Магнитное поле катушки с током. Электромагниты
1. 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.
2. Понятие магнитного поля катушки
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.
Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого проводника, можно обнаружить при помощи опилок. Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми.
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это сделать.
На рис. 1 изображен опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током.
Рис.1. Действие магнитного поля катушки с током
Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.
Включим цепь, содержащую катушку, реостат (рис.2), и при помощи него будем изменять силу тока в катушке.
Рис. 2. Действие магнитного поля катушки с током, регулируемой реостатом
При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении – ослабляется.
Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки (рис.3).
Рис. 3. Действие магнитного поля катушки с током, усиленной сердечником
3. Обозначение катушки
Обратите внимание, что на схемах катушка обозначается определенным символом. Давайте посмотрим на этот эксперимент и на схематичное изображение катушки. Итак, мы говорили о том, что если катушку подвесить на тонких проводниках и закрепить катушку на подставке, то мы увидим, что она будет вести себя точно так же, как магнитная стрелка. Она будет располагаться строго ориентированно одной стороной на юг, другой стороной на север.
Рис. 4. Катушка
4. Открытие английского инженера Стёрджента
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. Это устройство получило название «электромагнит».
5. Понятие электромагнита. Обозначение
Когда сообразили сделать железный крючок и присоединить его к этому устройству, получили возможность перетаскивать различные грузы. Итак, что такое электромагнит?
Электромагнитом называют катушку с железным сердечником внутри. Электромагнит на схеме обозначается как катушка, а сверху располагается горизонтальная линия.
Рис. 5. Схематичное обозначение катушки
Эта линия характеризует железный сердечник. Когда мы изучали электрические явления, то говорили, что у электрического тока есть разные свойства, в том числе и магнитные свойства. И один из экспериментов, которые мы обсуждали, был связан с тем, как мы берем проволоку, присоединенную к источнику тока, наматываем на железный гвоздь и наблюдаем, как к этому гвоздю начинают притягиваться различные железные предметы. Вот это и есть простейший электромагнит. И теперь мы понимаем, что простейший электромагнит нам обеспечивают сила тока, протекающая в катушках, количество витков и обязательно металлический сердечник.
6. Применение электромагнита
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. Открытие и закрытие дверей тоже обеспечивается электромагнитами.