Elektromagnit

Электромагнит магнит майдоннинг электр токи томонидан ишлаб чиқарилган магнит туридир. Электромагнитлар одатда ғалтак ичига ўралган симдан иборат. Сим орқали ўтадиган ток сим ўрами орасида тўпланган магнит майдон ҳосил қилади, бу ғалтакнинг марказини билдиради. Ток ўчирилганда магнит майдон ҳам йўқолади. Сим ўрамлари кўпинча темир каби ферромагнит ёки ферромагнетик материаллардан ясалган магнит ўзак атрофида ўралади; магнит ўзак магнит оқимини тўплайди ва янада кучли магнит ҳосил қилади.

Электромагнитнинг доимий магнитдан асосий афзаллиги шундаки, магнит майдонни ўрамдаги электр токини назорат қилиш орқали тезда ўзгартириш мумкин. Бироқ, доимий магнит ташқи қувватга муҳтож эмас, электромагнит эса магнит майдонни ушлаб туриш учун доимий токни талаб қилади.

Электромагнитлар двигателлар, генераторлар, электромеханик соленоидлар, релелар, динамиклар, қаттиқ дисклар, МРИ машиналари, илмий асбоблар ва магнит ажратиш ускуналари каби бошқа электр қурилмаларнинг компонентлари сифатида кенг қўлланади. Электромагнитлар саноатда темир ва пўлат парчалари каби оғир темир буюмларни олиш ва кўчириш учун ҳам қўлланади.

Тарихи

Даниялик олим Ханс Кристиан Øрстед 1820-йилда электр ток магнит майдон ҳосил қилишини аниқлади. Британиялик олим Уилям Стургеон 1824-йилда электромагнитни ихтиро қилди. Унинг биринчи электромагнити тақасимон темир бўлаги бўлиб, у тахминан 18 ўрам мис сим билан ўралган эди (ўша пайтда изоляцияланган сим йўқ эди). Темир тақа эсаа изоляция қилиш учун лакланган эди. Ғалтакдан ток ўтказилганда, темир магнитланган бўлиб, бошқа темир бўлакларини ўзига тортди; ток тўхтатилганда, у магнитланишни йўқотди. Стургеон ўз тажрибасида, унинг оғирлиги бор-йўғи етти унсия (тахминан 200 грамм) бўлган электромагнит билан тўққиз фунт (тахминан 4 килограмм) вазнни кўтариши мумкинлигини кўрсатди. Бироқ, Стургеон магнитлари заиф эди, чунки у ишлатган изоляцияланмаган сим фақат ядро атрофидаги бир оралиқ қатламга ўралган бўлиб, ўрамлар сонини чеклаб қўйган.

Электромагнитларнинг қўлланиши

Портатив электромагнитлар дастлаб материални фақат бир жойда ушлаб туриш учун мўлжалланган; мисол кўтарувчи магнитдир. Тортишувчи электромагнит куч таъсирида бирор нарсани ҳаракатга келтиради^[2].

Электромагнитлар электр ва электромеханик қурилмаларда жуда кенг қўлланади, жумладан:

Двигателлар ва генераторлар
Трансформаторлар
Релелар
Электр қўнғироқлари ва сигналлари
Динамиклар ва наушниклар
Валфлар каби актуаторлар
Магнит хотира ва маълумотларни сақлаш ускуналари: магнитафонлар, видеомагнитофонлар, қаттиқ дисклар
МРИ аппаратлари
Масс- спектрометрлар каби илмий ускуналар
Заррача тезлатгичлари
Магнит қулфлар
Магнитни магнит бўлмаган материаллардан ажратиш учун ишлатиладиган магнит ажратиш ускунаси, масалан, қора металлни бошқа материаллардан парчаланишдан ажратиш.
Саноат кўтариш магнитлари
магнит левитация, маглев поэздида ёки поэздларда ишлатилади
Овқат пишириш, ишлаб чиқариш ва гипертермия терапияси учун индуксион иситиш

Физика

Сим орқали оқим (И) магнит майдонини (Б) ҳосил қилади. Майдон ўнг қўл қоидасига мувофиқ йўналтирилган.

Ғалтак орқали ток ўтиши натижасида ҳосил бўлган магнит майдон

Симда оқаётган электр токи Ампер қонунига кўра сим атрофида магнит майдон ҳосил қилади (расмга қаранг). Магнит майдонни тўплаш учун электромагнитда сим ўзак материалга ўралади^[3]. Симнинг барча ўрамларининг магнит майдони ўзак марказидан ўтиб, у ерда кучли магнит майдон ҳосил қилади^[3]. Тўғри трубка (спирал) шаклини ҳосил қилувчи ғалтак соленоид деб аталади^[1]^[3].

Симдан ток ўтганда унинг ҳосил қилган магнит майдон йўналишини ўнг қўл қоидаси ёрдамида топиш мумкин^[4]^[5]. Агар ўнг қўлнинг бармоқлари (анъанавий оқим, мусбат заряд оқими) ўзакка ўралган симдан оқаётган ток йўналишига мос тушса, бош бармоғимиз ўзак ичидаги майдон йўналишига ишора қилади. Майдон чизиқлари чиқадиган магнитнинг томони шимолий қутб сифатида белгиланади.

Ампер қонуни

Қуйидаги ўзгарувчиларнинг таърифлари учун мақоланинг охиридаги қутига қаранг.

Умумий ҳолатда электромагнитларнинг магнит майдони Ампер қонуни билан берилган: ҳар қандай ёпиқ ҳалқа атрофидаги магнитланиш майдонининг Ҳ интеграли ҳалқадан ўтадиган оқим йиғиндисига тенг эканлигини айтади.

{\дисплайстйле \инт \матҳбф{Ж}\cдот д\матҳбф{А} = \оинт \матҳбф{Ҳ}\cдот д\матҳбф{л}}

Токнинг ҳар бир кичик сегменти учун магнит майдонни берадиган бошқа тенглама Био-Савар қонунидир . Ферромагнит материалларнинг магнит майдони ва кучини ҳисоблаш икки сабабга кўра қийин. Биринчидан, майдоннинг кучи нуқтадан нуқтага мураккаб тарзда ўзгариб туради, айниқса ўзакдан ташқарида ва ҳаво бўшлиқларида. Иккинчидан, Б магнит майдони ва қуввати оқимнинг чизиқли бўлмаган функсиялари бўлиб, ишлатиладиган асосий материал учун Б ва Ҳ ўртасидаги чизиқли бўлмаган муносабатга боғлиқ. Аниқ ҳисоб-китоблар учун чекли элементлар усули ёрдамида магнит майдон моделини ишлаб чиқарадиган компютер дастурлари қўлланади.

Магнит ўзак

Магнит ўзакнинг материали (кўпинча темир ёки пўлатдан ясалган) кичик магнитлар каби ишлайдиган кичик магнит доменлар иборат (қаранг: Ферромагнетизм). Электромагнитдаги ток ёқилишидан олдин, темир ядросидаги доменлар тасодифий йўналишларга йўналган бўлади, шунинг учун уларнинг кичик магнит майдонлари бир-бирини ноллаштиради. Шунинг учун темирнинг хусусий магнит майдони йўқ. Темирга ўралган сим орқали ток ўтказилганда, унинг магнит майдони темирга кириб боради ва доменларнинг магнит майдонга параллел равишда жойлашишига олиб келади, шунинг учун уларнинг кичик магнит майдонлари сим майдонига қўшилиб, катта магнит майдон ҳосил қилади. Ўзакнинг вазифаси майдонни жамлашдан иборат бўлиб, магнит майдон ҳаводан ўтгандан кўра ўзакдан осонроқ ўтади.

Лоренц кучлари

Кучли электромагнитларда магнит майдон Лоренц кучи ( ${\дисплайстйле қ\матҳбф{в}\тимес\матҳбф{Б}\,}$ сим ичидаги ҳаракатланувчи зарядларга таъсир қилади) туфайли ўрамларнинг ҳар бир бурилишига куч таъсир қилади. Лоренц кучи симнинг ўқига ҳам, магнит майдонига ҳам перпендикуляр. Буни магнит майдон чизиқлари орасидаги босим сифатида кўриш мумкин, уларни бир-биридан итаради. Электромагнитнинг ўрашига иккита таъсир кўрсатади:

Ғалтакнинг ўқи ичидаги майдон чизиқлари ўрамларнинг ҳар бир бурилишига радиал куч таъсир қилади ва уларни барча йўналишларда ғалтакдан ташқарига интилади. Бу симда механик кучланишга олиб келади.
Ғалтакнинг ҳар бир бурилиши орасидаги майдон чизиқлари қўшни бурилишлар ўртасида жозибадор кучни таъминлайди ва уларни бир-бирига тортишга интилади.

Атамалар таърифи

Атама	Аҳамияти	Бирлик
${\дисплайстйле А\,}$	ядронинг кесма майдони	квадрат метр
${\дисплайстйле Б\,}$	Магнит майдон (магнит оқими зичлиги)	Тесла
${\дисплайстйле Ф\,}$	Магнит майдон томонидан таъсир қилувчи куч	Нютон
${\дисплайстйле Ҳ\,}$	Магнит майдони	ампер/метр
${\дисплайстйле И\,}$	Ўрамдан оқувчи ток кучи	ампер
${\дисплайстйле Л\,}$	Магнит майдон йўлининг умумий узунлиги ${\дисплайстйле Л_{\матҳрм{cоре}}+Л_{\матҳрм{гап}}\,}$	метр
${\дисплайстйле Л_{\матҳрм{cоре}}\,}$	Ядро материалидаги магнит майдон йўлининг узунлиги	метр
${\дисплайстйле Л_{\матҳрм{гап}}\,}$	Ҳаво бўшлиқларида магнит майдон йўлининг узунлиги	метр
${\дисплайстйле м_1, м_2\,}$	Электромагнитнинг қутб кучи	ампер метр
${\дисплайстйле \му\,}$	Электромагнит ўзак материалининг ўтказувчанлиги	нютон/квадрат ампер
${\дисплайстйле \му_0\,}$	вакуум (ёки ҳаво) ўтказувчанлиги = 4п (10 ^-7)	нютон/квадрат ампер
${\дисплайстйле \му_р\,}$	Электромагнит ядро материалининг нисбий ўтказувчанлиги	-
${\дисплайстйле Н\,}$	Электромагнитдаги симнинг бурилиш сони	-
${\дисплайстйле р\,}$	Икки электромагнитнинг қутблари орасидаги масофа	метр

Яна қаранг

Дипол магнит — магнитнинг энг асосий шакли
Электромагнетизм
Электромагнит магнит — қаттиқ магнитланган электромагнит жойлашуви
Портлаш билан помпаланадиган оқим сиқиш генератори
Магнит рулман
Импулсли майдон магнити
Тўрт кутупли магнит — асосан зарядланган заррачаларнинг ҳаракатига таъсир қилиш учун ишлатиладиган магнитлар ва электромагнитларнинг комбинацияси

Маълумотномалар

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Наве. „Элеcтромагнет“. Ҳйперпҳйсиcс. Депт. оф Пҳйсиcс анд Астрономй, Георгиа Стате Унив. (2012). 2014-йил 22-сентябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2014-йил 17-сентябр.
↑ Даwес, Честер Л. „Элеcтриcал Энгинеэринг“, . Стандард Ҳандбоок фор Мечаниcал Энгинеэрс, 7тҳ Баумеистер: , МcГраw-Ҳилл, 1967.
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 Мерзоуки, Рочди. Интеллигент Мечатрониc Сйстемс: Моделинг, Cонтрол анд Диагносис. Спрингер Сcиэнcе & Бусинесс Медиа, 2012 — 403–405-бет. ИСБН 978-1447146285.
↑ Милликин, Роберт. Элеменц оф Элеcтриcитй. Чиcаго: Америcан Течниcал Соcиэтй, 1917 — 125-бет.
↑ Флеминг, Жоҳн Амбросе. Шорт Леcтурес то Элеcтриcал Артисанс, 4тҳ Эд. Лондон: Э.& Ф. Н. Спон, 1892 — 38–40-бет.

Ҳаволалар

Мини-дан Мигҳтй-га магнитлар: электромагнитлар ва бошқа магнитлар бўйича астар Миллий юқори магнит майдон лабораторияси
Магнит майдонлар ва кучлар Cуяҳога жамоат коллежи
Оклахома университети Геология ва геофизика фундаментал алоқалар мактаби

[Hyperphysics-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Наве. „Элеcтромагнет“. Ҳйперпҳйсиcс. Депт. оф Пҳйсиcс анд Астрономй, Георгиа Стате Унив. (2012). 2014-йил 22-сентябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2014-йил 17-сентябр.

[Marks_105-2] Даwес, Честер Л. „Элеcтриcал Энгинеэринг“, . Стандард Ҳандбоок фор Мечаниcал Энгинеэрс, 7тҳ Баумеистер: , МcГраw-Ҳилл, 1967.

[Merzouki-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 Мерзоуки, Рочди. Интеллигент Мечатрониc Сйстемс: Моделинг, Cонтрол анд Диагносис. Спрингер Сcиэнcе & Бусинесс Медиа, 2012 — 403–405-бет. ИСБН 978-1447146285.

[4] Милликин, Роберт. Элеменц оф Элеcтриcитй. Чиcаго: Америcан Течниcал Соcиэтй, 1917 — 125-бет.

[5] Флеминг, Жоҳн Амбросе. Шорт Леcтурес то Элеcтриcал Артисанс, 4тҳ Эд. Лондон: Э.& Ф. Н. Спон, 1892 — 38–40-бет.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]