चुंबकीय क्षेत्र, सोलेनोइड्स आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स बद्दल

विद्युत प्रवाहाचे चुंबकीय क्षेत्र

चुंबकीय क्षेत्र केवळ नैसर्गिक किंवा कृत्रिम द्वारे तयार केले जात नाही कायम चुंबक, परंतु विद्युत प्रवाह त्यामधून जात असल्यास कंडक्टर देखील. म्हणून, चुंबकीय आणि विद्युत घटनांमध्ये संबंध आहे.

ज्या वायरमधून विद्युतप्रवाह वाहतो त्या ताराभोवती चुंबकीय क्षेत्र तयार झाले आहे याची खात्री करणे कठीण नाही. त्याच्या समांतर जंगम चुंबकीय सुईवर एक सरळ वायर ठेवा आणि त्यातून विद्युत प्रवाह द्या. बाण वायरला लंबवत स्थान घेईल.

कोणत्या शक्तींमुळे चुंबकीय सुई फिरू शकते? साहजिकच ताराभोवती चुंबकीय क्षेत्राची ताकद निर्माण होते. पॉवर बंद करा आणि चुंबकीय सुई त्याच्या सामान्य स्थितीत परत येईल. हे सूचित करते की जेव्हा विद्युत प्रवाह बंद केला जातो तेव्हा वायरचे चुंबकीय क्षेत्र देखील अदृश्य होते.

अशा प्रकारे, वायरमधून जाणारा विद्युत प्रवाह चुंबकीय क्षेत्र तयार करतो. चुंबकीय सुई कोणत्या दिशेने विचलित होईल हे शोधण्यासाठी, उजव्या हाताचा नियम लागू करा.जर तुम्ही तुमचा उजवा हात वायरवर ठेवला, तळहातावर करा, जेणेकरून विद्युत् प्रवाहाची दिशा बोटांच्या दिशेशी एकरूप होईल, तर वाकलेला अंगठा वायरच्या खाली ठेवलेल्या चुंबकीय सुईच्या उत्तर ध्रुवाच्या विक्षेपणाची दिशा दर्शवेल. . हा नियम वापरून आणि बाणाची ध्रुवीयता जाणून घेऊन, तुम्ही वायरमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा देखील ठरवू शकता.

रेक्टलाइनियर वायर आग्नेय फील्डमध्ये एकाग्र वर्तुळाचा आकार असतो. जर तुम्ही तुमचा उजवा हात वायरवर ठेवलात, तळहात खाली करा, जेणेकरून बोटांमधून विद्युत प्रवाह वाहतो, तर वाकलेला अंगठा चुंबकीय सुईच्या उत्तर ध्रुवाकडे निर्देशित करेल. अशा क्षेत्राला वर्तुळाकार चुंबकीय क्षेत्र म्हणतात.

वर्तुळाकार क्षेत्राच्या बलाच्या रेषांची दिशा अवलंबून असते विद्युत प्रवाहाच्या दिशा कंडक्टरमध्ये आणि तथाकथित गिंबल नियमाद्वारे निर्धारित केले जाते. जर जिम्बल मानसिकरित्या विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेने वळवले असेल, तर त्याच्या हँडलच्या फिरण्याची दिशा फील्डच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या रेषांच्या दिशेशी एकरूप होईल. हा नियम लागू करून, जर तुम्हाला त्या विद्युतप्रवाहाने तयार केलेल्या फील्डच्या फील्ड लाइन्सची दिशा माहित असेल तर तुम्ही वायरमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा शोधू शकता.

चुंबकीय सुईच्या प्रयोगाकडे परत येताना, तुम्ही खात्री करू शकता की ते नेहमी चुंबकीय क्षेत्र रेषांच्या दिशेने उत्तरेकडे स्थित आहे.

अशा प्रकारे, एका सरळ ताराभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते ज्यातून विद्युत प्रवाह जातो. यात एकाग्र वर्तुळाचा आकार आहे आणि त्याला गोलाकार चुंबकीय क्षेत्र म्हणतात.

तळवे इ. सोलेनोइड चुंबकीय क्षेत्र

कोणत्याही ताराभोवती चुंबकीय क्षेत्र उद्भवते, त्याचा आकार कोणताही असला तरी, तारेमधून विद्युत प्रवाह वाहतो.

व्ही इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकी आम्ही हाताळतो विविध प्रकारचे कॉइलअनेक वळणांचा समावेश आहे.स्वारस्य असलेल्या कॉइलच्या चुंबकीय क्षेत्राची तपासणी करण्यासाठी, प्रथम एका वळणाच्या चुंबकीय क्षेत्राचा आकार काय आहे याचा विचार करूया.

कल्पना करा की जाड वायरची एक गुंडाळी पुठ्ठ्याच्या तुकड्यातून धावत आहे आणि उर्जा स्त्रोताशी जोडलेली आहे. जेव्हा विद्युत प्रवाह कॉइलमधून जातो तेव्हा कॉइलच्या प्रत्येक स्वतंत्र भागाभोवती एक वर्तुळाकार चुंबकीय क्षेत्र तयार होते. "गिम्बल" नियमानुसार, लूपमधील चुंबकीय क्षेत्र रेषांची दिशा समान आहे (आपल्या दिशेने किंवा आपल्यापासून दूर, लूपमधील विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेनुसार) आणि ते एका बाजूने बाहेर पडतात हे निर्धारित करणे सोपे आहे. लूपचे आणि दुसर्‍या बाजूने एंटर करा. अशा कॉइलची मालिका, सर्पिल स्वरूपात, एक तथाकथित सोलेनोइड (कॉइल) आहे.

सोलनॉइडच्या भोवती चुंबकीय क्षेत्र तयार होते जेव्हा विद्युत प्रवाह त्यातून जातो. हे प्रत्येक वळणाचे चुंबकीय क्षेत्र जोडण्याच्या परिणामी प्राप्त होते आणि आकारात ते रेक्टलाइनर चुंबकाच्या चुंबकीय क्षेत्रासारखे दिसते. सोलेनॉइडच्या चुंबकीय क्षेत्र रेषा, रेक्टलाइनर चुंबकाप्रमाणे, सोलनॉइडचे एक टोक सोडून दुसऱ्याकडे परत जातात. सोलनॉइडच्या आत त्यांची दिशा समान आहे. अशा प्रकारे, सोलनॉइडचे टोक ध्रुवीकरण केले जातात. ज्या टोकातून पॉवर लाईन्स बाहेर पडतात तो सोलेनॉइडचा उत्तर ध्रुव असतो आणि ज्या टोकामध्ये पॉवर लाईन्स प्रवेश करतात तो शेवटचा दक्षिण ध्रुव असतो.

सोलेनॉइड पोल उजव्या हाताच्या नियमाद्वारे निर्धारित केले जाऊ शकतात, परंतु यासाठी आपल्याला त्याच्या वळणांमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा माहित असणे आवश्यक आहे. जर तुम्ही तुमचा उजवा हात सोलेनॉइडवर ठेवला, तळहातावर ठेवा, जेणेकरून बोटांमधून विद्युत प्रवाह वाहत असेल, तर वाकलेला अंगठा सोलनॉइडच्या उत्तर ध्रुवाकडे निर्देशित करेल... या नियमावरून असे लक्षात येते की सोलनॉइडची ध्रुवता अवलंबून असते. त्यातील विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेवर.चुंबकीय सुई सोलनॉइडच्या एका ध्रुवावर आणून आणि नंतर सोलनॉइडमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलून हे व्यवहारात तपासणे सोपे आहे. बाण ताबडतोब 180 ° फिरेल, म्हणजेच ते दर्शवेल की सोलेनोइडचे ध्रुव बदलले आहेत.

सोलनॉइडमध्ये फुफ्फुस काढण्याची क्षमता असते. जर स्टील रॉड सॉलनॉइडच्या आत ठेवला असेल, तर काही काळानंतर, सोलनॉइडच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, रॉडचे चुंबकीकरण होईल. ही पद्धत उत्पादनात वापरली जाते कायम चुंबक.

इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स

इलेक्ट्रोमॅग्नेट एक कॉइल (सोलोनॉइड) आहे ज्यामध्ये एक लोखंडी कोर ठेवलेला असतो. इलेक्ट्रोमॅग्नेट्सचे आकार आणि आकार भिन्न आहेत, परंतु त्या सर्वांची सामान्य रचना सारखीच आहे.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटची कॉइल ही बहुतेकदा प्रेसबोर्ड किंवा फायबरची बनलेली फ्रेम असते आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या उद्देशानुसार तिचे आकार वेगवेगळे असतात. तांबे-इन्सुलेटेड वायर फ्रेमवर अनेक स्तरांमध्ये जखमेच्या आहेत - इलेक्ट्रोमॅग्नेटची कॉइल. इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या उद्देशावर अवलंबून, यात भिन्न वळणांची संख्या आहे आणि वेगवेगळ्या व्यासांच्या वायरपासून बनलेली आहे.

कॉइल इन्सुलेशनचे यांत्रिक नुकसान होण्यापासून संरक्षण करण्यासाठी, कॉइल कागदाच्या एक किंवा अधिक थरांनी किंवा इतर इन्सुलेट सामग्रीने झाकलेले असते. वळणाची सुरुवात आणि शेवट बाहेर आणला जातो आणि फ्रेमवर निश्चित केलेल्या आउटपुट टर्मिनल्सशी किंवा टोकांना कान असलेल्या लवचिक तारांशी जोडला जातो.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटची कॉइल मऊ, अ‍ॅनिलेड लोह किंवा सिलिकॉन, निकेल इत्यादींसह लोखंडाच्या मिश्रधातूंनी बनवलेल्या कोरवर बसवली जाते. या लोहामध्ये कमीत कमी अवशेष असतात चुंबकत्व... कोर बहुतेकदा पातळ पत्रके बनलेले असतात, एकमेकांपासून इन्सुलेटेड असतात.इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या उद्देशानुसार कोरचे आकार भिन्न असू शकतात.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या कॉइलमधून विद्युत प्रवाह जात असल्यास, कॉइलभोवती एक चुंबकीय क्षेत्र तयार होते, जे कोरचे चुंबकीकरण करते. गाभा मऊ लोखंडाचा बनलेला असल्याने त्याचे लगेच चुंबकीकरण होईल. जर तुम्ही विद्युतप्रवाह बंद केला, तर गाभ्याचे चुंबकीय गुणधर्मही त्वरीत नाहीसे होतील आणि ते चुंबक राहणे बंद होईल. इलेक्ट्रोमॅग्नेटचे ध्रुव, सोलेनॉइडसारखे, उजव्या हाताच्या नियमाने निर्धारित केले जातात. इलेक्ट्रोमॅग्नेट आणि जीएमईटच्या कॉइलमध्ये असल्यास वर्तमान दिशा, नंतर इलेक्ट्रोमॅग्नेटची ध्रुवता त्यानुसार बदलेल.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटची क्रिया कायम चुंबकासारखीच असते. मात्र, दोघांमध्ये मोठा फरक आहे. कायम चुंबक नेहमीच चुंबकीय असतो आणि विद्युत चुंबक - जेव्हा विद्युत प्रवाह त्याच्या कॉइलमधून जातो तेव्हाच.

याव्यतिरिक्त, कायम चुंबकाची आकर्षण शक्ती अपरिवर्तित असते, कारण कायम चुंबकाचा चुंबकीय प्रवाह अपरिवर्तित असतो. इलेक्ट्रोमॅग्नेटचे आकर्षण बल स्थिर नसते. त्याच इलेक्ट्रोमॅग्नेटमध्ये भिन्न गुरुत्वाकर्षण असू शकते. कोणत्याही चुंबकाचे आकर्षण बल त्याच्या चुंबकीय प्रवाहाच्या विशालतेवर अवलंबून असते.

गाळाच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटचे आकर्षण, आणि म्हणून त्याचा चुंबकीय प्रवाह, या इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या कॉइलमधून जाणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या विशालतेवर अवलंबून असतो. विद्युतप्रवाह जितका जास्त असेल तितका विद्युत चुंबकाचे आकर्षण बल जास्त असेल आणि याउलट विद्युत चुंबकाच्या कॉइलमध्ये विद्युत प्रवाह जितका लहान असेल तितके कमी बल ते चुंबकीय शरीरांना स्वतःकडे आकर्षित करते.

परंतु भिन्न डिझाइन आणि आकाराच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेट्ससाठी, त्यांच्या आकर्षणाची ताकद केवळ कॉइलमधील विद्युत् प्रवाहाच्या विशालतेवर अवलंबून नाही.जर, उदाहरणार्थ, आपण एकाच उपकरणाचे आणि आकाराचे दोन इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स घेतले, परंतु एक लहान कॉइलसह आणि दुसरा खूप मोठ्या संख्येने, तर हे पाहणे सोपे आहे की त्याच प्रवाहावर आकर्षणाचे बल आहे. नंतरचे बरेच मोठे असेल. खरंच, कॉइलची संख्या जितकी जास्त असेल तितकी जास्त, दिलेल्या प्रवाहात, त्या कॉइलभोवती चुंबकीय क्षेत्र तयार होते, कारण त्यात प्रत्येक वळणाच्या चुंबकीय क्षेत्रांचा समावेश असतो. याचा अर्थ इलेक्ट्रोमॅग्नेटचा चुंबकीय प्रवाह आणि त्यानुसार, त्याच्या आकर्षणाची शक्ती जास्त असेल, कॉइलच्या वळणांची संख्या जास्त असेल.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या चुंबकीय प्रवाहाच्या विशालतेवर परिणाम करणारे आणखी एक कारण आहे. ही त्याच्या चुंबकीय सर्किटची गुणवत्ता आहे. चुंबकीय सर्किट हा मार्ग आहे ज्याच्या बाजूने चुंबकीय प्रवाह बंद होतो. चुंबकीय सर्किटला विशिष्ट चुंबकीय प्रतिकार असतो... चुंबकीय प्रतिकार ज्या माध्यमातून चुंबकीय प्रवाह जातो त्या माध्यमाच्या चुंबकीय पारगम्यतेवर अवलंबून असतो. या माध्यमाची चुंबकीय पारगम्यता जितकी जास्त असेल तितका त्याचा चुंबकीय प्रतिकार कमी होईल.

फेरोमॅग्नेटिक बॉडीज (लोह, स्टील) ची चुंबकीय पारगम्यता हवेच्या चुंबकीय पारगम्यतेपेक्षा अनेक पटीने जास्त असल्याने, इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स बनविणे अधिक फायदेशीर आहे जेणेकरून त्यांच्या चुंबकीय सर्किटमध्ये हवेचे विभाग नसतील. विद्युत चुंबकाच्या कुंडलीतील विद्युत् प्रवाहाची ताकद आणि वळणांच्या संख्येच्या गुणाकाराला चुंबकीय बल म्हणतात... चुंबकीय बल हे अँपिअर-वळणांच्या संख्येने मोजले जाते.

उदाहरणार्थ, 1200 वळणांसह इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या कॉइलमधून 50 mA चा प्रवाह वाहतो. अशा इलेक्ट्रोमॅग्नेटचे मॅग्नेटोमोटिव्ह बल 0.05 NS 1200 = 60 अँपिअर इतके असते.

मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्सची क्रिया इलेक्ट्रिक सर्किटमधील इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सच्या क्रियेसारखीच असते. ज्याप्रमाणे EMF विद्युत प्रवाहाचे कारण आहे, त्याचप्रमाणे चुंबकीय शक्ती इलेक्ट्रोमॅग्नेटमध्ये चुंबकीय प्रवाह निर्माण करते. ज्याप्रमाणे इलेक्ट्रिक सर्किटमध्ये, जसे EMF वाढते, विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य वाढते, त्याचप्रमाणे चुंबकीय सर्किटमध्ये, चुंबकीय शक्ती वाढते, चुंबकीय प्रवाह वाढतो.

चुंबकीय प्रतिकार क्रिया इलेक्ट्रिकल सर्किट प्रतिरोधाच्या क्रियेसारखीच असते. ज्याप्रमाणे इलेक्ट्रिक सर्किटचा प्रतिकार वाढतो तेव्हा विद्युत् प्रवाह कमी होतो, त्याचप्रमाणे चुंबकीय सर्किटमध्ये चुंबकीय प्रतिकार वाढल्याने चुंबकीय प्रवाह कमी होतो.

मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्सवर इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या चुंबकीय प्रवाहाचे अवलंबन आणि त्याचा चुंबकीय प्रतिकार ओहमच्या नियमाच्या सूत्राप्रमाणेच सूत्राद्वारे व्यक्त केला जाऊ शकतो: चुंबकीय शक्ती = (चुंबकीय प्रवाह / अनिच्छा)

चुंबकीय प्रवाह अनिच्छेने भागलेल्या चुंबकीय शक्तीच्या समान असतो.

कॉइलच्या वळणांची संख्या आणि प्रत्येक इलेक्ट्रोमॅग्नेटसाठी चुंबकीय प्रतिकार हे स्थिर मूल्य आहे. म्हणून, दिलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटचा चुंबकीय प्रवाह केवळ कॉइलमधून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहातील बदलाने बदलतो. इलेक्ट्रोमॅग्नेटचे आकर्षण बल त्याच्या चुंबकीय प्रवाहाद्वारे निर्धारित केले जात असल्याने, इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या आकर्षणाचे बल वाढवण्यासाठी (किंवा कमी) करण्यासाठी, त्यानुसार त्याच्या कॉइलमध्ये विद्युत प्रवाह वाढवणे (किंवा कमी करणे) आवश्यक आहे.

ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोमॅग्नेट

ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोमॅग्नेट म्हणजे विद्युत चुंबकाला स्थायी चुंबकाचे जोडणे होय. हे अशा प्रकारे व्यवस्थित केले जाते.मऊ लोखंडी ध्रुवांचे तथाकथित विस्तार कायम चुंबकाच्या ध्रुवांशी जोडलेले असतात.प्रत्येक ध्रुव इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कोर म्हणून काम करतो. त्यावर कॉइल असलेली कॉइल ठेवली जाते. दोन्ही कॉइल मालिकेत जोडलेले आहेत.

ध्रुव विस्तार स्थायी चुंबकाच्या ध्रुवांशी थेट जोडलेले असल्याने, कॉइलमध्ये विद्युत् प्रवाह नसतानाही त्यांच्याकडे चुंबकीय गुणधर्म असतात; त्याच वेळी, त्यांची आकर्षण शक्ती अपरिवर्तित आहे आणि कायम चुंबकाच्या चुंबकीय प्रवाहाद्वारे निर्धारित केली जाते.

ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोमॅग्नेटची क्रिया अशी आहे की त्याच्या कॉइल्समधून विद्युतप्रवाह वाहताना, त्याच्या ध्रुवांचे आकर्षण शक्ती कॉइलमधील विद्युत् प्रवाहाची परिमाण आणि दिशा यावर अवलंबून वाढते किंवा कमी होते. ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोमॅग्नेटचा हा गुणधर्म क्रियेवर आधारित आहे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ध्रुवीकृत रिले आणि इतर विद्युत उपकरणे.

विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरवर चुंबकीय क्षेत्राची क्रिया

जर एखादी वायर चुंबकीय क्षेत्रामध्ये ठेवली असेल जेणेकरून ती फील्ड रेषांना लंब असेल आणि त्या वायरमधून विद्युत प्रवाह जात असेल, तर वायर हलण्यास सुरवात करेल आणि चुंबकीय क्षेत्राद्वारे ढकलली जाईल.

विद्युत प्रवाहासह चुंबकीय क्षेत्राच्या परस्परसंवादाच्या परिणामी, कंडक्टर हलण्यास सुरुवात करतो, म्हणजेच विद्युत उर्जेचे यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतर होते.

चुंबकीय क्षेत्राद्वारे वायरला ज्या बलाने मागे टाकले जाते ते चुंबकाच्या चुंबकीय प्रवाहाच्या विशालतेवर, वायरमधील विद्युत् प्रवाह आणि बलाच्या रेषा ओलांडणाऱ्या वायरच्या त्या भागाची लांबी यावर अवलंबून असते. या शक्तीच्या क्रियेची दिशा, म्हणजे कंडक्टरच्या हालचालीची दिशा, कंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेवर अवलंबून असते आणि डाव्या हाताच्या नियमाद्वारे निर्धारित केली जाते.

जर तुम्ही तुमच्या डाव्या हाताचा तळहात धरला म्हणजे चुंबकीय क्षेत्राच्या रेषा त्यात प्रवेश करतात आणि विस्तारित चार बोटे कंडक्टरमधील विद्युतप्रवाहाच्या दिशेने वळली तर वाकलेला अंगठा कंडक्टरच्या हालचालीची दिशा दर्शवेल. ... हा नियम लागू करताना, तुम्ही हे लक्षात ठेवले पाहिजे की क्षेत्र रेषा चुंबकाच्या उत्तर ध्रुवापासून विस्तारलेल्या आहेत.