Однажды, в очередной раз, перелистывая книгу, которую нашел у мусорного бачка, обратил внимание на простой, приблизительный расчет электромагнитов. Титульный лист книги показан на фото1.

Вообще их расчет это сложный процесс, но для радиолюбителей, расчет, приведенный в этой книге, вполне подойдет. Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции - В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф. Ф = В S - магнитная индукция — В умноженная на площадь поперечного сечения магнитопровода — S. Силовой поток зависит также от так называемой магнитодвижущей силы (Ем), которая определяется числом ампервитков на 1см длины пути силовых линий и может быть выражена формулой:
Ф = магнитодвижущая сила (Ем) магнитное сопротивление (Rм)
Здесь Ем = 1,3 I N, где N - число витков катушки, а I - сила текущего по катушке тока в амперах. Другая составляющая:
Rм = L/M S, где L — средняя длина пути силовых магнитных линий, М - магнитная проницаемость, a S - поперечное сечение магнитопровода. При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала - железоматериал с большой магнитной проницаемостью. Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков. Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 1,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Рассматривая график (к сожалению я его в приложении не нашел) намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода L =L1+L2 равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.
Если диаметр D сердечника (Рис.1,в)примем равным 2 см, то его площадь будет равна: S = 3,14xD2/4 = 3,14 см2. 0тсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S= 10000 x 3,14=31400 силовых линий. Можно приближенно вычислить и подъемную силу электромагнита (P). P = B2 S/25 1000000 = 12,4 кг. Для двухполюсного магнита этот результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг = 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы. Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N J = 60 ампервиткам.
Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 А и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении тока, например 0,25 А и 240 витков. Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение. Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 а/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2 а - 0,4 мм2, а для тока в 0,25 а - 0,05 мм2, диаметр проволоки будет 0,7 мм или 0,2 мм соответственно. Каким же из этих проводов следует производить обмотку? С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся ассортиментом проволоки, с другой - возможностями источников питания, как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков - 30, а другая - из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление. Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки L равна, произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): L = N x L1 где L1 - длина одного витка, равная 3,14 x D. В нашем примере D = 2 см, и L1 = 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, сопротивление обмотки постоянному току будет примерно равно? 0,1 Ом, а для второй - 240 x 6,3 = 1 512 см, R ? 8,7 Ом. Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2А необходимое напряжение равно 0,2В, а для тока в 0,25А - 2,2В.
Таков элементарный расчет электромагнитов. Конструируя электромагниты, надо не только производить указанный расчет, но и уметь выбрать материал для сердечника, его форму, продумать технологию изготовления. Удовлетворительными материалами для изготовления сердечников в кружках являются прутковое железо (круглое и полосовое) и различные. железные изделия: болты, проволока, гвозди, шурупы и т. д. Чтобы избежать больших потерь на токах Фуко, сердечники для приборов переменного тока необходимо собирать из изолированных друг от друга тонких листов железа или проволоки. Для придания железу «мягкости» его необходимо подвергать отжигу. Большое значение имеет и правильный выбор формы сердечника. Наиболее рациональные из них кольцевые и П-образные. Некоторые из распространенных сердечников показаны на рисунке 1.

Электромагниты в технических устройствах применяются для подъема грузов, переключения контактов реле магнитных пускателей, вентилей гидравлических систем, растормаживания механических тормозов и т. д.

На рис. 1.18 представлена схема магнитной цепи электромагнита.

Подвижная часть (якорь – 2, рис. 1.18) магнитопровода электромагнита отделена от его неподвижной части 1 рис. 1.18 воздушным зазором. При подключении намагничивающей обмотки к источнику электрической энергии возбуждается магнитное поле, возникает электромагнитная сила, действующая на якорь, и он, преодолевая силу тяжести, действие пружин и т. п., притягивается к неподвижной части магнитопровода.

Расчет силы притяжения электромагнита часто проводится приближенно, исходя из следующих соображений: 1. Ток I в обмотке имеет установившееся значение.

2. Сердечник 1 и якорь 2 не насыщены.

3. Потоком рассеяния Ф р и выпучиванием магнитного поля в зазорах пренебрегают.

4. При изменении воздушного зазора на dl 0 магнитная индукция В 0 остается постоянной.

В таком случае можно считать, что механическая работа по перемещению якоря в направлении действия сил F на расстояние dl 0 равна изменению энергии магнитного поля в воздушных зазорах, вследствие уменьшения их объемов.

С учетом двух воздушных зазоров имеем:

механическая работа

энергия магнитного поля в двух зазорах длиной dl 0 , где
– плотность электромагнитной энергии (энергия в единице объема зазора), S 0 – площадь одного воздушного зазора. Приравняв dW мех и dW эм , получим расчетную формулу силы притягивания электромагнита

1.16.

6.5.Об индуктивности намагничивающей обмотки.

Если катушка не имеет ферромагнитного сердечника, то зависимость потокосцепления y от тока катушки I линейная и индуктивность катушки
. Здесь индуктивность, как коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и током катушки, является линейным параметром катушки. То же замечание относится и к намагничивающим обмоткам с ненасыщенным магнитопроводом (
).

Если поток Ф сцепляется со всеми w витками катушки (обмотки), то потокосцепление
, где
, тогда индуктивность

1.17

Здесь
– магнитное сопротивление на пути магнитного потока.

Абсолютная магнитная проницаемость ненасыщенных ферромагнитных материалов m а >> m 0 – магнитной проницаемости вакуума (4 p× 10 -7 Гн/м) . Поэтому размещение намагничивающей обмотки на ферромагнитном магнитопроводе резко увеличивает индуктивность катушки.

Физически последнее утверждение объясняется способностью ферромагнетиков усиливать внешнее магнитное поле, созданное током обмотки, за счет ориентации по направлению поля собственных областей самопроизвольного намагничивания. Эта ориентация выражена тем четче, чем больше ток обмотки. Когда все области самопроизвольного намагничивания ориентируются в направлении внешнего поля, наступает магнитное насыщение магнитопровода, его магнитная проницаемость и индуктивность обмотки резко снижаются, магнитопровод перестает выполнять функцию локализации магнитного поля.

В общем случае, когда приходится считаться с тем что
, используется понятие дифференциальной индуктивности
(индуктивность L становится нелинейным параметром обмотки).

Индуктивность, как элемент схемы замещения реальной электрической цепи, дает возможность учитывать при расчетах явление самоидукции (при переменных токах катушки) и явление накопления энергии в магнитном поле катушки.

Расчет электромагнита постоянного тока

Электромагниты нашли в аппаратостроении широкое применение и как элемент привода аппаратов (контакторы, пускатели, реле, автоматы, выключатели), и как устройство, создающее силы, например, в муфтах и тормозах.

При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшается с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материала, при данном потоке магнитная проницаемость должна быть возможно выше. Это позволяет уменьшить м.д.с. обмотки и мощность, необходимую для срабатывания электромагнита; уменьшаются размеры обмоточного окна и всего электромагнита. Уменьшение м.д.с. при прочих неизменных параметрах уменьшает температуру обмотки.

Вторым важным параметром материала является индукция насыщения. Сила, развиваемая электромагнитом, пропорциональна квадрату индукции. Поэтому чем больше допустимая индукция, тем больше развиваемая сила при тех же размерах.

После того, как обмотка электромагнита обесточивается, в системе существует остаточный поток, который определяется коэрцитивной силой материала и проводимостью рабочего зазора. Остаточный поток может привести к залипанию якоря. Во избежание этого явления требуется, чтобы материал обладал низкой коэрцитивной силой.

Существенными требованиями являются низкая стоимость материала и его технологичность.

Наряду с указанными свойствами магнитные характеристики материалов должны быть стабильны (не изменяться от температуры, времени, механических ударов).

В результате расчета магнитной цепи определяется не­обходимая магнито-движущая сила (МДС) обмотки. Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуе­мую МДС, а с другой – чтобы ее максимальная темпера­тура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.

В зависимости от способа включения различают обмот­ки напряжения и обмотки тока. В первом случае напряже­ние, приложенное к обмотке, постоянно по своему действу­ющему значению, во втором - сопротивление обмотки электромагнита намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.

Расчет обмотки электромагнита постоянного тока .

На рисунке 72 показаны магнитопровод и катушка электро­магнита. Обмотка 1 катушки выполняется изолированным проводом, который наматывается на каркас 2.

Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае витки обмотки скрепляются ленточной или листовой изоляцией либо заливочным компаундом.

Для расчета обмотки напряжения должны быть заданы напряжение U и МДС. Сечение обмоточного провода q находим, исходя из потребной МДС:

где – удельное сопротивление;

– сред­няя длина витка (рисунок 72);

R – сопротивление обмотки, равное

При неизменной средней длине витка и заданном МДС определяется произведением .

Если при неизменном напряжении и средней дли­не витка требуется увеличить МДС, то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число вит­ков. Ток в обмотке возрас­тет, так как сопротивление ее уменьшится за счет уменьшения числа витков и увели­чения сечения провода.

По найденному сечению с помощью таблиц сортаментов находится ближайший стан­дартный диаметр провода.

Рисунок 72 – К расчету обмотки электромагнита

Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде тепла, определяется следующим образом:

Число витков обмотки при заданном сечении катушки определяется коэффициентом заполнения по меди

где – площадь, зани­маемая медью обмотки;

– сечение обмотки по меди.

Число витков

.

Тогда мощность, потребляемая обмоткой, определится выражением

.

Для расчета обмотки тока исходными параметрами яв­ляются МДС и ток цепи . Число витков обмотки нахо­дится из выражения . Сечение провода можно выбрать исходя из рекоменду­емой плотности тока, равной 2…4 А/мм 2 для продолжитель­ного, 5…12 А/мм 2 для повторно-кратковременного, 13…30 А/мм 2 для кратковременного режимов работы. Эти значения можно увеличить примерно в 2 раза, если срок службы обмотки и электромагнита не превышает 500 ч. Площадь окна, занимаемого рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода d

Электромагнит – это магнит, который работает (создаёт магнитное поле) только при протекании через катушку электрического тока. Чтобы сделать мощный электромагнит, нужно взять магнитопровод и обмотать его медной проволокой и просто пропустить ток по этой проволоке. Магнитопровод начнет намагничиваться катушкой и начнет притягивать железные предметы. Хотите мощный магнит – поднимайте напряжение и ток, экспериментируйте. А чтобы не мучится и не собирать магнит самому, можно просто достать катушку с магнитного пускателя (они бывают разные, на 220В/380В). Достаете эту катушку и внутрь вставляем кусок любой железяки (например, обычный толстый гвоздь) и включаем в сеть. Вот это будет по-настоящему не плохой магнит. А если у вас нет возможности достать катушку с магнитного пускателя, то сейчас рассмотрим, как сделать электромагнит самому.

Для сборки электромагнита вам понадобятся проволока, источник постоянного тока и сердечник. Теперь берем наш сердечник и мотаем медную проволоку на него (лучше виток витку, а не в навал – увеличится коэффициент полезного действия). Если хотим сделать мощный электро магнит, то мотаем в несколько слоев, т.е. когда намотали первый слой, переходим во второй слой, а потом мотаем третий слой. При намотке учитывайте, что то, что вы намотаете, эта катушка имеет реактивное сопротивление, и при протекании через эту катушку будет проходить меньший ток при большом реактивном сопротивлении. Но тоже учитывайте, нам нужен и важен ток, потому, что мы будем током намагничивать сердечник, который служит в качестве электро магнита. Но большой ток сильно будет нагревать катушку, по которой протекает ток, так что соотнесите эти три понятия: сопротивление катушки, ток и температура.

При намотке провода выберите оптимальную толщину медной проволоки (где-то 0,5 мм). А можете и поэкспериментировать, учитывая, что чем меньше сечение проволоки, тем больше будет реактивное сопротивление и соответственно ток протекать будет меньший. Но если вы будите мотать толстым проводом (примерно 1мм), было бы не плохо, т.к. чем толще проводник, тем сильнее магнитное поле вокруг проводника и плюс ко всему будет протекать больший ток, т.к. реактивное сопротивление будет меньше. Так же ток будет зависеть и от частоты напряжения (если от переменного тока). Так же стоит сказать пару слов о слоях: чем больше слоев, тем больше магнитное поле катушки и тем сильнее будет намагничивать сердечник, т.к. при наложении слоев магнитные поля складываются.

Хорошо, катушку намотали, и сердечник внутрь вставили, теперь можно приступить к подаче напряжения на катушку. Подаем напряжение и начинаем увеличивать его (если у вас блок питания с регулировкой напряжения, то плавно поднимайте напряжение). Следим при этом чтобы наша катушка не грелась. Подбираем напряжение такое, чтобы при работе катушка была слегка теплой или просто теплой – это будет номинальный режим работы, а так же можно будет узнать номинальный ток и напряжение, замерив на катушке и узнать потребляемую мощность электромагнита, перемножив ток и напряжение.

Если вы собираетесь включать от розетки 220 вольт электромагнит, то вначале обязательно измерьте сопротивление катушки. При протекании через катушку тока в 1 Ампер сопротивление катушки должно быть 220 ом. Если 2 Ампера, то 110 Ом. Вот как считаем ТОК=напряжение/сопротивление= 220/110= 2 А.

Все, включили устройство. Попробуйте поднести гвоздик или скрепку – она должна притянуться. Если плохо притягивается или очень плохо держится, то домотайте слоев пять медной проволки: магнитное поле увеличится и сопротивление увеличится, а если сопротивление увеличится, то номинальные данные электро магнита изменятся и нужно будет перенастроить его.

Если хотите увеличить мощность магнита, то возьмите подковообразный сердечник и намотайте провод на две стороны, таким образом получится манит-подкова состоящий из сердечника и 2-ух катушек. Магнитные поля двух катушек сложатся, а значит, магнит в 2 раза будет работать мощнее. Большую роль играет диаметр и состав сердечника. При малом сечении получится слабый электромагнит, хоть если мы и подадим высокое напряжение, а вот если увеличим сечение сердечка, то у нас выйдет не плохой электромагнит. Да если еще сердечник будет из сплава железа и кобальта (этот сплав характеризуется хорошей магнитной проводимостью), то проводимость увеличится и за счет этого сердечник будет лучше намагничиваться полем катушки.

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 ампер-виток = 1 ампер [А]

Исходная величина

Преобразованная величина

ампер ампер-виток килоампер-виток миллиампер-виток абампер-виток гильберт

Избранная статья

Магнитодвижущая сила

Общие сведения

Магнитодвижущая сила - это физическая величина, которая характеризует способность электрического тока создавать магнитный поток вокруг проводника, в котором он протекает. Магнитные поля возникают, когда через катушку или проводник проходит электрический ток и при этом возникает магнитодвижущая сила.

Магнитодвижущую силу в индукторе или электромагните измеряют как величину электрического тока, текущего через катушку. Она пропорциональна числу витков в катушке. Иногда, особенно в переводах с английского, эту силу также называют разностью магнитных потенциалов.

Магнитодвижущую силу часто сравнивают с электродвижущий силой (ЭДС) в электрических цепях. В СИ магнитодвижущая сила измеряется в амперах (A), а на практике - часто в ампер-витках. В СГС она также измеряется в гильбертах.

Постоянные магниты

В природе не очень много материалов, которые магнитны сами по себе, без вмешательства электричества, которое превращает тела, через которые протекает электрический ток, в электромагниты. Один из таких материалов - это намагниченный магнетит. В некоторых языках, например в английском, существует даже особый термин, который обозначает именно намагниченный магнетит. Это потому, что не всякое тело из магнетита - магнитно, так как не весь магнетит магнитный. Точно неизвестно, как происходит процесс намагничивания магнетита, но по одной теории намагничивание происходит за счёт молнии, так как при протекании электрического тока во время разряда молнии образуется достаточно сильное магнитное поле, которое и намагничивает магнетит. Эта теория возникла потому, что в основном ненамагниченный магнетит находят в более нижних породах грунта, в то время как намагниченный - наоборот, в верхних. Современные постоянные магниты чаще всего сделаны из сплавов. Самые сильные магниты - из редкоземельных металлов, например из неодима (Nd 2 Fe 14 B).

Электромагниты

Все, что нам нужно, чтобы создать магнитное поле - это немного проволоки, через которую течет электрический ток. Магнитные поля, генерируемые прямыми проводами обычно слабые. Но если намотать провод так, чтобы образовалась катушка, это значительно увеличивает напряженность магнитного поля. Как мы уже говорили, чем у катушки больше витков, тем сильнее магнитодвижущая сила. Магниты, созданные таким способом, называют электромагнитами .

Большое преимущество электромагнитов над обычными магнитами в том, что их можно выключать и включать. Это очень полезное свойство в технике, так как оно позволяет нам управлять тем, как и когда использовать магнит. Например, при перемещении старых автомобилей на площадке для переработки металлолома с помощью очень сильного электромагнита, магнит включают во время перемещения автомобиля из одного места в другое, и выключают его, когда автомобиль необходимо отпустить.

Примеры магнетизма и использования магнитодвижущей силы

Магнетизм широко используется в быту, и трудно даже представить нашу современную жизнь со всеми её удобствами без магнитов. Рассмотрим некоторые примеры использования магнитов.

В навигации

Одно из самых ранних применений магнитов - в навигации. Точно неизвестно, когда был создан первый компас, но мы знаем, что природные постоянные магниты из магнетита использовались мореплавателями для навигации как минимум с 12-го века. Многие ученные считают, что их использовали намного раньше. Поначалу магнетит использовали подвешенными так, чтобы он мог легко двигаться и указывать направление, но позже им стали намагничивать металлические иглы, так как их намного проще использовать.

Компас долго изменяли и улучшали, пока он не стал таким, как сейчас. Одно из улучшений - это стабилизированная игла. Даже на движущемся корабле игла в таком компасе вращается в основном под действием магнитного поля, а не под действием бортовой и килевой качки. Иногда для того, чтобы стабилизировать иглу в корпусе компаса, используют жидкость. Также для этого используют специальное устройство - карда́нов подве́с. Внутренняя рамка этого устройства, на который помещают компас, не движется относительно горизонта благодаря тому, что движутся внешние рамки. Еще одно важное улучшение помогло предотвратить влияние металлического корпуса корабля на компас.

У магнитного компаса есть два серьезных недостатка: он показывает направление на магнитный, а не истинный полюс Земли; он имеет высокую чувствительность к внешним магнитным полям, например, к деталям корпуса судна (это до сих пор проблема, хоть на данный момент и сделан ряд улучшений, чтобы сделать компас менее чувствительным, как мы говорили выше).От этих недостатков свободны «компасы с мотором», то есть, гирокомпасы, в которых магнитодвижущая сила используется в электродвигателе, приводящем в движение гироскоп в кардановом подвесе. Впрочем, у гирокомпаса тоже есть недостатки.

Магнитодвижущая сила в транспорте

Одно из интересных применений магнитодвижущей силы - в поездах маглев. Это название звучит как имя собственное, но это всего лишь аббревиатура от слов маг нитная лев итация. Поезд маглев это, в сущности, летающий поезд, только летит он совсем низко над землей, обычно всего в нескольких сантиметрах от рельсов. Магнитное поле, генерируемое на рельсах и на корпусе поезда, отталкивает поезд от рельсов. Магнитодвижущая сила также помогает двигать поезд вперед. Такая конструкция удобна тем, что позволяет достигать высоких скоростей, так как при таком движении поезд не касается рельсов и «висит» в воздухе, а значит отсутствует трение, что намного уменьшается износ деталей как поезда, так и рельсов. Хотя следует заметить, что, несмотря на эти преимущества, стоимость изготовления таких поездов и путей для них значительно выше, чем обычных.

Сейчас существует несколько моделей маглев-систем, которые отличаются количеством рельсов, а также принципом работы. В настоящее время используются две системы: на электромагнитной подвеске (EMS) и на электродинамической подвеске (EDS).

В системах с электромагнитной подвеской электромагниты направлены в сторону рельса. Обычно подвеска поезда, на которой установлен электромагнит, имеет форму буквы С, повернутой по часовой стрелке на 90° вниз и охватывающей рельс; магниты в ней обращены вверх, в направлении к рельсу. Такие системы менее динамически стабильны из-за их устройства. Поэтому в них установлена сложная система управления с обратной связью, которая обеспечивает правильное расстояние между поездом и рельсами. С другой стороны, у таких поездов есть преимущество: они могут левитировать даже при низких скоростях.

В системах с электродинамической подвеской используются либо постоянные магниты, либо электромагниты, как на самом поезде, так и на рельсах. Магнитное поле поддерживает поезд над рельсами на нужном расстоянии, а также толкает его вперед. Такие системы динамически стабильны и не нуждаются в сложной системе управления для поддержания постоянного зазора между подвеской и рельсом. Проблема с системами электродинамической подвески в том, что поезда маглев левитируют только когда поезд достиг достаточной скорости (более 30 км/час). Поэтому на участках, на которых такие поезда не достигли достаточной скорости, им необходимы колеса или подвижные рельсы. Как мы уже обсудили ранее, это вызывает износ колес и рельсов, что, в свою очередь, увеличивает эксплуатационные расходы.

Из-за их конструкции, для поездов маглев нужна своя особая инфраструктура. Начальные затраты на постройку новых железнодорожных путей обычно велики, особенно в городских районах с высокой плотностью населения. Обычно это вызвано высокими ценами на недвижимость в таких районах. К тому же, для поездов маглев необходимы запасные пути по всему маршруту на случай, если отключат электричество и нужно будет безопасно перевезти пассажиров из одной точки в другую. Это особенно важно, если пути идут высоко над землей, и пассажиры не могут пройти по рельсам пешком. С другой стороны, по сравнению с обычными поездами, большое преимущество поездов маглев в том, что на них мало влияет погода, кроме случаев, когда плохая погода вызывает также отключения электроэнергии.

Большая часть энергии, потребляемая поездами маглев, расходуется на преодоление сопротивления воздуха. Обычно такие поезда более экономны в плане расхода энергии на высоких скоростях, то есть их лучше всего использовать для перемещения на большие расстояния. На данный момент в мире используют несколько систем маглев: а Шанхае (Китай), в Японии и в Южной Корее. Существует также несколько испытательных систем, которые планируют использовать в будущем, а также систем, которые были испытаны, но впоследствии выведены из эксплуатации, например, таких как в Германии и Великобритании.

Земля - магнит

Земля - это огромный магнит. По сравнению со многими другими магнитами этот магнит - не очень сильный, но он очень важен для всего живого на Земле. Магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра, который иначе может разрушить атмосферу Земли.

Кроме этого, именно благодаря намагниченности Земли мы можем использовать компас для навигации. Ученые считают, что твердое внутреннее ядро Земли состоит из сплавов железа, хорошо проводящих электрический ток. Жидкая наружная часть ядра, которая обрамляет твердое ядро, также состоит из имеющих высокую проводимость (но жидких) веществ, которые находятся в движении благодаря теплообмену внутри ядра. Именно это, по мнению ученых, и делает Землю электромагнитом.

Полярное сияние

Полярное сияние тоже возможно именно благодаря магнетизму Земли. Частицы солнечного ветра, в основном в форме электронов и протонов, сталкиваются с молекулами газов в верхних слоях атмосферы, в результате чего происходит их возбуждение с последующим переходом в нормальное, невозбужденное состояние, во время которого и излучается свет. Эти частицы сконцентрированы вокруг силовых линий магнитного поля. Так как эти линии начинаются и заканчиваются на магнитных полюсах Земли, то чем они ближе к полюсам, тем меньше расстояние между соседними линиями. Благодаря этому светящиеся частицы сконцентрированы вокруг магнитных полюсов, в районе которых и наблюдается полярное сияние.

Полярное сияние видно как у северного магнитного полюса, так и у южного. Его часто называют северным сиянием, но это правильно только для полярного сияния у северного магнитного полюса. У южного полюса оно называется южным сиянием, хотя этот термин почти не используется. Стоит также вспомнить, что магнитные северный и южный полюса не совпадают с географическими Северным и Южным полюсами Земли. Они не только отклонены от географических полюсов, но к тому же постоянно перемещаются. Из-за этого смещения районы, в которых можно наблюдать полярное сияние, не зависят напрямую от широты. В некоторых местах можно увидеть полярные сияния на более низких широтах, чем в других местах. Например, полярные сияния иногда наблюдают в Торонто, Канада, на 44° СШ, но это явление невозможно наблюдать в других точках Земли, даже на тех же широтах (например, в Ялте в Крыму, на 44° СШ). Объяснение этого явления можно представить себе как Землю в красивом головном уборе из северного сияния. Только надет этот убор не прямо на макушку, как шляпа, а сдвинут набок, как берет. Только в районах под этим «беретом» и видно полярное сияние.

Магниторецепция

Некоторые животные чувствуют магнитное поле Земли и используют это умение для ориентирования по местности. Называется это умение магниторецепцией. В настоящее время момент исследования в этой области только начинаются. Они включают эксперименты по определению механизма магниторецепции в разных организмах, например в дрозофилах, птицах, мышах, и даже больших млекопитающих, например лисах и оленях. Результаты некоторых исследований говорят о том, что животные ориентируются по местности и находят свой дом благодаря магниторецепции. Другие исследования предполагают, что некоторые животные могут определить направление магнитного поля и ориентируют свое тело по этому направлению. Стоит заметить, что на данный момент рано делать выводы на основе большей части этих исследований. Некоторые исследования, говорящие о магниторецепции в животном мире, пока что не были успешно повторены другими исследователями.

Дипольные магнитные системы

Обычно о магнитах говорят как о дипольных системах. Этот термин означает, что у любого магнита есть северный и южный полюсы. Одинаковые полюсы отталкивают друг друга, а разные - наоборот притягивают друг друга. Интересно заметить, что полюсы Земли, нашего гигантского магнита, обозначены наоборот. Известно, что северный полюс магнитов притягивается к северному магнитному полюсу Земли. То есть, северный магнитный полюс Земли - на самом деле - южный полюс магнита, которым является Земля.

Намагниченный кислород

Кислород в твердом состоянии обладает магнитными свойствами. Конечно, это очень интересно, хотя у этого свойства и нет применений в повседневной жизни, так как для того, чтобы заморозить кислород, его температуру необходимо опустить до −218,79 °C. Преобразовать кислород в твердое состояние можно также при комнатной температуре, но под большим давлением. Интересно заметить, что в твердом состоянии кислород изменяет цвет в зависимости от стадии. Цвет может быть голубым, оранжевым, красным, черным, и серебристым.

Самодельный униполярный электродвигатель

Попробуем сделать простой мотор, который использует магнитодвижущую силу для того, чтобы крутить пропеллер. Такой мотор называется униполярным электродвигателем . У него мало применений на практике, но его очень просто сделать, и он служит хорошим примером магнитодвижущей силы в действии.

Нам нужна батарейка, отрезок провода, один редкоземельный магнит и несколько обычных магнитов, которые в основном будут выполнять роль грузов. Грузы нужны, чтобы утяжелить нашу конструкцию и сделать её более стабильной. Можно также использовать редкоземельный магнит потяжелее. Для того, чтобы лучше видеть, как мотор вертится, можно в дополнение использовать пропеллер, или что-нибудь еще. На иллюстрации - два сделанных нами мотора. Тот, у которого пропеллер внизу - очень простой конструкции.

Вначале присоединим редкоземельный магнит к шурупу. Дальше добавим несколько магнитов снизу, чтобы утяжелить и стабилизировать конструкцию. Пропеллер закрепим между двумя магнитами. Теперь необходимо создать магнитное поле с помощью провода. Присоединим один конец провода к отрицательному полюсу батарейки. Для этого удобно использовать липкую ленту. Дальше прикоснемся другим концом провода к боковой поверхности редкоземельного магнита снизу. Вот и все! Наш мотор завертелся!

Такой мотор очень легко сделать дома своими руками. Редкоземельные магниты продают на радиорынках и в других местах. Обычные магниты и другие компоненты можно найти в отделе товаров для рукоделия. Конечно же, все это также можно приобрести в интернете на eBay.com, или на других подобных сайтах. Пропеллер использовать не обязательно - без него тоже видно, что мотор крутится. Вместо пропеллера можно также смастерить из проволоки или из скрепки фигурку. В Google Images и на YouTube много интересных примеров таких самодельных моторов с занимательными вертушками.

Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Расчеты для перевода единиц в конвертере «Конвертер магнитодвижущей силы » выполняются с помощью функций unitconversion.org .