Електромагніти та їх застосування

РЕФЕРАТ 

на тему:

Електромагніти та їх застосування




ПЛАН

1. Поняття електромагнетизму

2. Поняття та класифікація електромагнітів

3. Практичне використання електромагнітів

Список використаної літератури


1. Поняття електромагнетизму

Електромагнетизм, наука, яка займається питанням взаємозалежності магнітних та електричних явищ, наприклад, виникнення магнітного поля при проходженні електричного струму.

Електромагніт, котушка з феромагнітним осердям (напр.. з м’якої сталі), яка під впливом магнітного поля, створеного при проходженні через обмотку електричного струму, стає магнітом.

Електрика, 1) явища, в яких істотну роль відіграє електричний заряд або струм, 2) наука, про електричні заряди та пов’язані з ними електричні й магнітні поля (напр., магнітне поле навколо провідника зі струмом), взаємозв’язок між електричними та магнітними полями, а також пов’язані з ними явища.

Магнетизм, явища і властивості матерії, пов’язані з взаємодією тіл через магнітне поле.

Магніт, елемент із магнітного, твердого матеріалу, джерело постійного магнітного поля; кожний магніт має два різнойменних полюси (т.зв. південний та північний), навколо яких поле є найсильнішим; магніти бувають брускові, тороїдальні, у формі підкови та ін.; використовуються у компасах, електрогенераторах, двигунах, гучномовцях, мікрофонах, замках, тощо.

Явище магнетизму відоме людям здавна. Китайці говорили про природний магніт: “люблячий камінь притягає залізо, як любляча мати пригортає дітей”. Давні греки називали магніт “грекулесовим каменем”. Якщо їх так дивувала сила притягання природного магніта, то що б вони сказали, побачивши сучасні електромагніти, що підіймають тонни заліза.

Речовина, з якої складається “геркулесів камінь” — магнетит, або інакше магнітний залізняк (хімічний склад: 31% FeO i 69% Fe2 O3), -- це намагнічені кам’яні шматочки, іноді досить великих розмірів (до кількох кілограмів). Назва “магніт”, як стверджував Платон, була дана Евріпідом, котрий називав його у своїх драмах “каменем із Магнезії”(Греція). Магніт діє не тільки на залізо.Нікель, кобальт, марганець, платина, золото, срібло, алюміній також притягаються магнітом, тільки не так сильно. А димагнітні тіла, наприклад цинк, свинець, вісмут відштовхуються від сильного магніта. Якщо наповнити чистим киснем мильну бульбашку і помістити її між полюсами сильного магніта, вона помітно розтягнеться від одного полюса до другого. Полум’я свічі між полюсами сильного електромагніта змінює свою звичайну форму (мал.1).

Найкраще напрям магнітного поля можна визначити, якщо насипати дрібні залізні стружки тонким рівним шаром на склянну пластинку або шматок гладкого картону, підвести під нього звичайний магніт і легко струшувати стружки. Вони намагнітяться під дією магніта і після струшування утворюють иаку картину: чим ближче до полюса, тим густіші та чистіші лінії стружок. З віддаленням вони стають все розрідженішими і менш чіткими.

А як же відбувається намагнічування? Кожен атом заліза, що входить до складу сталі, ми можемо уявити як маленький магнітик. Точніше, розглядати потрібно не атоми, а домени – утворення, що складаються з великої кількості атомів, іноді видимі неозброєному оку. У ненамагніченій сталі вони розташовані хаотично, так, що дія кожного знищується дією протилежно розташованого “магнітика”. Коли ж брусок сталі натирають магнітом, він ніби повертає силою свого притягання “магнітики” одноіменними полюсами у один і той же бік. Але цей спосіб намагнічування годиться для отримання тільки слабких магнітів.



2. Поняття та класифікація електромагнітів

Електромагні́т (англ. electromagnet, нім. Elektromagnet m) — пристрій, що створює магнітне поле при проходженні електричного струму. Звичайно електромагніт складається з обмотки і феромагнітного осердя, який набуває властивостей магніту при проходженні по обмотці струму. У електромагнітах, призначених, перш за все, для створення механічного зусилля також присутній якір (рухома частина магнітопроводу), що передає зусилля.

Обмотки електромагнітів виготовляють з ізольованого алюмінієвого або мідного дроту, хоча є і надпровідні електромагніти. Магнітопроводи виготовляють з магнітом'яких матеріалів — звичайно з електротехнічної або якісної конструкційної сталі, литої сталі і чавуну, залізонікельових і залізокобальтових сплавів. Для зниження втрат на вихрові струми магнітопроводи виконують з набору листів (шихта).

Електромагніти застосовують для створення магнітних потоків в електричних машинах і апаратах, пристроях автоматики тощо (ґенераторах, двигунах, реле, пускачах і т.д.).

Нейтральні електромагніти постійного струму

У таких магнітах сила тяжіння залежить тільки від величини струму в обмотці і не залежить від напряму струму.

Поляризовані електромагніти постійного струму

У електромагнітах цього типу створюється 2 незалежних магнітних потоки: поляризаційний, який утворюється зазвичай полем постійного магніту, і робочий магнітний потік, який виникає під дією обмотки керування, намагнічувальної сили (м. р. с.). Дія такого магніту залежить як від величини магнітного потоку, так і від напряму електричного струму в робочій обмотці.

Електромагніти змінного струму

У цих магнітах живлення обмотки здійснюється від джерела змінного струму, а магнітний потік періодично змінюється по величині і напряму, внаслідок чого сила тяжіння пульсує від нуля до максимального значення з подвоєною частотою по відношенню до частоти струму живлення.

Інші класифікації

Електромагніти розрізняють також за рядом інших ознак: за способом включення обмоток — з паралельними і послідовними обмотками; за характером роботи — що працюють в тривалому, переривистому і короткочасному режимах; за швидкістю дії — швидкодіючі і сповільненої дії і т.д.

Найпростіший електромагніт

Найпростішим електромагнітом є провідник намотаний на циліндричну котушку — соленоїд. Набагато сильніше магнітне поле можна створити, вставивши в котушку осердя з феромагнітного матеріалу. При цьому магнітне поле котушки намагнічує осердя і те, в свою чергу, створює додаткове магнітне поле.

Пристрої, де використовуються електромагніти

Електромагніти використовуються там, де необхідне магнітне поле, яке можна швидко і легко змінити, наприклад у електричному дзвінку, телеграфії, електромашинах, релейній техніці.



3. Практичне використання електромагнітів

На металургійних заводах можна бачити гігантські електромагнітні підйомні крани, що переносять величезні вантажі – масивні залізні глиби, або частини машин в десятки тонн – без всякого прикріплення. На одному тільки металургійному заводі електромагнітний кран переносить одразу 10 рельсів, замінюючи ручну працю 200 людей. Але якщо струм з якоїсь причини припиниться, аварія неминуча. Діаметр електромагніта, зображеного на мал.5 сягає 1,5м, він може підняти до 16 тонн вантажу (товарний вагон). Він не зможе переносити тільки надто розжарений метал: нагрітий до 800°С магніт втрачає магнітні якості. Виключенням є випадок, коли по розжареному металу тече сильний струм, який утворює магнітне поле, здатне взаємодіяти із зовнішнім магнітним полем.

Як не дивно, але захистом від магнітних сил є також залізо. Всередині залізного кільця магнітна стрілка компаса не відхиляється магнітом, розміщеним поза кільцем. Старі механічні годинники зі сталевими або залізними частинами виходять із ладу, якщо їх намагнітити. Але якщо годинник має залізну або сталеву кришку, то його не намагнітить навіть найсильніший електромагніт. 

Силою електромагнітів іноді користуються фокусники. Відомий наприклад трюк, коли людина дуже сильна не могла підняти ту річ, яку легко підіймала секунду тому. Дно ящика залізне, сам він стоїть на підставці, що є сильним електромагнітом. Досить пустити струм, і його не зможуть підняти навіть двоє-троє силачів.

Важкоатлети використовують електромагніт для тренувань. Його підвішують на висоті, трохи більшій від людського зросту, а спортсмен, тримаючив руках залізну праску, намагається побороти магнітне притягання. В залежності від струму, який регулюється тренером, притягання буває різної сили, і може бути таким, що атлет, не бажаючи випускати праски з рук, ризикує повиснути на магніті.

Сільськогосподарська техніка використовує магніти для того, щоб відділити ворсисте насіння бур’янів від гладенького зерна культурних рослин. Якщо суміш насіння обсипати залізним порошком, то крупинки заліза обліплять насіння бур’янів, але не пристануть до гладенького насіння корисних рослин. Магніт виловлює всі бур’яни. Електромагнетизм дозволяє також працівникам музеїв розділяти сторінки стародавніх документів за допомогою одноіменної електризації сторінок документів. 

Інститут залізничних технічних досліджень у Японії продовжує розробку транспорта на магнітній подушці. Проводяться багаторазові експериментальні пробіги поїзда на спеціальній залізниці у преф. Міядзакі на о. Кюсю з метою створення системи, яку можна було б запустити у практичну експлуатацію. Під час пробігу в 1979 р. Без пасажирів була досягнута швидкість 517 км/год, у 1987 р. З пасажирами – 400 км/год. В лінійному двигуні експериментального поїзда використаний як надпровідник ніобій-титановий сплав, а як охолоджувач – рідкий гелій. Втім, гелій має один недолік: він дуже дорогий. Вчені працюють над тим, щою досягнути потрібної надпровідності хоча б при температурі рідкого кисню.

Були спроби створити магнітний вічний двигун – perpetuum mobile. Ось один із таких проектів: сильний магніт А розміщується на колонці. До неї приставлені два похилих жолоба М і N , при чому верзній має отвір С у верхній частині, а нижній N вигнутий. Цей двигун мав би діяти так: якщо у точку В покласти невелику залізну кульку, то під дією магніта А вона покотиться угору, провалиться через отвір С у нижній жолоб N, покотиться униз, підніметься по закругленню D жолоба і потрапить на верхній жолоб М. Звідси притягнеться магнітом угору до отвору С, і так безкінечно. Помилка винахідника у тому, що швидкість кульки, яка котиться по жолобу N буде недостатня для того, щоб піднятись по заокругленню D. Це — ще один доказ неможливості існування perpetuum mobile.

Вічних двигунів не існує, проте довговічні – цілком можлива річ. У 1903 році Стреттоном був винайдений “радієвий годинник”, із заводом на 1600 років. Будова його досить нескладна. У склянному балоні, з якого викачано повітря, на кварцовій нитці В (мал.8), що не проводить електрострум, підвішена невеличка скляна трубочка А, яка вміщує кілька тисячних долей грама радієвої солі. До кінця її підвішені два золотих листочка. β промені, які легко проходять крізь скло і складаються із потоку електронів, відносять із собою негативний заряд, а потім сама трубка з радієм поступово заряджається позитивно. Цей позиттивний заряд переходить на золоті листочки і змушує їх роздвигатись, при цьому доторкаючись до стінок балона. У відповідних місцях приклеєні смужки фольги, по яких заряд відходить, і листочки знову сходяться. Скоро накопичюється новий заряд, листочки знову розходяться, і так продовжуватиметься цілі роки, поки радій продовжуватиме випромінювання.Здатність радію випромінювати промені послаблюється вдвічі через 1600 років, тому радієвий годинник буде йти не менше тисячі років. Якби в епоху початку Русі було створено такий годинник, то він продовжував би працювати і у наші часи. Але потужність цього двигуна така мала, що його не можливо використовувати для інших цілей.










Список використаної літератури

Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. ISBN 966-7804-14-3

Перельман Я. И. Занимательная физика: Книга вторая.— М.: Наука., 1991.

Універсальний словник-енциклопедія (УСЕ). — К.,1999.







9