Тема: «Изучение действия электромагнита на основе создания электродвигателя из подручных средств» (стр. 3 )

В 1778г.  C. Дж. Бергман стал первым человеком, заметившим, что висмут и сурьма отталкиваются магнитным полем. Однако термин «диамагнетизм» также, как и термин «парамагнетизм» был введен позже (в сентябре 1845 года) Майклом Фарадеем, когда он понял, что все материалы в природе обладают в некоторой степени диамагнитным характером ответа на приложенное к ним магнитное поле.

К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Последние исследования в области физики показали, что некоторые ферромагнетики, при создании определенных условий, могут приобретать парамагнетические свойства при температурах, которые существенно выше точки Кюри. Поэтому ферромагнетики, наряду со многими другими магнетическими веществами, остаются, как оказалось, плохо изученными веществами до сих пор.

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er.

Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико.

Магнитное поле.

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B (вектор индукции магнитного поля). Еще одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.

Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Одно из наиболее часто встречающихся в обычной жизни проявлений магнитного поля - взаимодействие двух магнитов: подобные полюса отталкиваются, противоположные притягиваются.

1.6.  Магнитное поле Земли.

С древнейших времен известно, что магнитная стрелка компаса всегда устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении. Этот факт означает, что вокруг Земли существует магнитное поле. Своим северным концом магнитная стрелка указывает направление на Южный магнитный полюс Земли, который находится в северном полушарии. Северный магнитный полюс находится в южном полушарии. Из-за того, что магнитная ось наклонена к оси вращения Земли на 11,50, геомагнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами.

Средняя магнитная индукция вблизи земной поверхности составляет 5*10-5 Тл. На магнитных полюсах она больше, а на экваторе меньше.

Магнитное поле Земли не остается постоянным, оно испытывает медлен­ные изменения во времени (так назы­ваемые вековые вариации). Кроме то­го, через достаточно большие интер­валы времени могут происходить из­менения расположения магнитных по­люсов на противоположные (инвер­сии). За последние 30 млн лет среднее время между инверсиями составляло около 150 000 лет.

Область, околоземного пространст­ва, в которой сосредоточено магнитное поле Земли, называется магнитосфе­рой Земли. В магнитосферу Земли вторгается множество заряженных частиц, входящих в состав солнечного ветра (потока плазмы солнечного происхождения). Частицы солнечного ветра, главным образом протоны и электроны, захватываются магнитным полем Земли и увлекаются по винтовым траекториям вдоль силовых линий.

Обтекание магнитосферы Земли солнечным ветром

Во время увеличения солнечной активности интенсивность сол­нечного ветра возрастает. При этом частицы солнечного ветра ионизируют верхние слои атмосферы в северных широтах (где маг­нитные силовые линии сгущены) и вызывают там свечения — по­лярные сияния.

Под действием усиленного солнечного ветра возникают значи­тельные изменения магнитного поля Земли — магнитные бури. Магнитные бури продолжаются обычно от 6 до 12 часов, а затем характеристики земного поля снова возвращаются к своим нормаль­ным значениям.

Мысль о том, что Земля представляет собой гигантский магнит, впервые была высказана английским ученым У. Гильбертом. В 1600 г. вышла в свет его книга «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле»* Именно в ней впервые было дано правильное объяснение поведения стрелки компаса и высказано «новое и не­слыханное мнение о Земле». До Гильберта высказывалось мнение, что магнитная стрелка притягивается Полярной звездой.

Согласно современным представлениям магнитное поле Земли создается конвективными движениями электропроводящего вещества в ее жидком металлическом ядре.

1.7.  Электромагнит.

Электромагнит - устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.

Обмотку изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопроводы изготавливают из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи (токи Фуко) магнитопроводы выполняют из набора листов.

Выделяют три типа электромагнитов по способу создания магнитного потока.

Нейтральные электромагниты постоянного тока.

Постоянный магнитный поток создается постоянным током в обмотке таким образом, что сила притяжения зависит только от величины и не зависит от направления тока в обмотке.

Поляризованные электромагниты постоянного тока.

Присутствуют два независимых магнитных потока — поляризующий и рабочий. Первый создается рабочей (или управляющей) обмоткой. Поляризующий поток чаще всего создается постоянными магнитами, иногда дополнительными электромагнитами, и используется для обеспечения наличия притягивающей силы при выключенной рабочей обмотке. В целом действие такого магнита зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке.

Электромагниты переменного тока.

В этих магнитах питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, а однонаправленная сила притяжения меняется только по величине, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Широко применяют в электротехнике начиная от бытовой техники до плит электромагнитных для станков, при магнитопорошковом методе неразрушающего контроля.

Электромагниты различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток - с параллельными и последовательными обмотками; по характеру работы - работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах; по скорости действия - быстродействующие и замедленного действия, создающие постоянное или переменное магнитное поле и т. д.

1.8.  Из истории создания электродвигателя.

Чтобы воплотить свою идею в жизнь, я продолжил изучение темы и стал частым посетителем библиотеки. Из книг я узнал: слово «электричество» произошло от греческого слова «электрон». Оно означает «солнечный камень - янтарь». Изучил историю создания электродвигателей, и их схемы по которым можно изготовить в домашних условиях. и познакомили с историей создания электродвигателя

Теперь, попробуем извлечь из собранного материала пользу для расширенного изучения темы «Электродвигатели»

Все началось в 1820 году, когда Эрстед Ханс Кристиан, датский физик, открыл, что вокруг проводника с током существует вихревое магнитное поле. При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи стрелка возвращается в свое первоначальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.