O înfășurare cilindrică, care are o lungime mult mai mare decât diametrul acesteia, se numește solenoid. Tradus din engleză, acest cuvânt înseamnă - ca o țeavă, adică este o bobină, similară cu o țeavă.
Dispozitivul și principiul funcționării
Un solenoid poate fi, de asemenea, numit o bobină de inductanță, care este înfășurată de un fir pe un cadru sub forma unui cilindru. Astfel de bobine pot fi înfășurate ca unul sau mai multe straturi. Deoarece lungimea bobinei este mult mai mare decât diametrul, atunci tensiunea de curent continuu pe înfășurarea câmpului magnetic format în interiorul bobinei.
solenoizi adesea numit dispozitiv electromecanic care cuprinde o bobină, în interiorul căreia există un miez feromagnetic. Astfel de dispozitive sunt realizate sub formă de relee de retragere a starterului auto, diferite electrovalve. Elementul de tragere al unui astfel de electromagnet unic este un nucleu de material feromagnetic.
Dacă dispozitivul este nici un miez solenoid la conectarea bobinei de curent continuu este format de-a lungul câmpului magnetic. Inducerea acestui câmp este:
Unde, N - numărul de rotații în bobină, l - lungimea bobinei, I - curentul care curge prin solenoid, μ0 - permeabilitatea magnetică sub vid.
La capetele solenoidului, valoarea inducției magnetice este jumătate față de cea a părții interioare, deoarece cele două părți ale solenoidului formează împreună un câmp magnetic dublu. Acest lucru este valabil pentru un solenoid lung sau infinit, în comparație cu diametrul cadrului de înfășurare.
La marginile solenoidului, inducția magnetică este:
Deoarece solenoizii sunt bobine de inductanță, prin urmare, solenoidul poate stoca energie într-un câmp magnetic. Această energie este egală cu munca făcută de sursă, pentru a forma un curent în lichidare.
Acest curent formează în solenoid un câmp magnetic:
Dacă curentul din bobină se modifică, atunci există un EMF de autoinducție. În acest caz, tensiunea pe solenoid este determinată de:
Inductivitatea solenoidului este determinată de:
Unde V este volumul bobinei solenoidului, z este lungimea conductorului bobinei, n este numărul de rotații, l este lungimea bobinei și μ0 este permeabilitatea magnetică la vid.
La conectarea unui solenoid de tensiune AC la conductoare, câmpul magnetic va fi, de asemenea, creat de variabile. Solenoidul are o rezistență AC în forma unui complex de două componente: activ și reactiv. Ele depind de inductanța și rezistența electrică a conductorului bobinei.
Tipuri de solenoizi
Prin numire, solenoizii sunt împărțiți în două clase:
- Staționare. Adică, pentru câmpurile magnetice de formă staționară, care dețin o lungă perioadă de timp la unele valori.
- Puls. Pentru a crea câmpuri magnetice pulsate. Ele pot exista doar într-o perioadă scurtă de timp, nu mai mult de o secundă.
Staționar capabil de a crea un câmp de maximum 2,5 × 10 May E. Solenoids tip puls poate crea un câmp de 5 x 10 iunie E. Când se creează bobinele de câmp nu sunt supuse la deformări și nu foarte încălzit, câmpul magnetic este direct legată de trecerea curentului: H = k * I. unde k - un solenoid constantă calculabil.
Staționare sunt împărțite:
Tipurile rezistive sunt fabricate din materiale cu rezistență electrică. În această privință, toată energia potrivită pentru ele intră în căldură. Pentru a evita distrugerea termică a dispozitivului, este necesar să se elimine căldura în exces. În acest scop, se utilizează răcire criogenică sau cu apă. Aceasta necesită energie auxiliară, comparabilă cu energia necesară pentru alimentarea solenoidului.
Dispozitivele superconductoare sunt fabricate din aliaje cu proprietăți superconductive. Rezistența lor electrică este zero la temperaturi diferite în timpul experimentului. Atunci când solenoidul supraconductor funcționează, căldura este eliberată numai în conductoare adecvate și o sursă de tensiune. În acest caz, sursa de alimentare poate fi eliminată, deoarece solenoidul funcționează într-un mod scurtcircuitat. În acest caz, câmpul poate exista fără consum de energie pentru o perioadă infinit de lungă, cu condiția ca supraconductivitatea să fie menținută.
Dispozitivele pentru crearea câmpurilor magnetice puternice includ trei părți principale:
La proiectarea unui solenoid, luați în considerare valorile canalului intern și puterea sursei de alimentare.
Crearea unui dispozitiv cu un solenoid rezistiv pentru formarea câmpurilor staționare este o sarcină științifică și tehnică globală. În lume, inclusiv în țara noastră, există doar câteva laboratoare cu dispozitive similare. Sunt utilizate electromagneți de diferite modele, a căror funcționare se desfășoară în apropierea limitei termice.
Pentru a menține astfel de dispozitive, sunt necesare personalul format din lucrători cu înaltă calificare a căror activitate este foarte apreciată. Majoritatea finanțelor sunt cheltuite pentru plata energiei electrice. Funcționarea și întreținerea unor astfel de solenoizi puternici se acordă cu timpul, deoarece cercetătorii și cercetătorii din diferite domenii ale științei din diferite țări pot obține rezultate importante pentru dezvoltarea științei.
Cele mai complexe și importante probleme pot fi rezolvate prin utilizarea solenoidelor superconductoare. Această metodă este mai eficientă, mai economică și mai simplă. De exemplu, crearea de câmpuri staționare puternice prin supraproducționarea solenoidelor. Proprietatea cea mai originală a supraconductivității este lipsa rezistenței electrice în unele aliaje și metale la temperaturi sub valoarea critică.
Fenomenul supraconductivității face posibilă producerea unui solenoid care nu are disipare a energiei atunci când trece un curent electric. Cu toate acestea, câmpul este format este limitată prin aceea că, atunci când o anumită valoare a câmpului critic proprietății supraconductibilitatii se prăbușește, iar rezistența electrică este reluată.
Câmpul critic crește când temperatura scade de la 0 la valoarea cea mai mare. Deja în anii 50 ai secolului trecut, au fost descoperite aliaje, în care temperatura critică este cuprinsă între 10 și 20 K. În același timp, ele au proprietățile câmpurilor critice foarte puternice.
Tehnologia de a crea astfel de aliaje și de a produce materiale pentru bobine de solenoizi este foarte laborioasă și complexă. Prin urmare, aceste dispozitive au un cost ridicat. Cu toate acestea, funcționarea lor este ieftină și ușor de întreținut. Pentru aceasta, sunt necesare doar surse de joasă tensiune cu putere mică și heliu lichid. Puterea sursei nu va avea nevoie de mai mult de 1 kilowatt. Aranjamentul unor astfel de solenoizi constă într-o bobină din cupru și un superconductor cu sârmă, bandă sau autobuz.
Există posibilitatea de a reduce costurile cu energia pentru crearea unor domenii mai puternice. Această oportunitate este realizată în mai multe țări importante, inclusiv în Rusia. Această metodă se bazează pe utilizarea unei combinații de solenoizi răciți cu apă și superconductori. Se mai numește și un solenoid hibrid. În acest dispozitiv, sunt integrate cele mai mari câmpuri de realizare ale ambelor tipuri de solenoizi.
Solenoidul răcit cu apă trebuie să fie amplasat în interiorul superconductorului. Crearea unui solenoid hibrid este o problemă științifică și tehnică complexă și complexă. Pentru a rezolva aceasta, este necesară activitatea mai multor echipe de instituții științifice. Un astfel de dispozitiv hibrid este utilizat în țara noastră la Academia de Științe. Acolo, un solenoid cu proprietăți superconductoare are o masă de 1,5 tone. Bobina este realizată din aliaje speciale de niobiu cu zinc și titan. Înfășurarea solenoidului răcit cu apă se face printr-un autobuz de cupru.
Subiecte similare:
Trimiteți-le prietenilor: