Магнитное поле катушки с током. Электромагниты

Представление о катушке

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. Чтобы получить катушку, надо взять изолированный проводник и намотать его на каркас. Такая катушка содержит в себе большое количество витков провода. Обратите внимание: эти провода намотаны на пластмассовый каркас и у этого провода есть два вывода (рис. 1).

Рис. 1. Катушка
Магнитное поле катушки с током

Исследованием магнитного поля катушки занимались два известных ученых: Андре-Мари Ампер и Франсуа Араго. Они выяснили, что магнитное поле катушки полностью соответствует магнитному полю постоянного магнита (рис. 2).

Рис. 2. Магнитное поле катушки и постоянного магнита

Почему магнитные линии катушки имеют такой вид

Если через прямой проводник протекает постоянный ток, вокруг него возникает магнитное поле. Направление магнитного поля можно определить по «правилу буравчика» (рис. 3).

Рис. 3. Магнтное поле проводника

Сгибаем этот проводник по спирали. Направление тока остается таким же, магнитное поле проводника так же существует вокруг проводника, поле разных участков проводника складывается. Внутри катушки магнитное поле будет сосредоточено. В итоге получим следующую картину магнитного поля катушки (рис. 4).

Рис. 4. Магнитное поле катушки

Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого проводника, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 5). Линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми.

Рис. 5. Расположение металлических опилок около катушки с током

Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой – к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса – северный и южный (рис. 6).

Рис. 6. Полюса катушки

Применение катушки с током в технике

На электрических схемах катушка обозначается следующим образом:

Рис. 7. Обозначение катушки на схемах

Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять в широких пределах.

Магнитное поле катушки велико по сравнению с магнитным полем проводника (при одинаковой силе тока).

При пропускании тока через катушку вокруг нее образуется магнитное поле. Чем больший ток протекает по катушке, тем сильнее будет магнитное поле.

Его можно фиксировать с помощью магнитной стрелки или металлической стружки.
Также магнитное поле катушки зависит от количества витков. Магнитное поле катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней. То есть мы можем регулировать поле катушки, изменяя количество ее витков или электрический ток, протекающий по катушке.
Электромагнит

Но самым интересным оказалось открытие английского инженера Стёрджента. Он продемонстрировал следующее: ученый взял и надел катушку на железный сердечник. Дело все в том, что, пропуская электрический ток по виткам этих катушек, магнитное поле многократно увеличивалось – и все железные предметы, которые находились вокруг, стали притягиваться к этому устройству (рис. 8). Это устройство получило название «электромагнит».

Рис. 8. Электромагнит

Когда сообразили сделать железный крючок и присоединить его к этому устройству, получили возможность перетаскивать различные грузы. Итак, что такое электромагнит?

Определение

Электромагнит – это катушка с большим количеством витков обмотки, надетая на железный сердечник, которая обретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Электромагнит на схеме обозначается как катушка, а сверху располагается горизонтальная линия (рис. 9). Эта линия обозначает железный сердечник.

Рис. 9. Обозначение электромагнита

Когда мы изучали электрические явления, то говорили, что у электрического тока есть разные свойства, в том числе магнитные. И один из экспериментов, которые мы обсуждали, был связан с тем, что мы берем проволоку, присоединенную к источнику тока, наматываем на железный гвоздь и наблюдаем, как к этому гвоздю начинают притягиваться различные железные предметы (рис. 10). Вот это и есть простейший электромагнит. И теперь мы понимаем, что простейший электромагнит нам обеспечивают протекание тока в катушке, большое количество витков и обязательно – металлический сердечник.

Рис. 10. Простейший электромагнит
Применение электромагнитов

На сегодняшний день электромагниты очень широко распространены. Электромагниты работают практически везде и всюду. Например, если нам надо перетащить достаточно большие грузы, мы используем электромагниты. И, регулируя силу тока, мы будем, соответственно, силу либо увеличивать, либо уменьшать. Еще одним примером использования электромагнитов является электрический звонок.

Открытие и закрытие дверей и тормоза некоторых транспортных средств (например, трамвая) тоже обеспечиваются электромагнитами.

Список литературы

    Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. – М.: Мнемозина.
    Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
    Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

    Инернет-портал «interneturok.ru» (Источник)
    Инернет-портал «interneturok.ru» (Источник)
    Инернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

Домашнее задание

    Что представляет собой катушка?
    У любой ли катушки есть магнитное поле?
    Опишите простейший электромагнит.

Катушки индуктивности с ферритовыми сердечниками

Радиотехническая промышленность выпускает миниатюрные катушки с ферритовыми сердечниками, намотанные на секционированные каркасы (рис. 6) для приемников с переключателями клавишного типа.

Каркас для контуров промежуточной частоты (рис. 6,г) сверху и снизу имеет ферритовые кольца, увеличивающие индуктивность катушки, причем одно из колец (на рисунке — верхнее) запрессовано в тело самого каркаса. Внутри верхней части каркаса имеется нарезка М5Х0,5 для подстроечного сердечника, который показан на рис. 6,е. Стержень сердечника для катушек коротковолнового диапазона изготовляют из феррита марки Ф-100, а для остальных катушек—из феррита марки Ф-600. Чтобы отличить сердечники друг от друга, на них обычно ставят цветные метки. Полистироловая головка всех сердечников имеет нарезку М5Х0,5 и шлиц под отвертку
.
Рис. 6. Миниатюрные катушки с ферритовыми сердечниками.

а и б— каркасы для катушек коротковолнового диапазона; в — каркас для катушек средне- и длинноволнового диапазонов; г — каркас для контура промежуточной частоты; д—секция для намотки антенных катушек связи; е —ферритовый сердечник; ж, з, ы, к, л, м—типовая намотка катушек; н—трансформатор промежуточной частоты; о, п, р, с, т—нетиповая намотка катушек.

Кольца к каркасу (рис. 6,а) делают из феррита марки Ф-600. Каркасы с такими кольцами могут работать на частотах до 1 600 кгц. Для более высоких частот выпускают .каркасы с кольцами из феррита марки Ф-100. В отличие от обычных они имеют не две, а три более узкие секции и могут применяться на частотах до 12 Мгц.

Для крепления катушек в крепежной плате вырезают фигурные отверстия, соответствующее по форме нижней (а у каркаса, приведенного на рис. 6,г — верхней) части каркаса. Каркас на клею вставляют в это отверстие и немного поворачивают по часовой стрелке. Каркас при этом прочно заклинивается в отверстии платы. Если вырезать фигурное отверстие в крепежной плате трудно, то можно спилить спиральный прилив на конце каркаса и укрепить катушки в круглом отверстии. В тех случаях, когда верхняя часть каркаса не используется для катушек связи, каркас можно вклеивать в крепежную плату верхним гладким цилиндрическим концом. В этом случае в плате также достаточно просверлить круглое отверстие.

Все миниатюрные катушки, за исключением катушек коротковолнового диапазона, намотаны внавал. Каждую катушку вместе с катушкой связи наматывают на отдельном каркасе. На рис. 6,ж показаны катушки входного контура приемника прямого усиления Lс и Lд. Обмотка каждой катушки равномерно занимает все четыре секции каркаса. В катушках детекторного контура такого приемника имеется обмотка обратной связи, намотанная внавал без щечек на верхней части каркаса (рис. 6,з).

Катушки Lc и входного контура супергетеродинного приемника намотаны на каркасе в так же, как контурные катушки приемника прямого усиления, а соответствующие им антенные катушки La. с и La. д наматывают на специальных полистироловых шпульках д, которые надевают на верхнюю часть каркаса в и приклеивают к нему клеем БФ (рис. 6,и).

Антенную катушку коротковолнового диапазона входного контура наматывают в один слой витком к витку на верхней части каркаса а (рис. 6,м).

Катушки коротковолнового диапазона как входного контура, так и контура гетеродина наматывают в один слой виток к витку между приливами, имеющимися на каркасе. В отверстиях этих приливов закрепляют концы катушек (рис. 6,л и м).

Гетеродинные катушки Lr.c и Lr.д занимают на каркасе в три нижние секции (рис. 6,k). В контуре гетеродина, собранного по трехточечной схеме, верхнюю секцию каркаса оставляют свободной, а в контуре гетеродина с индуктивной обратной связью — заполняют обмоткой обратной связи. Соответствующую обмотку обратной связи на гетеродинную катушку коротковолнового диапазона можно намотать -поверх контурной катушки Lr.k, предварительно обернув ее полоской бумаги. Заметим, что таким же образом при отсутствии каркаса а можно, используя каркас б, намотать ,во входном контуре антенную катушку La. к (см. рис. 3,а).

Трансформатор промежуточной частоты на 465 кгц показан на рис. 6,«. Крепежную плату с катушками и деталями контуров при помощи двух винтов и поддерживающих трубок крепят к верхней крышке экрана, а экран в свою очередь—к шасси, через специальные отверстия которого пропускают провода от контуров. Подстраивают контуры через отверстия в верхней крышке экрана. Размеры крепежной платы трансформатора 30X56 мм, а ширина и длина экрана соответствуют размерам крепежной платы.

До сих пор мы говорили об использовании готовых каркасов по их прямому назначению. Однако у радиолюбителя может не оказаться каркасов некоторых типов, зато другие будут в избытке. В этом случае, например, коротковолновые каркасы о и б можно использовать для намотки катушек средневолнового и длинноволнового диапазонов, а также контуров промежуточной частоты. Для этого верхний прилив на каркасе аккуратно спиливают и на каркас наклеивают бумажные полоски шириной 2,5 мм и щечки так, чтобы на каркасе образовались одинаковые секции. Секции контурной катушки располагают в нижней части каркаса вплотную к нижнему приливу, а секцию катушки связи — в верхней части каркаса. Все контурные катушки имеют по три одинаковые секции, а катушки связи— одну или две секции в зависимости от числа витков.

Отделяются они друг от друга свободной секцией такой же ширины, как и остальные. При отсутствии катушки связи верхнюю часть каркаса оставляют свободной. Наружный диаметр щечек выбирают таким, чтобы в секциях поместилось нужное число витков.

На рис. 6 и в табл. 3 катушки, намотанные таким способом, обозначаются с индексом I.

Контурные катушки в этом случае равномерно размещают в двух основных секциях каркаса между ферритовыми кольцами, а соответствующие им катушки связи — на верхней половине каркаса. Спиральный прилив, имеющийся на этой части каркаса, предварительно спиливают. Катушки обратной связи Lо. с и Lо. д наматывают на верхнюю часть каркаса внавал без щечек (рис. 6,р), а антенные катушки La.с и  La. д — на шпульку д, которую надевают на верхнюю часть каркаса (рис. 6,с)„ Приклеивают такие катушки к крепежной плате непосредственно нижним ферритовым кольцом.

Если специальная шпулька д отсутствует, ее можно заменить двумя щечками, приклеенными обычным способом к верхней части каркаса

Гетеродинные катушки и катушки входных контуров приемника прямого усиления наматываются на каркас г без каких бы то ни было его изменений (рис. 6,т).

Если нет специального каркаса, катушки контуров промежуточной частоты Lп2 можно намотать на каркасе так, как показано на рис. 6,ж. На таком же каркасе можно намотать и аінтенные фильтры промежуточной частоты. Данные миниатюрных катушек (число витков, марка и диаметр провода, тип каркаса и тип намотки) приведены в табл. 3.

Отредактировано polysiv (02.05.2018 14:51:23)