Соленоид что такое: Купить в Санкт-Петербурге | Оборудование Литэнерго

{N} I_i.\]

(1)

Если пренебречь краевыми эффектами, то первое и третье слагаемые в (1) будут равны нулю, так как магнитное поле перпендикулярно контуру и $B_l=0$. Если контур выбрать так, что $AD$ будет лежать на большом расстоянии от соленоида, где поле стремиться к нулю, то и четвёртое слагаемое в (1) также превратиться в нуль. Тогда, учитывая приближение однородности поля получим:

\[B_l L=\mu_0 NI,\]

(2)

где $L$ – длина соленоида, $N$ – количество витков. Если ввести понятие плотности витков (число витков на единицу длины) $n=N/L$, то индукцию магнитного поля внутри соленоида (2) можно записать в виде:

\[B=\mu_0 nI.\]

(3)

Рис. 2: Соленоид с произвольными размерами $L$ и $R$.

Чтобы получить точное выражение для индукции магнитного поля в любой точке на оси конечного соленоида необходимо воспользоваться законом Био-Савара-Лапласа (Рис. 2), который приводит к следующему выражению:

\[B=\frac12\mu_0 nI (\cos\alpha_2-\cos\alpha_1). 2}},\]

(5)

где $R$ – радиус соленоида. А на краю полубесконечного соленоида:

\[B=\frac12 \mu_0 nI.\]

(6)

Индукция магнитного поля бесконечного соленоида (3)

Плотность намотки n (м^-1)

Сила тока соленоида I (A)

B = Тл

---

Индукция магнитного поля конечного соленоида (5)

Плотность намотки n (м^-1)

Радиус намотки R (м)

Длина соленоида L (м)

Сила тока соленоида I (A)

B = Тл

---

Распределение индукция магнитного внутри конечного соленоида (4)

Плотность намотки n (м^-1)

Радиус намотки R (м)

Длина соленоида L (м)

Сила тока соленоида I (A)

---

Электричество и магнетизм

Соленоидом называется цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа витков провода, образующих винтовую линию (рис. 6.23-1).

 

 

Рис. 6.23. Магнитные силовые линии поля: 1 —  соленоида; 2 —  полосового магнита 

Магнитное поле соленоида напоминает поле полосового магнита (рис. 6.23-2).

Если витки намотаны вплотную, то соленоид — это система круговых токов, имеющих одну ось. 

Если считать соленоид достаточно длинным, то магнитное поле внутри соленоида однородно и направлено параллельно оси. Вне соленоида вдали от краев магнитное поле также должно иметь направление параллельное оси и на большом расстоянии от соленоида должно быть очень слабым. Поле убывает по закону

 

Подсчитаем поле внутри соленоида. Возьмем элемент соленоида длиной dh, находящийся на расстоянии h от точки наблюдения. Если катушка имеет n витков на единицу длины, то в выделенном элементе содержится ndh витков. Согласно формуле (6.11), этот элемент создает магнитное поле

(6. 18)

Интегрируя по всей длине соленоида, получаем

(6.19)

Таким образом, поле в бесконечно длинном соленоиде дается выражением

(6.20)

На практике соленоиды бесконечно длинными не бывают. Для иллюстрации рассмотрим некоторые примеры. 

Пример 1. Найти магнитное поле в середине соленоида конечной длины l (рис. 6.24). Сравнить с полем бесконечно длинного соленоида. При каких условиях разница составляет менее 0,5 %?

Рис. 6.24. Магнитное поле катушки конечной длины

В центре соленоида магнитное поле практически однородно и значительно превышает по модулю поле вне катушки 

Решение. Магнитное поле в средней точке оси соленоида конечной длины l дается тем же интегралом (6.19), но с другими пределами интегрирования

(6.21)

Если длина соленоида много больше его диаметра (l >> 2R), мы возвращаемся к формуле для поля в бесконечно длинном соленоиде (6.20). Относительная разница этих двух значений равна

 

По условию эта разница мала: , то есть мало отношение диаметра соленоида к его длине: 2R/l << 1. Поэтому можно воспользоваться формулой разложения квадратного корня

 

Отсюда

или

Подставляя численное значение d, находим, что разница будет менее половины процента при выполнении соотношения

Иными словами, соленоид может рассматриваться как бесконечно длинный, если его длина в двадцать или более раз превышает радиус.

 

Пример 2. Найти магнитное поле В_е в крайней торцевой точке оси соленоида конечной длины l. Сравнить с результатом предыдущего примера.

Решение. Магнитное поле в торцевой точке оси соленоида конечной длины l дается тем же интегралом (6.19), но теперь пределы интегрирования будут выглядеть иначе

(6.22)

Отношение полей в средней и крайней точках оси соленоида равно

 

Это отношение всегда меньше единицы (то есть поле на торце меньше поля в середине соленоида). При l >> R имеем 

Этот результат легко понять. Представим себе бесконечный соленоид, который мысленно рассекаем пополам в точке наблюдения. Можно считать, что поле в этой точке создается двумя одинаковыми «полубесконечными» соленоидами, расположенными по разные стороны от нее. Ясно, что при удалении одного из них точка наблюдения становится торцом оставшегося «полубесконечного» соленоида, а магнитная индукция в ней уменьшиться именно в два раза.

Это — так называемый краевой эффект. Пример демонстрирует, что недостаточно выполнения соотношения

l >> R, чтобы пользоваться формулами для бесконечно длинного соленоида; надо еще, чтобы точка наблюдения находилась далеко от его концов.

На рис. 6.25 представлен опыт по исследованию распределения силовых линий магнитного поля вокруг соленоида. Поле соленоида, ось которого лежит в плоскости пластинки, сосредоточено в основном внутри соленоида. Силовые линии внутри имеют вид параллельных прямых вдоль оси катушки, а поле снаружи практически отсутствует.

Рис. 6.25. Визуализация силовых линий магнитного поля

Видео 6.1.  Силовые линии магнитного поля проводников с током различной формы: прямой ток, соленоид, один виток.

Что такое соленоид? — Custom Coils, Inc.

Опубликовано Custom Coils 20 мая 2022 г., 22:37 | Оставить комментарий

Соленоид представляет собой разновидность электромагнита, состоящую из катушки из медной проволоки, намотанной в спираль, корпуса из железа или стали и подвижного плунжера из магнитного материала. Когда электрический ток проходит через катушку, соленоид создает магнитное поле и преобразует эту магнитную энергию в механическое движение. По сути, соленоид преобразует электрическую энергию в механическую работу посредством электромагнитных сил. Например, соленоиды часто используются в качестве клапана для приведения в действие толкающего или тянущего усилия магнитного компонента в устройстве. Соленоиды также могут действовать как переключатель в электромеханических устройствах. Эти электромагнитные устройства используются в сотнях повседневных приложений от дверных звонков до систем зажигания автомобилей.

Компания

Custom Coils проектирует и разрабатывает качественные соленоиды для удовлетворения потребностей вашего применения. Мы работаем эффективно и профессионально, чтобы создавать специальные катушки для наших уважаемых клиентов.

 

Как работает соленоид?

Когда на соленоид подается электрический ток, он создает сильное магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магнитный материал, т.е. магнитный плунжер, для перемещения внутри его корпуса. Когда плунжер движется вперед и назад, он создает механическое движение, которое приводит в действие нужный компонент.

Соленоидные магниты имеют преимущество перед обычными постоянными магнитами, поскольку их магнетизм можно включать и выключать по мере необходимости путем отключения или подачи электрического тока. Вы можете регулировать силу магнитного притяжения, увеличивая или уменьшая силу электрического тока. Кроме того, направление движения можно изменить на противоположное в зависимости от направления тока, протекающего через соленоид.

Существует два основных типа соленоидов: вентильные и электрические. В клапанных соленоидах на соленоид подается постоянный электрический ток.

После активации поршень или плунжер втягивается, чтобы открыть клапан, который в противном случае блокировал бы поток материала. Как только электромагнитное поле прерывается, соленоид деактивируется, и клапан закрывается.

Электрические соленоиды используются для замыкания цепей, позволяющих запускать двигатели. Когда соленоид получает электрический ток, он притягивает близлежащие металлические компоненты на место, создавая замкнутую цепь. Для поддержания замкнутой цепи и работы двигателя требуется постоянный электрический ток.

 

Применение соленоидов

Вы, сами того не осознавая, используете соленоиды каждый день. Соленоиды различаются по размеру и мощности, что делает их пригодными для бесчисленного множества применений. Мощные соленоиды состоят из множества катушек, создают сильные магнитные поля и могут использоваться для питания крупных машин. Меньший и менее мощный соленоид можно использовать для более мелких функций, таких как звонок в дверь. Вот некоторые из наиболее распространенных применений соленоидов:

• Механические или гидравлические регулирующие клапаны
• Запуск автомобиля
• Звонок в дверь
• Механизмы дверных замков
• Гвоздильные пистолеты
• Органы управления кондиционером внутри транспортных средств
• Электропитание сигнальных систем в железнодорожной отрасли

Хотя эти простые, но эффективные устройства используются для приведения в действие многих распространенных устройств, они стали широко использоваться в нетрадиционных приложениях физического движения, таких как системы ускорителей ионного пучка.

Существует бесчисленное множество применений соленоидов, поскольку любое устройство, требующее силы для создания механического движения, может извлечь выгоду из их функциональности.

 

Custom Coils — ваш эксперт по проектированию и производству соленоидов

Соленоиды являются важными устройствами во многих технологиях, которые мы используем ежедневно. Эти устройства эффективны, универсальны и легко внедряются в ваши системы. От концепции до производства эксперты Custom Coils будут сотрудничать с вами, чтобы определить ваши конкретные потребности и настроить правильное соленоидное устройство для вашего приложения. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших услугах или запросите предложение сегодня.

Последние сообщения

• Как работают электромагнитные катушки?
• Что такое электромагнитные катушки?
• Магнитная левитация
• Конструкция электрической катушки: тепловые проблемы
• Что такое технология плазмы высокой плотности?

Архивы:

• Январь 2023
• декабрь 2022
• Октябрь 2022
• сентябрь 2022 г.
• август 2022

Категории:

• Без категории

Соленоид: определение, примеры и использование

В 1820 году датский физик Ганс Христиан Эрстед устроил демонстрацию для своего класса студентов. Он использовал прототип батареи, чтобы изучить влияние электрического тока на компас. У него не было времени заранее подготовить свою демонстрацию, и поэтому он не знал, что ток вызовет отклонение магнита компаса! Генерируя электрический ток, Эрстед создал первый в мире электромагнит — временный магнит. В самом простом случае электромагниты состоят из соленоида — катушки с проволокой, через которую проходит электрический ток. В наши дни соленоиды используются повсеместно, от ускорителей частиц до простых бытовых приборов.

Определение соленоида

Соленоид состоит из нескольких катушек проволоки цилиндрической формы.

Рис. 1. Соленоид, которым пользовался знаменитый физик-экспериментатор Майкл Фарадей, сделавший новаторскую работу в области электромагнетизма

Когда по проводу соленоида протекает электрический ток, создается электромагнит.

Электромагнит представляет собой тип магнита, в котором магнитное поле генерируется при протекании через него электрического тока.

Материал, из которого изготовлен электромагнит, не обязательно должен быть магнитным. Электрический ток создает магнитное поле, а не материал. Соленоиды обычно изготавливаются из меди. Можно использовать и другие металлы, но медь имеет относительно низкое сопротивление, что позволяет пропускать больший ток, что приводит к более сильному магнитному полю. Медь также дешева, распространена и податлива по сравнению с другими проводящими материалами.

Характеристики соленоидов

Когда провода на концах соленоида соединяются через разность потенциалов, через него протекает ток и создается магнитное поле. Форма магнитного поля показана ниже. Почему поле принимает такую ​​форму? Какое влияние это поле оказывает на другие объекты?

Линии магнитного поля

Направление силовых линий в магнитном поле показывает направление силы, которая будет действовать на магнитный северный полюс , расположенный в этой точке. Лучше всего это можно понять с помощью стержневых магнитов, с которыми вы, возможно, сталкивались раньше. Они состоят как из северного полюса, так и из южного полюса. Противоположные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются, как показано на рис. 3.

Причина, по которой стержневые магниты ведут себя таким образом, можно объяснить их магнитными полями. Линии магнитного поля стержневого магнита показаны на рис. 4. Рядом с северным полюсом магнита стрелки на силовых линиях указывают в сторону от магнита, показывая, что другой северный полюс будет отталкиваться в этой точке. Рядом с южным полюсом линии магнитного поля указывают на магнит, показывая, где будет притягиваться магнит с другим северным полюсом.

Возможно, вы заметили, что силовые линии стержневого магнита очень похожи на силовые линии соленоида! Они оба имеют одинаковые изогнутые линии поля снаружи. По этой причине можно сказать, что соленоиды имеют полярность . Сторона соленоида, от которой направлены силовые линии магнитного поля, является северным полюсом, а сторона, к которой они направлены, — южным полюсом.

Вы можете определить полярность, используя правило часов . Если смотреть прямо через центр соленоида, если ток на лице течет против часовой стрелки, то лицо имеет северную полярность. Если ток течет по часовой стрелке, то лицо имеет южную полярность. Чтобы помочь вам визуализировать это, обратитесь к рис. 6 выше.

Магнитное поле, создаваемое проводом с током

Причину, по которой магнитное поле вокруг соленоида похоже на магнитное поле вокруг стержневого магнита, можно понять, если рассмотреть магнитное поле, создаваемое одним проводом с током. Когда электрический ток проходит по прямому проводу, вокруг него создается магнитное поле. Линии поля имеют круглую форму, и расстояние между отдельными линиями увеличивается по мере удаления от провода. Сила магнитного поля представлена ​​плотностью силовых линий магнитного поля, поэтому вы можете наблюдать уменьшение напряженности магнитного поля по мере удаления от провода.

Направление силовых линий магнитного поля вокруг провода с током можно определить с помощью правила правого вращения . Чтобы использовать это правило, направьте большой палец правой руки в направлении течения и согните пальцы. Ваши пальцы должны следовать направлению магнитного поля вокруг провода!

Соленоид изготавливается путем намотки одного провода в катушку. Это способ увеличить общую напряженность магнитного поля при сохранении той же силы тока по сравнению с прямым одиночным проводом. Все магнитные поля отдельных проволочных петель складываются внутри соленоида, создавая очень сильное однородное поле в центре соленоида. С другой стороны, вне катушки силовые линии проволочных петель компенсируют друг друга, и результирующее магнитное поле очень слабое.

Разница между соленоидом и электромагнитом

Как упоминалось выше, когда ток протекает через соленоид, он сам становится электромагнитом, поэтому может возникнуть путаница в отношении разницы между соленоидом и электромагнитом. Ключевым моментом, который следует помнить, является то, что соленоид остается соленоидом, когда через него не протекает ток, но когда ток прекращается, он перестает быть электромагнитом, поскольку магнитное поле рассеивается.

Электромагниты (и соленоиды с протекающим через них током) относятся к типу временных магнитов.

Временный магнит не способен самостоятельно удерживать магнитное поле.

Когда используется термин «электромагнит», он часто относится к соленоидам с железным сердечником внутри. Железный сердечник представляет собой просто кусок железа, такой как железный гвоздь, показанный на рис. 7, , и используется для увеличения напряженности магнитного поля катушки, намотанной на него. Напряженность поля увеличивается, потому что железо ферромагнитно и поэтому легко намагничивается и размагничивается.

Постоянные магниты

Постоянный магнит — это магнит, который сохраняет свои магнитные свойства в отсутствие внешнего магнитного поля или тока.

Постоянные магниты всегда являются магнитными — они не зависят от электрического тока, как электромагниты. Объект будет постоянным магнитом, если он состоит из ферромагнитного материала . Это материалы, которые создают магнитное поле благодаря своей внутренней структуре. Ферромагнитные материалы включают железо, никель и кобальт. Примеры реальных применений постоянных магнитов включают компасы, стержневые магниты и магниты на холодильник.

Существует несколько преимуществ и недостатков использования временных магнитов по сравнению с постоянными магнитами в различных ситуациях:

Преимущества

• Магнитное поле временного магнита можно включать и выключать. Магнитное поле постоянного магнита не может.
• Магнитные полюса временного магнита можно поменять местами. Постоянный магнит всегда сохраняет одну и ту же полярность.
• Сила временного магнита может варьироваться. Постоянный магнит имеет постоянную силу.

Недостатки

• Временный магнит требует электроэнергии для работы в качестве магнита. Постоянный магнит всегда магнитен.
• Привлекательные свойства временного магнита зависят от электрического тока. Привлекательные свойства постоянного магнита не меняются.

Пример соленоида в науке

Соленоиды полезны в науке, потому что сила их магнитных полей может варьироваться в зависимости от ряда различных факторов:

• Увеличение тока, протекающего через соленоид, увеличивает силу его магнитного поля.
• Увеличение числа витков провода, из которого состоит соленоид, увеличивает силу его магнитного поля.
• Вставка железного сердечника внутрь соленоида увеличивает силу его магнитного поля.

Вы можете провести простой эксперимент, чтобы увидеть, как меняется сила соленоида. В этом эксперименте вы должны поместить железный сердечник в центр соленоида, чтобы создать электромагнит. Затем подключите электромагнит к разности потенциалов так, чтобы через электромагнит протекал ток, как показано на рис. 7.

Во-первых, запишите ток, первоначально протекающий по цепи, с помощью амперметра. Как только это будет записано, прикрепите к электромагниту как можно больше скрепок! Там будет точка, где больше не будут прилипать скрепки. Запишите, сколько скрепок осталось. Затем уменьшите ток (например, добавив резистор в цепь) и повторите процесс. Вы должны увидеть, что меньше скрепок может застрять на электромагните, когда сила тока уменьшается! Это связано с тем, что сила магнитного поля электромагнита уменьшается.

Вы можете провести аналогичный эксперимент, проверив, сколько скрепок прилипнет к электромагнитам с разным числом витков на катушке. В этом случае вы должны поддерживать ток одинаковым на протяжении всего эксперимента.

Применение соленоидов

Существует множество применений соленоидов в науке, медицине и промышленности. Во всех следующих приложениях соленоид используется как электромагнит.

МРТ

Акроним МРТ расшифровывается как магнитно-резонансная томография.

МРТ-сканер использует электромагниты для создания сильного магнитного поля. Когда пациент находится внутри аппарата, поле вызывает изменения в поведении клеток внутри его тела. Кроме того, МРТ использует электромагниты для создания сверхсильного магнитного поля. Это поле вызывает изменения в поведении клеток, которые могут быть обнаружены датчиками после выключения электромагнита. Затем компьютер используется для формирования изображения ткани из сигналов.

Рис. 9. Электромагниты используются при МРТ.

Свалки металлолома

Предметы из магнитных материалов, таких как железо и сталь, притягиваются магнитами. На свалках для подъема большого количества этих материалов используются огромные электромагниты с сильными магнитными полями.

Рис. 10. Огромные электромагниты используются на складах металлолома для захвата и перемещения больших объемов магнитного материала.

Ускорители частиц

Электромагниты также используются в ускорителях частиц. Трубки ускорителя покрыты ими, так что магнитные поля направляют пучки частиц, когда они проходят через вакуумную трубку со скоростями, близкими к скорости света.

Рис. 11. Электромагниты используются в ускорителе частиц Фермилаб в Иллинойсе.

Соленоид – ключи на вынос

• Соленоид состоит из проволоки, скрученной в цилиндрическую форму.

• Электромагнит — это тип магнита, в котором магнитное поле создается при протекании через него электрического тока.

• Соленоиды обычно изготавливаются из медной проволоки, так как она имеет низкое сопротивление по сравнению с другими металлами.

• Направление силовых линий в магнитном поле показывает направление силы, которая будет действовать на северный магнитный полюс, расположенный в этой точке.

• Противоположные магнитные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются.

• Соленоиды имеют полярность, а их магнитные поля напоминают поля стержневых магнитов.

• Направление силовых линий магнитного поля вокруг провода с током можно найти с помощью правила правой руки.

• Временный магнит не способен самостоятельно удерживать магнитное поле.