Электромагнитные явления вокруг нас

Крутящаяся магнитная область статора индуцирует в обмотке ротора электроток, взаимодействие которого с магнитным полем статора приводит ротор во вращение. Темп вращения ротора при этом всегда меньше чем скорость вращения магнитного поля статора и ее относительную разность со скоростью вращения магнитного поля статора называют скольжением. Эта величина зависит от нагрузки на валу двигателя и составляет при полной нагрузке обычно 3… 5%. Сцелью ступенчатой регулировки скорости вращения может использоваться статорная обмотка с переключаемым числом полюсов. Обычно, по такому принципу могут выполняться, например, двухтрехи четырехскоростные двигатели.

Сцелью мягкой регулировки скорости обычно применяется питание двигателя через регулируемый конвертер частоты. С целью основной регулировки скорости асинхронного двигателя ниже номинальной преждевзамен короткозамкнутых использовались двигатели с фазным ротором, у которых роторная обмотка имеет подобноемногофазноевыполнение как и статорная. Подобная обмотка объединяется через соединительные кольца, находящиеся на валу двигателя с регулирующимреостатом, где часть энергии потребляемой электромотором, превращается в теплоту. Регулирование совершается, таким образом, за счет снижения коэффициента полезного действия двигателя и, поэтому, в настоящее время используется крайне редко. Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели отличаютсясобственной компактностью и значительной надежностью, а кроме того значительно большим сроком использования, чем двигатели внутреннего сгорания. По размерам они обычно меньше и по массе легче, чем двигатели внутреннего сгорания той же мощности. Они запускаются в серийное производство в очень большом диапазоне паспортных мощностей от нескольких ватт до нескольких десятков мегаватт. Причем электродвигатели малой мощности (до нескольких сотен ватт).

могут выпускатьсяоднофазными. Синхронные двигатели устроены так же, как и синхронные генераторы. При постоянной частоте они вращаются с постоянной скоростью независимо от величины подключенной нагрузки. Их превосзодством по сравнению с асинхронными двигателями считается то, что они не берут из сети реактивную энергию, а могут сами отдавать ее в сеть, покрывая тем самым потребление реактивной энергии другими потребителями.

Синхронные двигатели мало подходят для частых пусков и применяются, в основном в тех случаях, когда при сравнительноустойчивой механической нагрузке требуется постоянная скорость вращения. Область применения двигателей постоянного тока — в тех случаях, когда необходимо плавное регулирование скорости вращения (перемещения). Это достигается путем регулирования тока якоря и/или возбуждения при помощи полупроводниковых пускателей (раньше — с помощью регулировочных реостатов) или путем изменения напряжения питания. По причине того, что в настоящее время плавное изменение скорости двигателей переменного тока можно осуществлять легко и без больших потерь коэффициента полезного действия (при помощи преобразователей частоты), то двигатели постоянного тока применяются все реже и реже. Это происходит из-за их большей стоимостидвигателей постоянного тока, их больших размеров и дополнительных потерь, возникающих при регулировании. Шаговые двигатели приводят в движение при помощи импульсов переменного напряжения. При каждом импульсе ротор двигателя поворачивается на определенный угол (например, на несколько градусов). Таким образом, количеством подаваемых импульсов можно регулировать диапазон механического перемещения. Подобные электродвигатели используются в тихоходных механизмах, работающих в небольших диапазонах перемещений и требующих точного позиционирования. Например, в настоящее время востребованыдвигатели, совершающие один оборот за сутки или даже один оборот за год (применяются в астрономических обсерваториях).Линейные двигатели применяются для прямолинейного перемещения, когда изменение вращающегося движения в прямолинейное при помощи механических передач или других вспомогательных устройств невозможно или недопустимо. На практике наибольшее распространение получили асинхронные линейные двигатели, однако в некоторых случаях используются синхронные и шаговые линейные двигатели и даже двигатели постоянного тока. Главными достоинствами электрических двигателей перед двигателями внутреннего сгорания считаются[12]: — меньшие размеры, меньшая масса и меньшая стоимость, — более высокий коэффициент полезного действия (в среднем 85−90%), — лучшая регулируемость (причем с сохранением высокого коэффициента полезного действия), — значительная безопасность при эксплуатации и долгий срок службы, — меньший шум и меньшая вибрация при работе, — быстрый и беспроблемный (а при необходимости — плавный) запуск,-намного более простая эксплуатация, — отсутствие потребления горюче-смазочных материалов и, как итог, отсутствиевыбросов продуктов сгорания в атмосферу, — простота комбинирования и соединения к любым рабочим механизмам и приспособлениям.

2.3. Применение электромагнитов в технике.

Большая часть использования электромагнитов базируется на их способности притягивать и удерживать тяжести, в состав которых входит железо и определенные его сплавы. Рассмотрим несколько примеров. Электромагнитный подъёмный крансо-держит очень мощный электромагнит и используется на железнодорожных станциях и на металлургических комбинатах для перемещения готовых изделий или железного «лома», предназначенного для переработки (рис.

9).Рис. 9. Подъемный кран.

Электромагнитные столы находят свое применение в станках на металлообрабатывающих комбинатах. Для сверления, фрезерования и штамповкиочень важно, что бы заготовка была надёжно зафиксирована. А на электромагнитном столе обрабатываемое изделие основательно удерживается притяжением сильных электромагнитов. Достаточно подключить ток, чтобы зафиксировать на столе нужноеметаллическое изделие в нужном положении илиотключить ток, чтобы переместить изделие на другое место. Магнитные сепараторы используются с целью отделения магнитных материалов от немагнитных. Например, это нужно в работе горно-обогатительных комбинатов для «обогащения руды» путём отделения полезной железной руды от не содержащей руды пустой породы (рис. 10). Рис. 10. Магнитный сепаратор

Магнитные сепараторы широко применяются в сельском хозяйстве для очищения семян растений от семян сорняков. Происходит это следующим способом. Семена сорняков, как правило, покрыты многочисленными ворсинками, в которых «запутываются» специально добавляемые мелкие железные опилки. По этой причине в мощном магнитном поле сорные семена будут отклоняться в сторону и собираться в отдельный бункер с последующим уничтоженим. В военной сфере электромагниты широко используются, например, в магнитных минах, детонирующих при прохождении вблизи кораблей или подводных лодок. Так, например, во время и после второй мировой войны большую роль играли специальные противоминные суда — электромагнитные тральщики. Они чистили морские акватории от магнитных мин, вынуждая их взрываться специально сформированным магнитным полем вокруг корабля, плывущего на безопасном расстоянии. Повсеместно находят свое применение электромагнитные реле, главным элементом которыхкак раз и является электромагнит.

Электромагнитные микрореле применяются в различных системах автоматики и управления. При протекании по обмотке электромагнита электрического тока, якорь реле притягивается к сердечнику и замыкает или размыкает контакты. В итоге происходит включение или выключение тех приборов, которыми управляет реле. В каких случаях это необходимо? К примеру, нужно создать «гальванический разрыв», то есть не допустить электрический ток из управляемой цепи в управляющую. Или, например, если необходимо током небольшой силы (и, соответственно, тонкими и поэтому дешевыми и доступными проводами) управлять током большой силы в толстых, громоздких и дорогостоящих проводах (с целью удешевить проводку и сделать её более безопасной во всей цепи). Способность переключения электрических цепей при помощи слабого сигнала важна для безопасной работы промышленных устройств большой мощности.

При этом электромагнитные реле еще осуществляют функцию усилителя сигнала. Электромагнитные замки широко используются в охранных системах. Они надёжно запирают стальные ворота на крупных предприятиях и двери в подъездах жилых домов. Для их открывания нужно набрать особый шифр. После чего цепь разомкнется, притяжение электромагнита исчезнет, и замок можно легко открыть. Электромагнитные дороги для скоростных транспортных средств создают над своей поверхностью так называемую «магнитную подушку». Взаимодействующие магнитные поля магнитов дороги и днища поезда удерживают его на высоте нескольких сантиметров от дороги и одновременно толкают вперёд, включаясь в момент приближения поезда и выключаясь сразу после его проезда. Поезда, построенные на базе технологии электромагнитного подвеса, называются маглевы. Электромагниты в ускорителях заряженных частиц (специальных научных устройствах, в которых изучают поведение заряженных частиц — электронов, протонов и т. д.) собственным магнитным полем поддерживают кольцевую траекторию движения заряженных частиц в ускорителе.

Пучки подобных частиц, летящих с большими скоростями (сравнимыми со скоростью света), служат основным средством изучения природы и свойств элементарных частиц. Крупнейший в мире электромагнит является частью Большого адронногоколлайдера, построенного Европейскимсоветом ядерных исследований в городе Берн, Швейцария. Размеры этогоэлектромагнита, превосходящиевысоту четырехэтажного здания, составляют 12×12×12 м, а общая его масса 7810 тон.

Заключение

.

Мы закончили рассмотрение важнейших электромагнитных явлений, происходящих вокруг нас: в природе, в быту и технике. Все физические тела состоят из вещества, и со всеми физическими телами происходят различные физические явления. Физические явления бывают: механическими, тепловыми, звуковыми, оптическими, электрическими и магнитными. К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел. Человек может идти, мяч сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг своих звезд, автомобили набирать скорость (ускоряться), лифт подниматься и опускаться. Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими вследствие этого изменениями их физического состояния. Так тела способны нагреваться и охлаждаться. К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах, поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями и другие явления, связанные со звуком. Оптические явления связаны со светом. Мы выяснили, что электрические и магнитные явления связаны друг с другом. Открытие и изучение электромагнитных явлений позволили нам уже сейчас пользоваться электрическим освещением, превращать электричество в движение тел, изобрести телевидение и компьютеры. Электричество и магнетизм шли «бок обок» с человеком на протяжении столетий.

Долгое время таинственные природные явления и взаимодействия тел давали пищу для размышлений только философам-материалистам и учёным. А сегодня их «электромагнитная сила» встала на службу людям. Её эффективное, безопасное использование — заслуга квалифицированных специалистов. Именно они помогают проводить «волшебный свет» в наши дома, заставляют работать машины и механизмы.

Список литературы

Льоцци М. История физики: Пер. с итал. М., Физматгиз, 1970.

Кабисов К. С. Электричество и магнетизм. — М.: Изд-во МГОУ, 2006.

Бодин А. П. Электричество в вашем доме: справочник. — М.: Энергосервис, 2004.

Манойлов В. Е. Электричество и человек. — М.: Мир: Хайдерабад.

Вишалаандхрапаблишинг Хаус, 1989.

Стребков Д. С. Резонансные методы передачи электрической энергии. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004.

Глухов Н. Д. Беседы о физике и технике. — М.: Высшая школа, 1998.

Чуянов В. А. Энциклопедический словарь юного физика. М.: Педагогика, 1984.

Элементарный учебник физики: Учеб.

пособие.&# 160;В 3 т. / Под ред. Г. С. Ландсберга.

— 12-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.

Перельман Я. И. Физика на каждом шагу. — М.: Астрель, 2010.

Тарасов Л. В. Физика в природе. — М.: Просвещение, 1988.

Гулиа Н. В. Удивительная физика. — М.: НЦ ЭНАС, 2006. Евсюков А. А. Электротехника. — М.: Просвещение, 1989.