Trang web này phụ thuộc vào doanh thu từ số lần hiển thị quảng cáo để tồn tại. Vui lòng tắt trình chặn quảng cáo của bạn hoặc tạm dừng tính năng chặn quảng cáo cho trang web này.
-
CÔNG TẮC TƠ, chương 13 Theo kinh nghiệm chế tạo và qua tham khảo em chọn kiểu dáng kết cấu của nam châm điện là mạch từ chữ Ш
-
CÔNG TẮC TƠ, chương 2 Nam châm điện có vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến tính năng làm việc và kích thước của toàn bộ
Dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường. Vật liệu sắt từ đặt trong từ trường này sẽ bị từ hóa và có cực tính ngược lại với cực tính của cuộn dây, cho nên sẽ bị hút về phía cuộn dây hình minh họa.
Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường trong cuộn dây cũng đổi chiều và vật liệu sắt từ bị từ hóa có cực tính ngược với cực tính cuộn dây, cho nên chiều lực hút không đổi.
Vật liệu sắt từ có độ từ thẩm lớn hơn rất nhiều của không khí nên từ trở toàn bộ mạch từ hầu như chỉ phụ thuộc vào từ trở khe hở không khí. Ta thường dùng khái niệm độ từ dẫn:
G=1Rμsize 12{G= { {1} over {R rSub { size 8{μ} } } } } {} [5.1]
Do tính chất tương đương giữa mạch từ và mạch điện nên trong mạch từ, từ dẫn tỉ lệ thuận với tiết diện mạch từ và tỉ lệ nghịch với chiều dài khe hở không khí.
G=μ0.SδWbAsize 12{G=μ rSub { size 8{0} } "." { {S} over {δ} } left [ { {"Wb"} over {A} } right ]} {} [5.2]
Trong đó:
+0 từ thẩm không khí bằng 1,25.10-8[Wb/A.cm]
+S[cm2] tiết diện từ thông đi qua.
+ [cm] chiều dài khe không khí.
Chú ý: công thức trên chỉ đúng với giả thiết từ thông trong khe không khí phân bố đều [các đường sức từ phải song song] khi khe hở bé. Khi khe hở lớn tính toán phức tạp tùy yêu cầu cụ thể việc tính toán có các phương pháp khác nhau.
Một số công thức dùng trong tính toán mạch từ
B=φSsize 12{B= { {φ} over {S} } } {} Wbcm2size 12{ left [ { { ital "Wb"} over { ital "cm" rSup { size 8{2} } } } right ]} {}
H : {} Cường độ từ trường [ A/cm]=1,25 [Osted]
μ=BH;Fsize 12{μ= { {B} over {H} } ;F} {} = IW :là sức từ động [A.vòng]
+ Định luật toàn dòng điện ∮lHdl=IW=Fsize 12{ lInt cSub { size 8{l} } { ital "Hdl"=I} W=F} {}
+ Định luật Ôm cho mạch từ: φ=IW.G=IWRMsize 12{φ= ital "IW" "." G= { { ital "IW"} over {R rSub { size 8{M} } } } } {}
+ Định luật Kiếc khốp I cho mạch từ: ∑i=1nφi=0size 12{ Sum cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } {φ rSub { size 8{i} } =0} } {} tại một điểm.
+ Định luật Kiếc khốp II cho mạch từ: trong một mạch từ khép kín có:
∑i=0nφiRμi=∑i=0nFisize 12{ Sum cSub { size 8{i=0} } cSup { size 8{n} } {φ rSub { size 8{i} } R rSub { size 8{μi} } = Sum cSub { size 8{i=0} } cSup { size 8{n} } {F rSub { size 8{i} } } } } {}
Năng lượng từ trường và điện cảm
Xét mạch từ như hình minh họa
Khi cho dòng điện i vào cuộn dây w có:
u=R.i+dψdthayuidt=R.i2.dt+idψdtdt[5.3]alignl { stack { size 12{u=R "." i+ { {dψ} over { ital "dt"} } "hay"} {} # size 12{ ital "uidt"=R "." i rSup { size 8{2} } "." ital "dt"+i { {dψ} over { ital "dt"} } ital "dt"" " \[ 5 "." 3 \] } {} } } {}
Lấy tích phân hai vế phương trình trên ta có :
∫0tuidt=∫0ti2Rdt+∫0tidψdtdtsize 12{ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } { ital "uidt"= Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } {i rSup { size 8{2} } ital "Rdt"+ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } {i} { {dψ} over { ital "dt"} } ital "dt"} } } {} [5.4]
Trong đó ta có:
∫0tuidtsize 12{ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } { ital "uidt"} } {}là năng lượng nguồn cung cấp.
∫0tRi2dtsize 12{ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } { ital "Ri" rSup { size 8{2} } ital "dt"} } {}là năng lượng tiêu hao trên điện trở cuộn dây w
∫0tidψdtdt=Wtsize 12{ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } {i { {dψ} over { ital "dt"} } ital "dt"=W rSub { size 8{t} } } } {}là năng lượng tích lũy trong từ trường có:
Wt=∫0ψidψsize 12{W rSub { size 8{t} } = Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{ψ} } { ital "id"ψ} } {} [5.5]
Biểu diễn bởi hình minh họa trên chính là diện tích phần tam giác cong oab có quan hệ và i là phi tuyến.
Theo định nghĩa thì điện cảm: L=ψIsize 12{L= { {ψ} over {I} } } {}
Trong đó: là từ thông móc vòng của cuộn dây w.
I :là dòng điện trong cuộn dây.
wt=∫0IiLdi=LI22nãn coïL=2WtI2size 12{w rSub { size 8{t} } = Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{I} } { ital "iLdi"=L { {I rSup { size 8{2} } } over {2} } " n""ãn coï" L= { {2W rSub { size 8{t} } } over {I rSup { size 8{2} } } } } } {} [5.6]
Tính lực hút điện từ
Khi cung cấp năng lượng cho cơ cấu điện từ thì nắp của mạch từ được hút về phía lõi, khe hở không khí ở giữa nắp và lõi giảm dần.
Ứng với vị trí ban đầu của nắp mạch từ có:
d=d1;I=I1;y=y1size 12{d=d rSub { size 8{1} } ;I=I rSub { size 8{1} } ;y=y rSub { size 8{1} } } {}
Ứng với vị trí cuối có:
d=d2;I=I2;y=y2size 12{d=d rSub { size 8{2} } ;I=I rSub { size 8{2} } ;y=y rSub { size 8{2} } } {}
Năng lượng từ trường khi ở vị trí đầu sẽ là:
Wt1=∫0ψ1idψsize 12{W rSub { size 8{t rSub { size 6{1} } } } = Int cSub {0} cSup {ψ rSub { size 6{1} } } { ital "id"ψ} } {}= diện tích oa1b1
Năng lượng từ trường khi ở vị trí cuối sẽ là:
Wt2=∫0ψ2idψsize 12{W rSub { size 8{t rSub { size 6{2} } } } = Int cSub {0} cSup {ψ rSub { size 6{2} } } { ital "id"ψ} } {} = diện tích oa2b2 [hình minh họa]
Vậy năng lượng lấy thêm từ ngoài vào để nắp mạch từ chuyển động là:
Dwt=∫y1y2idysize 12{Dw rSub { size 8{t} } = Int cSub { size 8{y rSub { size 6{1} } } } cSup {y rSub { size 6{2} } } { ital "id"y} } {}= diện tích hình thang b1a1a2b2
[như hình ].
Theo định luật cân bằng năng lượng có:
Wt1+ΔWt=Wt2+ΔAsize 12{W rSub { size 8{t rSub { size 6{1} } } } +ΔW rSub {t} size 12{ {}=W rSub {t rSub { size 6{2} } } } size 12{+ΔA}} {}
Trong đó A là năng lượng làm nắp chuyển động từ vị trí 1 đến vị trí 2.
ΔA=Wt1+ΔW−Wt2size 12{ΔA=W rSub { size 8{t rSub { size 6{1} } } } +ΔW - W rSub {t rSub { size 6{2} } } } {}= diện tích tam giác cong oa1a2
Nếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa đường đặc tính = f[i] chỉ xét ở đoạn tuyến [hình minh họa].
Ta có:
ΔA=12I1ψ2−I2ψ1size 12{ΔA= { {1} over {2} } left [I rSub { size 8{1} } ψ rSub { size 8{2} } - I rSub { size 8{2} } ψ rSub { size 8{1} } right ]} {}
Vì có: =I.L [ hình a].
ψ2=ψ1+Δψsize 12{ψ rSub { size 8{2} } =ψ rSub { size 8{1} } +Δψ} {} [5.8]
Đặt: I2=I1+ΔIsize 12{I rSub { size 8{2} } =I rSub { size 8{1} } +ΔI} {}, ΔA=12I1Δψ−ψ1ΔIsize 12{ΔA= { {1} over {2} } left [I rSub { size 8{1} } Δψ - ψ rSub { size 8{1} } ΔI right ]} {}
dA=12Idψ−ψdIsize 12{ ital "dA"= { {1} over {2} } left [ ital "Id"ψ - ψ ital "dI" right ]} {} [5.9]
Dạng vi phân :
F=dAdδ=12Idψdδ−ψdIdδsize 12{F= { { ital "dA"} over {dδ} } = { {1} over {2} } left [I { {dψ} over {dδ} } - ψ { { ital "dI"} over {dδ} } right ]} {} [5.10]
Vậy lực hút điện từ sẽ là:
dIdδ=0size 12{ { { ital "dI"} over {dδ} } =0} {} [5.11]
Ta xét hai trường hợp sau:
a] Trường hợp khi I = const thì F=5,1.Idψdδ[kg];ψ=LIsize 12{F=5,1 "." I { {dψ} over {dδ} } \[ ital "kg" \] ;ψ= ital "LI"} {} [như hình a].
F=5,1.I2dLdδsize 12{F=5,1 "." I rSup { size 8{2} } { { ital "dL"} over {dδ} } } {}
L=W2Gsize 12{L=W rSup { size 8{2} } G} {} [5.12]
Có: F=5,1.IW2dGdδsize 12{ F=5,1 "." left [ ital "IW" right ] rSup { size 8{2} } { { ital "dG"} over {dδ} } } {}
Trong đó: G là từ dẫn của mạch từ.
W là số vòng của cuộn dây.
Ta có: dψdδ=0size 12{ { {dψ} over {dδ} } =0} {} [5.13]
b] Trường hợp = const thì F=−12ψdIdδ[J/cm]=−5,1.ψ.dIdδ[kg]size 12{F= - { {1} over {2} } ψ { { ital "dI"} over {dδ} } \[ J/ ital "cm" \] = - 5,1 "." ψ "." { { ital "dI"} over {dδ} } \[ ital "kg" \] } {} [như hình b].
I=ψL;L=W2Gsize 12{I= { {ψ} over {L} } ;L=W rSup { size 8{2} } G} {}
ψ=W.φm2nãnF=5,12.φm2G2.dGdδ[kg]size 12{ψ=W "." { {φ rSub { size 8{m} } } over { sqrt {2} } } " nãn "F= { {5,1} over {2} } "." { {φ rSub { size 8{m} } rSup { size 8{2} } } over {G rSup { size 8{2} } } } "." { { ital "dG"} over {dδ} } \[ ital "kg" \] } {} [5.14]
d1G=dGG2size 12{d { {1} over {G} } = { { ital "dG"} over {G rSup { size 8{2} } } } } {} [5.15]
Vì: φm[Wb]size 12{ size 14{φ rSub { size 8{m} } } size 12{ \[ ital "Wb" \] }} {}
GWbAsize 12{G left [ { { size 10{ ital "Wb"}} over { size 10{A}} } right ]} {}trị số biên độ từ thông; F=5,12φm2G.σ2.dGdδsize 12{F= { {5,1} over {2} } { {φ rSub { size 8{m} } rSup { size 8{2} } } over { left [G "." σ right ] rSup { size 8{2} } } } "." { { ital "dG"} over {dδ} } } {}từ dẫn mạch từ.
Khi khe hở không khí lớn từ thông rò nhiều ta phải xét đến từ thông rò thì:
φG=Fsize 12{ { {φ} over {G} } =F} {} [5.16]
Trong đó là hệ số từ thông rò.
Chú ý: theo định luật Kiếc khốp:
φ=ψW;nãnψWG=F=IWvaìψ=W2IGsize 12{φ= { {ψ} over {W} } ; size 11{" nãn"} { {ψ} over { ital "WG"} } =F= ital "IW"" " size 11{"va"}ìψ=W rSup { size 8{2} } ital "IG"} {} mà L=ψI=W2Gsize 12{ L= { {ψ} over {I} } =W rSup { size 8{2} } G} {}̀ nên có: F→=1μ0∮sB→.n→.B→−12B2.n→dssize 12{ { vec {F}}= { {1} over {μ rSub { size 8{0} } } } lInt rSub { size 8{s} } { left lbrace left [ { vec {B}} "." { vec {n}} right ] "." { vec {B}} - { {1} over {2} } B rSup { size 8{2} } "." { vec {n}} right rbrace } ital "ds"} {}.
Categories: nam châm đất hiếm NdFeb
Bạn đang xem: Cách Tính Số Vòng Dây Nam Châm Điện Là Gì? Cách Tạo Một Nam Châm Điện Tại Tác Giả
Các đại lượng của nam châm vĩnh cửu xuất phát từđường cong từ trễ, là các thông số đặc trưng của các chấtsắt từnói chung vàvật liệu từ cứngnói riêng và các thông số được quan tâm chủ yếu gồm:
Lực kháng từcủa nam châm vĩnh cửu phải đủ lớn để không bị khử từ bởi các từ trường ngoài, khả năng lưu trữ từ trường của nam châm càng lớn khi lực kháng từ càng lớn. Các nam châm vĩnh cửu phổ biến hiện nay có lực kháng từ từ 1000 Oe đến vài chục ngàn Oe.
- Từ dư[xem bàiĐường cong từ trễ].
- Hệ số chữ nhật hay Độ vuông
- Tích năng lượng từ cực đại
Nói lên khả năng lưu trữ năng lượng từ của nam châm vĩnh cửu, là năng lượng lớn nhất có thể tồn trữ trong một đơn vị thể tích nam châm, được xác định từđường cong từ trễ. Muốn có tích năng lượng từ cực đại lớn, nam châm cần có lực kháng từ lớn, từ dư cao và hệ số chữ nhật củađường cong từ trễlớn.
Lànhiệt độmà tại đó các vậtsắt từbị mấttừ tínhvà trở thànhthuận từ.Nhiệt độ Curiecho ta biết khả năng hoạt động của nam châm trong điều kiện nhiệt độ cao hay thấp. Có những nam châm có nhiệt độ Curie khá thấp [ví dụ như nam châm Nd2Fe14B có nhiệt độ Curie chỉ 312oC], nhưng cũng có những loại nam châm có nhiệt độ Curie rất cao [ví dụ hệ hợp chất SmCo có nhiệt độ Curie hàng ngàn độ, được sử dụng trongđộng cơ phản lựccó nhiệt độ cao].
- Ngoài các tham số mang tính chất từ tính, các tham số khác cũng rất được quan tâm đó làđộ cứng, khả năng chống mài mòn, chốngôxihóa,mật độ... Bên cạnh đó, hình dạng nam châm cũng là một tham số rất quan trọng quyết định điểm làm việc của nam châm do hình dạng nam châm quy địnhthừa số khử từcủa vật từ, có tác động lớn đến năng lượng từ của nam châm.
Mạt sắt định hướng trong từ trường được tạo ra bởi một thanh nam châm
Phát phương tiện
Detecting magnetic field with compass and with iron filings
Mật độ từ thông [còn gọi là từ trường B hoặc chỉ từ trường, thường được ký hiệu là B] là một trường vectơ. Vectơ từ trường B tại một điểm nhất định trong không gian được chỉ định bởi hai thuộc tính:
- Hướng của nó, đó là dọc theo hướng của kim la bàn.
- Độ lớn của nó [còn được gọi là sức mạnh], tỷ lệ thuận với mức độ mạnh mẽ của kim la bàn hướng dọc theo hướng đó.
Trong các đơn vị SI, cường độ của từ trường B được tính bằng tesla.[5]
Mômen từ
Sửa đổi
Khoảnh khắc từ của nam châm [còn gọi là mômen lưỡng cực từ và thường được ký hiệu là μ] là một vectơ đặc trưng cho tính chất từ tính tổng thể của nam châm. Đối với một thanh nam châm, hướng của mô men từ chỉ từ cực nam của nam châm đến cực bắc của nó,[6] và độ lớn liên quan đến mức độ mạnh và khoảng cách giữa các cực này. Trong các đơn vị SI, mô men từ được đo bằng A · m2 [ampe mét bình phương].
Một nam châm vừa tạo ra từ trường riêng của nó vừa phản ứng với các từ trường khác. Độ mạnh của từ trường mà nó tạo ra là tại bất kỳ điểm nào cho tỉ lệ với độ lớn của mô men từ của nó. Ngoài ra, khi nam châm được đưa vào một từ trường bên ngoài, được tạo ra bởi một nguồn khác, nó phải chịu một mô-men xoắn có xu hướng định hướng mô men từ song song với từ trường.[7] Lượng mô-men xoắn này tỷ lệ thuận với mô men từ và trường ngoài. Một nam châm cũng có thể chịu một lực đẩy nó theo hướng này hay hướng khác, theo vị trí và hướng của nam châm và nguồn. Nếu trường đồng nhất trong không gian, nam châm không chịu lực ròng, mặc dù nó chịu mô-men xoắn.[8]
Một sợi dây có dạng hình tròn có diện tích A và mang dòng điện cường độ I sẽ có momen từ bằng IA.
Từ hóa
Sửa đổi
Từ hóa của vật liệu từ hóa là giá trị cục bộ của mô men từ của nó trên một đơn vị thể tích, thường được ký hiệu là M, với đơn vị A/m.[9] Đó là một trường vectơ, thay vì chỉ là một vectơ [như mô men từ], bởi vì các khu vực khác nhau trong một nam châm có thể được từ hóa với các hướng và cường độ khác nhau [ví dụ, vì các miền, xem bên dưới]. Một thanh nam châm tốt có thể có mô men từ có cường độ 0,1 A • m2 và thể tích 1cm 3 hoặc 1×106 m3, và do đó cường độ từ hóa trung bình là 100.000 A/m. Sắt có thể có từ hóa khoảng một triệu ampe mỗi mét. Một giá trị lớn như vậy giải thích tại sao nam châm bằng sắt rất hiệu quả trong việc tạo ra từ trường.
Mô hình nam châm
Sửa đổi
Trường của một thanh nam châm hình trụ được tính toán chính xác
Hai mô hình khác nhau tồn tại cho nam châm: cực từ và dòng nguyên tử.
Mặc dù đối với nhiều mục đích, thật thuận tiện khi nghĩ rằng nam châm có cực từ nam và bắc riêng biệt, khái niệm về cực không nên được hiểu theo nghĩa đen: nó chỉ là một cách để chỉ hai đầu khác nhau của nam châm. Nam châm không có các hạt phía bắc hoặc phía nam riêng biệt ở hai bên đối diện. Nếu một thanh nam châm bị vỡ thành hai mảnh, trong nỗ lực tách hai cực bắc và nam, kết quả sẽ là hai nam châm thanh, mỗi thanh có cả hai cực bắc và nam. Tuy nhiên, một phiên bản của phương pháp cực từ được các nhà nghiên cứu từ tính chuyên nghiệp sử dụng để thiết kế nam châm vĩnh cửu.
Trong phương pháp này, sự phân kỳ của từ hóa ∇ · M bên trong một nam châm và thành phần bình thường bề mặt M · n được coi là sự phân bố của các đơn cực từ. Đây là một thuận tiện toán học và không ngụ ý rằng thực sự có các đơn cực trong nam châm. Nếu phân phối cực từ được biết đến, thì mô hình cực cho từ trường H. Bên ngoài nam châm, trường B tỷ lệ với H, trong khi bên trong từ hóa phải được thêm vào H. Một phần mở rộng của phương pháp này cho phép tích điện từ bên trong được sử dụng trong các lý thuyết về sắt từ.
Phân cực
Sửa đổi
Cực bắc của nam châm được định nghĩa là cực mà khi nam châm lơ lửng tự do, hướng về cực Bắc của Trái Đất ở Bắc Cực [các cực từ và địa lý không trùng nhau, nhìn thấy sự suy giảm từ tính]. Do các cực đối diện [bắc và nam] thu hút, cực từ Bắc thực sự là cực nam của từ trường Trái Đất.[10][11][12][13] Như một vấn đề thực tế, để cho biết cực của nam châm ở phía bắc và phía nam, không nhất thiết phải sử dụng từ trường của Trái Đất. Ví dụ, một phương pháp sẽ là so sánh nó với một nam châm điện, có thể xác định được cực của chúng bằng quy tắc bàn tay phải. Các đường sức từ của một nam châm được coi là theo quy ước xuất hiện từ cực bắc của nam châm và nhập lại ở cực nam.
Vật liệu từ tính
Sửa đổi
Thuật ngữ nam châm thường được dành riêng cho các đối tượng tạo ra từ trường liên tục của riêng chúng ngay cả khi không có từ trường ứng dụng. Chỉ một số lớp vật liệu nhất định có thể làm điều này. Tuy nhiên, hầu hết các vật liệu tạo ra một từ trường để đáp ứng với từ trường ứng dụng - một hiện tượng được gọi là từ tính. Có một số loại từ tính, và tất cả các vật liệu trưng bày ít nhất một trong số chúng.
Hành vi từ tính tổng thể của vật liệu có thể rất khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc của vật liệu, đặc biệt là cấu hình electron của nó. Một số dạng hành vi từ đã được quan sát thấy trong các vật liệu khác nhau, bao gồm:
- Sắt từ và ferrimagnetic là những vật liệu bình thường coi như có từ tính; chúng bị hút bởi một nam châm đủ mạnh với sự hấp dẫn thấy được. Những vật liệu này là những vật liệu duy nhất có thể giữ được từ hóa và trở thành nam châm; một ví dụ phổ biến là một nam châm tủ lạnh truyền thống. Vật liệu Ferrimagnetic, trong đó bao gồm ferrites và vật liệu từ tính lâu đời nhất magnetite và đá nam châm, cũng tương tự như nhưng yếu hơn ferromagnetics. Sự khác biệt giữa vật liệu sắt và sắt từ có liên quan đến cấu trúc kính hiển vi của chúng, như được giải thích trong Từ học.
- Các chất thuận từ, chẳng hạn như bạch kim, nhôm và oxy, bị thu hút với lực yếu khi đến gần hai cực của nam châm. Điểm thu hút này yếu hơn hàng trăm nghìn lần so với vật liệu sắt từ, do đó, nó chỉ có thể được phát hiện bằng cách sử dụng các dụng cụ nhạy cảm hoặc sử dụng nam châm cực mạnh. Nước từ có từ tính, mặc dù chúng được làm từ các hạt sắt từ nhỏ lơ lửng trong chất lỏng, đôi khi được coi là thuận từ vì chúng không thể bị nhiễm từ.
- Nghịch từ có nghĩa là bị đẩy lùi bởi cả hai cực. So với các chất thuận từ và sắt từ, các chất nghịch từ tính, như carbon, đồng, nước và nhựa, thậm chí còn bị đẩy mạnh hơn bởi nam châm. Độ thấm của vật liệu từ tính nhỏ hơn độ thấm của chân không. Tất cả các chất không sở hữu một trong các loại từ tính khác là từ tính; điều này bao gồm hầu hết các chất. Mặc dù lực tác dụng lên một vật thể từ tính từ một nam châm thông thường quá yếu để có thể cảm nhận được, bằng cách sử dụng nam châm siêu dẫn cực mạnh, các vật thể từ tính như mảnh chì và thậm chí cả các con chuột có thể được nâng lên trong không trung. Các chất siêu dẫn đẩy các từ trường từ bên trong của chúng và có tính từ tính mạnh.
Có nhiều loại từ tính khác nhau, chẳng hạn như kính xoay, siêu màng từ, siêu thuận từ, và siêu vật liệu.