Fizika · Elektr va magnetizm · 8-sinf

Elektromagnit va rele

Kran bir tonna temirni qanday ko‘taradi, tok uzilsa nega tashlab yuboradi?

Vaziyat

Metallom qabul qilish maydonida kran ilgagida ulkan po‘lat disk osilib turadi. Operator tugmani bossa, disk eski avtomobil kuzovini o‘ziga «yopishtirib» oladi va vagon ustiga olib boradi; tokni uzsa — kuzov pastga tushadi. Bu — elektromagnit: temir o‘zakka o‘ralgan g‘altak. Xuddi shu qurilma eshik qo‘ng‘irog‘ida, rele ichida va maktab laboratoriyasidagi mixda ishlaydi. Elektromagnit kuchi nimaga bog‘liq va u qanday boshqariladi?

Mavzu

Elektromagnitlar va rele. Metallom kranidagi elektromagnit, eshik qo‘ng‘irog‘i va rele

Asosiy tushunchalar

Elektromagnit
Ko‘tarish kuchi
Elektromagnit rele

Formulalar

B = \frac{μ_{0} μ N I}{l}

Temir o‘zakli uzun g‘altak ichidagi maydon: o‘ramlar soni $N$ va tok $I$ ga proporsional (o‘zak to‘yinguncha).

F = \frac{B^{2} S}{2 μ_{0}}

Qutb yuzasining ko‘tarish kuchi: induksiyaning kvadratiga proporsional.

N I = Φ R_{m}, R_{m} = \sum_{k} \frac{l_{k}}{μ_{0} μ_{k} S_{k}}

Magnit zanjir uchun «Om qonuni» (Gopkinson qonuni): magnit oqimi = magnit yurituvchi kuch / magnit qarshilik.

R_{m}^{h a v o} = \frac{2 δ}{μ_{0} S} ≫ R_{m}^{t e m i r} = \frac{l}{μ_{0} μ S}

Bir necha millimetrli havo tirqishi metrlab temirdan ko‘ra kattaroq magnit qarshilik beradi.

P_{b o s h q} = U I ≪ P_{y u k}

Rele: kuchsiz boshqaruv zanjiri (mA) kuchli zanjirni (A) ulaydi.

Nazariya

Elektromagnit nima?

Tokli g‘altak magnitga aylanadi; ichiga temir o‘zak qo‘yilsa, temir magnitlanadi va maydon yuzlab–minglab marta kuchayadi ( $μ ≫ 1$ ). Doimiy magnitdan farqi: elektromagnitni tok bilan boshqarish mumkin — yoqish, o‘chirish, kuchini o‘zgartirish, tok yo‘nalishini almashtirib qutblarini almashtirish. Laboratoriya rejimida o‘zakni olib qo‘ying: qisqichlar soni nolga tushadi.

Ko‘tarish kuchi va to‘yinish

Qutb yuzasining tortish kuchi $F = B^{2} S / (2 μ_{0})$ . Kichik toklarda $B \propto N I$ , demak $F \propto {(N I)}^{2}$ : tokni ikki marta oshirsangiz kuch to‘rt marta ortadi. Lekin temirning magnitlanishi chegaralangan — to‘yinish ( $B \approx 1,7$ – $2$ Tl): kran rejimidagi $F (I)$ grafigi yuqorida tekislanadi. Kuch tirqishga juda sezgir: zang, bo‘yoq yoki notekis sirt kuchni keskin kamaytiradi — shuning uchun tekis po‘lat plita avtomobil kuzovidan ancha osonroq ko‘tariladi.

Magnit zanjir

Magnit oqimi $Φ$ elektr tokiga o‘xshab yopiq yo‘l bo‘ylab «oqadi»: kran magnitida markaziy qutbdan yuk orqali tashqi halqaga va orqaga. Magnit yurituvchi kuch $N I$ zanjirning magnit qarshiligiga $R_{m} = \sum l / (μ_{0} μ S)$ bo‘linadi. Temirda $μ$ katta — qarshilik kichik; havo tirqishida $μ = 1$ — qarshilik ulkan. Shuning uchun elektromagnit yukka tegib turganda kuchli, 5 sm uzoqlashganda esa bir necha marta kuchsiz. «Magnit zanjir» belgisini yoqib, oqim yo‘lini ko‘ring.

Elektromagnit rele

Rele — elektromagnit kalit. Kuchsiz boshqaruv zanjiri (12 V, bir necha o‘n mA) g‘altakni magnitlaydi, yakor tortiladi va kontaktlar kuchli zanjirni (230 V, bir necha amper) ulaydi. Ikki zanjir elektr jihatdan ajratilgan — bu xavfsiz. Rele ishga tushish tokida yopiladi, lekin yopilgach tirqish kichrayadi va uni ushlab turish uchun ancha kichik tok yetadi: kuchlanishni kamaytirib, qo‘yib yuborish kuchlanishini toping. Relelar avtomobil starterida, liftlarda, svetoforlarda, telegrafda ishlatilgan va ishlatiladi.

Elektr qo‘ng‘iroq — o‘zini o‘zi uzuvchi zanjir

Tugma bosilganda tok kontakt vint orqali g‘altakka boradi, yakor tortiladi va bolg‘acha kosachaga uriladi. Lekin yakor tortilishi bilan kontakt uziladi — tok yo‘qoladi, prujina yakorni qaytaradi, kontakt yana ulanadi va hammasi takrorlanadi (sekundiga o‘nlab marta). Chastota prujina bikirligi, yakor massasi va kuchlanishga bog‘liq; juda kichik kuchlanishda tortish prujinani yenga olmaydi. Kontakt uzilganda chaqnaydigan kichik uchqun — o‘zinduksiya natijasi («O‘zinduksiya» tajribasida).

Laboratoriya: eng oddiy elektromagnit

Ishning maqsadi: elektromagnit kuchi tok va o‘ramlar soniga qanday bog‘liqligini o‘rganish. Mixga izolyatsiyalangan sim o‘raladi, batareya, reostat va ampermetr ketma-ket ulanadi. Mix uchini qisqichlarga botirib ko‘taring va nechta qisqich ilinganini sanang. Tok $I$ ni o‘zgartirib (o‘ramlar soni o‘zgarmas), so‘ng $N$ ni o‘zgartirib (tok o‘zgarmas) jadval tuzing. Xulosa: kuch $N I$ ortishi bilan tez ortadi, o‘zaksiz g‘altak deyarli hech narsa ko‘tarmaydi. Model: mix uchidagi maydon $B \approx \frac{1}{2} μ_{0} (H + M)$ , $H = N I / l$ , ingichka sterjenning magnitlanishi o‘z demagnitlovchi maydoni bilan cheklangan ( $M \approx H / N_{d}$ , $N_{d} \approx 0,007$ ).

Bilasizmi?

Birinchi elektromagnitni 1824–1825-yillarda ingliz ixtirochisi Uilyam Sturjon yasagan: taqasimon temirga sim o‘ralgan, og‘irligi taxminan 200 g bo‘lgan bu magnit bitta galvanik element tokida taxminan 4 kg yukni ko‘targan.
1831-yilda amerikalik fizik Jozef Genri Yel universiteti uchun elektromagnit yasagan: temir o‘zagi taxminan 27 kg bo‘lgan bu magnit 936 kg (2063 funt) yukni ushlab turgan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.