流の方向が指の方向と一致するように手のひらを下にして右手をワイヤーの上に置くと、曲げた親指がワイヤーの下に置かれた磁針の N 極の偏向の方向を示します。 。この規則を使用し、矢印の極性を知ることで、ワイヤ内の電流の方向を決定することもできます。

直線状のワイヤー火成地域は同心円の形状をしています。右手を手のひらを下にしてワイヤーに置き、指から電流が流れるようにすると、曲げた親指が磁針のN極を指すことになります。このような磁場を円形磁場と呼びます。

円形場の力線の方向は次によって異なります。 電流の方向 導体の中で、いわゆるジンバルルールによって決定されます。ジンバルを電流の方向に精神的にねじると、ハンドルの回転方向は場の磁力線の方向と一致します。このルールを適用すると、その電流によって生成される場の磁力線の方向がわかっていれば、ワイヤ内の電流の方向を知ることができます。

磁針の実験に戻ると、針が常に磁力線の方向に北端を向けて配置されていることを確認できます。

したがって、電流が流れる直線ワイヤの周囲に磁界が発生します。同心円の形をしており、円形磁場と呼ばれます。

靴底などソレノイド磁界

ワイヤに電流が流れる限り、ワイヤの形状に関係なく、ワイヤの周囲に磁場が発生します。

弊社が取り扱うV電気エンジニアリング さまざまな種類のコイルいくつかのターンで構成されます。対象のコイルの磁界を調べるために、まず 1 ターンの磁界がどのような形をしているかを考えてみましょう。

ボール紙の中を太いワイヤーのコイルが通って電源に接続されているところを想像してください。電流がコイルを通過すると、コイルの各部分の周囲に円形の磁場が形成されます。 «ジンバル» ルールによれば、ループ内の磁力線が同じ方向 (ループ内の電流の方向に応じて、私たちに向かうか遠ざかる) を持ち、一方の側から出ていることを簡単に判断できます。このようなコイルを螺旋状に連ねたものがいわゆるソレノイド（コイル）です。

ソレノイドに電流が流れると、ソレノイドの周囲に磁界が形成されます。各ターンの磁場を加算した結果として得られ、形状は直線磁石の磁場に似ています。ソレノイドの磁力線は、直線磁石と同様に、ソレノイドの一方の端から出て、もう一方の端に戻ります。ソレノイド内では同じ方向になります。したがって、ソレノイドの端は極性を帯びています。電力線が出る端はソレノイドの北極であり、電力線が入る端はソレノイドの南極です。

ソレノイドの極は右手の法則で決定できますが、そのためには電流の向きを知る必要があります。右手を手のひらを下にしてソレノイドに置き、指から電流が流れるようにすると、曲がった親指がソレノイドの北極を指すことになります... この規則から、ソレノイドの極性は次のようになります。その中の電流の方向について。これは、磁針をソレノイドの極の 1 つに当て、ソレノイド内の電流の方向を変えることで、実際に簡単にチェックできます。矢印はすぐに 180 度回転します。つまり、ソレノイドの極が変化したことを示します。

ソレノイドには、肺や有害な物体を引き寄せる機能があります。鋼棒をソレノイドの内側に置くと、しばらくするとソレノイドの磁場の影響を受けて棒が磁化されます。この方法は本番環境で使用されます 永久磁石.

電磁石

電磁石 コイル（ソレノイド）の中に鉄心が入ったものです。電磁石の形や大きさは異なりますが、大まかな構造はすべて同じです。

電磁石のコイルはプレスボードやファイバーで作られることが多く、電磁石の用途に応じて形状が異なります。銅で絶縁されたワイヤがフレームにいくつかの層で巻かれています - 電磁石のコイルです。電磁石の目的に応じて、巻き数が異なり、異なる直径のワイヤーで作られています。

コイル絶縁体を機械的損傷から保護するために、コイルは 1 層以上の紙またはその他の絶縁材料で覆われています。巻き始めと巻き終わりを引き出し、フレームに固定された出力端子、または両端の耳付きフレキシブルワイヤーに接続します。

電磁石のコイルは、軟鉄、または鉄とシリコン、ニッケルなどの合金で作られたコアに取り付けられています。このアイロンは残留物が最も少ないです 磁気... コアはほとんどの場合、薄いシートでできており、互いに絶縁されています。コアの形状は、電磁石の目的に応じて異なります。

電磁石のコイルに電流が流れると、コイルの周囲に磁場が形成され、コアが磁化されます。コアは軟鉄なのですぐに磁化されます。その後電流を切ると、コアの磁気特性もすぐに消え、磁石ではなくなります。ソレノイドと同様に、電磁石の極は右手の法則によって決まります。電磁石のコイルに入れれば食べられる 現在の方向、それに応じて電磁石の極性が変わります。

電磁石の作用は永久磁石の作用と似ています。ただし、両者には大きな違いがあります。永久磁石は常に磁性を持ちますが、電磁石はコイルに電流が流れる場合にのみ存在します。

また、永久磁石の磁束は変化しないため、永久磁石の吸引力も変化しません。電磁石の引力は一定ではなく、同じ電磁石でも重力が異なる場合があります。磁石の吸引力は、その磁束の大きさによって決まります。

シルト電磁石の吸引力、したがってその磁束は、この電磁石のコイルを流れる電流の大きさに依存します。電流が大きいほど電磁石の吸引力は大きくなり、逆に電磁石のコイルに流れる電流が小さいほど、磁性体を引き寄せる力は小さくなります。

しかし、異なる設計とサイズの電磁石の場合、その吸引力の強さはコイル内の電流の大きさだけではありません。たとえば、同じデバイスとサイズの 2 つの電磁石を考えますが、1 つはコイルの数が少なく、もう 1 つははるかに多い数のコイルを備えている場合、同じ電流での引力が次のように変化することが簡単にわかります。後者の方がはるかに大きいでしょう。実際、コイルの数が増えると、所定の電流でそのコイルの周りに生成される磁場も大きくなります。これは、コイルが各巻きの磁場で構成されるためです。これは、コイルの巻き数が増えるほど、電磁石の磁束、したがってその吸引力も大きくなるということを意味します。

電磁石の磁束の大きさに影響を与えるもう一つの理由があります。これが磁気回路の品質です。磁気回路は、磁束が閉じる経路です。磁気回路には一定の磁気抵抗があります。磁気抵抗は、磁束が通過する媒体の透磁率に依存します。この媒体の透磁率が大きいほど、磁気抵抗は低くなります。

強磁性体（鉄、鋼）の透磁率は空気の透磁率よりも何倍も大きいため、電磁石の磁気回路に空気部分が含まれないように電磁石を作成する方が有益です。電流の強さと電磁石のコイルの巻き数の積を起磁力といいます。起磁力はアンペアターン数で測定されます。

たとえば、1200 回巻いた電磁石のコイルには 50 mA の電流が流れます。このような電磁石の起磁力は、0.05 NS 1200 = 60 アンペアに相当します。

起磁力の作用は、電気回路における起電力の作用と似ています。 EMF が電流の原因となるのと同じように、起磁力は電磁石内に磁束を生成します。電気回路で起磁力が増加すると電流値が増加するのと同じように、磁気回路でも起磁力が増加すると磁束が増加します。

磁気抵抗の作用は電気回路の抵抗の作用と同様です。電気回路の抵抗が増加すると電流が減少するのと同じように、磁気回路でも磁気抵抗が増加すると磁束が減少します。

電磁石の磁束の起磁力と磁気抵抗への依存性は、オームの法則に似た式で表すことができます: 起磁力 = (磁束 / 磁気抵抗)

磁束は起磁力を​​磁気抵抗で割ったものに等しくなります。

各電磁石のコイルの巻き数と磁気抵抗は一定の値です。したがって、特定の電磁石の磁束は、コイルに流れる電流の変化によってのみ変化します。電磁石の吸引力は磁束によって決まるため、電磁石の吸引力を大きく（または小さく）するには、それに応じてコイルに流れる電流を大きく（または小さく）する必要があります。

有極電磁石

分極電磁石は、永久磁石と電磁石の結合です。このように配置されており、軟鉄磁極のいわゆる延長部分が永久磁石の磁極に取り付けられています。各極は電磁コアの役割を果たし、その上にコイルが巻かれたコイルが配置されます。両方のコイルは直列に接続されています。

延長極は永久磁石の極に直接接続されているため、コイルに電流が流れていない場合でも磁気特性を持ちます。同時に、それらの引力は変化せず、永久磁石の磁束によって決まります。

有極電磁石の作用は、コイルに電流が流れると、コイル内の電流の大きさと方向に応じて、その極の引力が増加または減少することです。分極電磁石のこの特性は、次の作用に基づいています。 電磁有極リレー およびその他の電気機器。

電流が流れる導体に対する磁場の作用

ワイヤーが力線に垂直になるように磁場の中に置かれ、そのワイヤーに電流が流れると、ワイヤーは動き始め、磁場によって押されます。

磁場と電流の相互作用の結果、導体が動き始めます。つまり、電気エネルギーが機械エネルギーに変換されます。

ワイヤが磁場によって反発される力は、磁石の磁束の大きさ、ワイヤ内の電流、および力線が交差するワイヤ部分の長さに依存します。この力の作用方向、つまり導体の移動方向は、導体に流れる電流の方向に依存し、左手の法則によって決まります。

左手の手のひらを磁場の線が入るように持ち、伸ばした4本の指を導体に流れる電流の方向に回すと、曲がった親指が導体の移動方向を示します。 ... このルールを適用する際には、磁力線が磁石の N 極から伸びていることを覚えておく必要があります。