Solenoidas yra vielos ritė, kuri yra iš esmės ilgesnė už jo skersmenį, sukurianti magnetinį lauką, kai srovė praeina per jį. Praktiškai ši ritė apgaubiama metaline šerdimi ir magnetinio lauko stiprumu priklauso nuo ritės tankio, srovės, einančios per ritę, ir magnetinių savybių šerdis.
Tai daro elektromagnetą tam tikro tipo elektromagnetą, kurio paskirtis yra sukurti valdomą magnetinį lauką. Šis laukas gali būti naudojamas įvairiems tikslams, priklausomai nuo įrenginio, pradedant naudoti magnetinį lauką kaip elektromagnetą, trukdyti srovės pokyčiams kaip induktoriui arba konvertuoti magnetiniame lauke sukauptą energiją į kinetinę energiją kaip elektros variklį.
Magnetinio darinio magnetinis laukas
Magnetinį solenoido darinio lauką galima rasti naudojantAmpero įstatymas. Mes gauname
Bl = \ mu_0 NI
kurByra magnetinio srauto tankis,lyra solenoido ilgis, μ0 yra magnetinė konstanta arba magnetinis pralaidumas vakuume,Nyra ritės apsisukimų skaičius irAšyra srovė per ritę.
Skirstymas perl, mes gauname
B = \ mu_0 (N / l) I
kurN / lyrapaverčia tankįarba posūkių skaičius ilgio vienetui. Ši lygtis taikoma solenoidams be magnetinių šerdžių arba laisvoje erdvėje. Magnetinė konstanta yra 1,257 × 10-6 H / m.
Themagnetinis pralaidumasmedžiagos yra jos gebėjimas palaikyti magnetinio lauko susidarymą. Kai kurios medžiagos yra geresnės už kitas, todėl pralaidumas yra įmagnetinimo laipsnis, kurį medžiaga patiria reaguodama į magnetinį lauką. Santykinis pralaidumasμr pasakoja, kiek tai padidėja laisvos vietos ar vakuumo atžvilgiu.
\ mu = \ mu_r \ mu_0
kurμyra magnetinis pralaidumas irμr yra reliatyvumas. Tai mums nurodo, kiek padidėja magnetinis laukas, jei solenoidas turi materialų šerdį. Jei įdėsime magnetinę medžiagą, pvz., Geležinę juostą, ir elektromagnetą apvyniosime aplink ją, geležinė juosta sukoncentruos magnetinį lauką ir padidins magnetinio srauto tankįB. Elektromagnetui su materialia šerdimi gauname solenoido formulę
B = \ mu (N / l) I
Apskaičiuokite solenoido induktyvumą
Vienas iš pagrindinių solenoidų, naudojamų elektrinėse grandinėse, tikslas yra trukdyti elektros grandinių pokyčiams. Elektros srovei tekant ritė ar solenoidas, jis sukuria magnetinį lauką, kurio stiprumas laikui bėgant auga. Šis kintantis magnetinis laukas sukelia ritės elektromotorinę jėgą, kuri priešinasi srovės srautui. Šis reiškinys yra žinomas kaip elektromagnetinė indukcija.
Induktyvumas,L, yra sukeltos įtampos santykisvir srovės pokyčio greitįAš.
L = -v \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg) ^ {- 1}
Sprendimas dėlvtai tampa
v = -L \ frac {dI} {dt}
Išvesti solenoido induktyvumą
Faradėjaus įstatymaspasakoja mums sukeltos EMF stiprumą reaguojant į kintantį magnetinį lauką
v = -nA \ frac {dB} {dt}
kur n yra ritės apsisukimų skaičius irAyra ritės skerspjūvio plotas. Diferencijuodami solenoido lygtį laiko atžvilgiu, gauname
Tai pakeisdami Faradėjaus dėsniu, gauname sukeltą EML ilgam solenoidui,
v = - \ bigg (\ frac {\ mu N ^ 2 A} {l} \ bigg) \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg)
Tai pakeisdami įv = −L (dAš/ dt)mes gauname
L = \ frac {\ mu N ^ 2 A} {l}
Mes matome induktyvumąLpriklauso nuo ritės geometrijos - posūkių tankio ir skerspjūvio ploto - ir ritės medžiagos magnetinio pralaidumo.