Interested Article - Соленоид
- 2021-05-05
- 1
Солено́ид (от греч. [солинаc] «труба» + др.-греч. [эйдос] «подобный, похожий») — разновидность катушки индуктивности .
Конструктивно длинные соленоиды имеют как однослойную намотку (см. рис.), так и многослойной.
Если длина намотки значительно превышает диаметр намотки, то в полости соленоида при подаче в него электрического тока порождается магнитное поле, близкое к однородному.
Также часто соленоидами называют электромеханические исполнительные механизмы , обычно со втягиваемым ферромагнитным сердечником . В таком применении соленоид почти всегда снабжается внешним ферромагнитным магнитопроводом , обычно называемым ярмом.
Бесконечно длинный соленоид — это соленоид, длина которого стремится к бесконечности (то есть его длина много больше его поперечных размеров).
Соленоид на постоянном токе
Если длина соленоида намного больше его диаметра и не используется магнитный материал, то при протекании тока по обмотке внутри катушки создаётся магнитное поле , направленное вдоль оси, которое однородно и для постоянного тока по величине равно :
где
- — магнитная проницаемость вакуума ,
- — число витков на единицу длины соленоида,
- — число витков,
- — длина соленоида,
- — ток в обмотке.
Вследствие того, что две половины бесконечного соленоида в точке их соединения вносят одинаковый вклад в магнитное поле, магнитная индукция полубесконечного соленоида у его края вдвое меньше, чем в объёме. То же самое можно сказать о поле на краях конечного, но достаточно длинного соленоида :
- ( СИ )
При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна
где
- — потокосцепление ,
- — магнитный поток в соленоиде,
- — индуктивность соленоида.
При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции , значение которой
- .
Индуктивность соленоида
Индуктивность соленоида выражается следующим образом:
где
- — магнитная проницаемость вакуума ,
- — число витков на единицу длины соленоида,
- — число витков,
- — объём соленоида,
- — длина проводника, намотанного на соленоид,
- — площадь поперечного сечения соленоида,
- — длина соленоида,
- — диаметр витка.
Без использования магнитного материала магнитная индукция в пределах соленоида является фактически постоянной и равна
где — сила тока. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно магнитной индукции , умноженной на площадь поперечного сечения и число витков :
Отсюда следует формула для индуктивности соленоида
- эквивалентная предыдущим двум формулам.
Соленоид на переменном токе
При переменном токе соленоид создаёт переменное магнитное поле. Если соленоид используется как электромагнит , то на переменном токе величина силы притяжения изменяется. В случае якоря из магнитомягкого материала направление силы притяжения не изменяется. В случае магнитного якоря направление силы меняется. На переменном токе соленоид имеет комплексное сопротивление , активная составляющая которого определяется активным сопротивлением обмотки, а реактивная составляющая определяется индуктивностью обмотки.
Применение
Соленоиды постоянного тока чаще всего применяются как поступательный силовой электропривод. В отличие от обычных электромагнитов обеспечивает большой ход. Силовая характеристика зависит от строения магнитной системы (сердечника и корпуса) и может быть близка к линейной.
Соленоиды приводят в движение ножницы для отрезания билетов и чеков в кассовых аппаратах, язычки замков, клапаны в двигателях, гидравлических системах и пр. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра. Большое распространение соленоиды получили в энергетике, найдя широкое применение в приводах высоковольтных выключателей.
Соленоиды на переменном токе применяются в качестве индуктора для индукционного нагрева в индукционных тигельных печах .
См. также
Примечание
- ↑ Савельев И. В. (1982), с. 148–152.
Литература
- Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.
- 2021-05-05
- 1