Electromagnetism

Electromagnetism

1. Campul magnetic produs de curentul electric

Un conducator parcurs de curent electric creeaza in jurul sau un camp magnetic, evidentiat prin:

pilitura de fier presarata pe o foaie de plastic prin care trece conductorul pe cercuri concentrice;

plimband un ac magnetic pe un cerc in jurul unui conductor vertical, acul se aseaza mereu pe directia tangentei la cerc.

Inversarea sensului curentului inverseaza si sensul campului magnetic.

regula burghiului: rotind spre dreapta directia curentului un burghiu (cu filet pe dreapta), sensul de rotire da directia campului magnetic.

Campul magnetic ia nastere si in jurul lichidelor (electroliti) sau gazelor (ionizate) parcurse de curent.

Se arata ca intensitatea campului este proportionala cu intensitatea l a curentului si invers proportionala cu distanta d:

H= 1/2∏d

2. Campul dintre doi conductori paraleli parcursi de curenti

Daca se trece curent in acelasi sens prin doi conductori flexibili si paraleli, ei se atrag. Liniile de camp imbraca ambii conductori si tind sa se scurteze, provocand forte de atractie.

Daca curentii sunt de sens contrar, firele se resping, deoarece liniile lor de camp se opun.

- Forta mecanica dintre conductori depinde de sensul curentilor, intensitatea lor i si i , lungimea lor l si distanta r dintre ele (forta lui Ampere): F = i i /2∏r

3. Campul magnetic al unei bobine

Daca bobina are mai multe spire, efctele lor se adauga. Liniile de camp circula parallel si omogen in interiorul bobinei, inchizandu-se apoi prin exterioru. Punctual de iesire se considera polul nord, iar cel de intrare polul sud.

Regula bobinelor: daca se pune mana dreapta pe o bobina, astfel ca degetele sa arate in sensul curentului, degetul mare arata directia campului in interiorul bobinei.

4. Marimi magnetice

Solenatia (tensiunea magnettomotoare). O bobina cu 600 spire parcursa de un curent de 2A atrage un corp din fier la fel ca o bobina cu 1200 spire parcurse da 1A.

Umm = N∙l = [A]

Practice se foloseste si notatia amperispire.

Intensitatea campului magnetic. Considerand doua bobine toroidale (cu circuit inchis) cu acelasi numar de spire si parcurse de acelasi curent dar avand diameter diferite, forta de stractie este mai mica la bobina cu diametru mai mare.

Intensitatea H a campului magnetic este raportul dintre solentie si lungimea medie lm a liniei de camp:

H = N∙l/ lm = A/m

In practica se folosesc si Asp/cm.

Fluxul magnetic. Reprezinta numarul total de linii de camp al unui magnet sau bobine.

Se noteaza cu (fi mare) si se masoara in Vs sau Weber [Wb].

Inductia magnetica, B, numita si densitate de flux magnetic, este:

B= /s = Vs/m*2= Tesla [T]

adica fluxul pe unitatea de suprafata S.

in practica, inductia are valori foarte variate: intensitatea campului, iar un magnet permanent puternic are 0,1 T.

in documentatiile mai vechi s-a folosit si unitatea de masura gauss-ul (1G = 1∙10*-4 T).

Inductia (densitatea de lux) a unei bobine daca in interiorul sau se afla sau nu un miez feromagnetic.

5. Bobine fara miez ferromagnetic (pe aer).

Se bobineaza spire din sarma de cupru emailat, pe un support nemagnetic (cilindric sau teroidal) din plastic, carton, ceramica.

Inductia magnetica B este legata de intensitatea campului magnetic H prin relatia: B = μ H

In care μ se numeste permeabilitates absoluta a vidului si are marimea

= B/H = 4∏10*-7 Vs/Am = 1,257∙ 10*-6 Vs/Am

6. Bobine cu miez ferromagnetic

Forta de atractie a unei bobine parcurse de curent creste considerabil daca se introduce un miez ferromagnetic. Explicatia este ridicarea progresiva a peretilor Bloch si reorientarea domenilor Weiss de catre campul magnetic se reprezinta prin curba sa de magnetizare B=f(H).

Inductia in material este proportionala cu intensitatea campului magnetic, factorul de proportionalitate numindu-se permeabilitatea absoluta a materialului.  B= H; = B/H= r

Permeabilitatea absoluta se considera ca produsul dintre permeabilitatea absoluta a vidului si permeabilitatea relativa r a materialului.

Permeabilitatea relativa r arata de cate ori creste inductia (densitatea de flux) a unei bobine cu miez fata de situatie fara miez. La aer, r

Pemeabilitatea relativa depinde de punctual pe curba de magnetizare si trebuie definite deci diferential.

Campul magnetic produs de un current electric

Un fir conductor drept, strabatut de un curent electric, creeaza in jurul lui un camp magnetic. Daca firul formeaza o bucla, campul magnetic o va strabate. Este ceea ce se intampla cu campul magnetic al unei bare magnetizate, o tija de fier, de exemplu . Pentru a crea un camp magnetic mai intens, putem infasura un fir conductor pe un cilindru. Acest camp poate fi intensificat daca introducem o bara magnetica de-a lungul axei acestui cilindru: acesta constituie principiul de functionare a unei bobine magnetice, sau solenoid, numita si "electromagnet".

Un electromagnet este un obiect simplu si foarte util, caci permite crearea unui camp electromagnetic oriunde este plasat. El constituie elemental de baza in orice aparat electromagnetic. La o sonerie electrica, de pilda, un electromagnet actioneaza un ciocan care loveste un clopotel.

Curentul electric produs de un magnet

Daca curentul electric creeaza un camp magnetic, la randul lu, campul magnetic poate produce un curent electric, numit "curent indus".

Acesta constituie principiul inductiei electromagnetice. Anumite generatoare de curent functioneaza pe acest principiu. Ele sunt alcatuite dintr-un magnet care are o miscare oscilatorie in raport cu o bobina: asfel se produce un curent care-si schimba sensul. Aceste generatoare de curent alternativ se numesc alternatoare.

Exista alternatoare de toate marimile, de la cele mici (dinam), folosite la alternarea farurilor unei biciclete, si pana la uriasele grupuri turbo-alimentatoare folosite in centralele elctrice.

Motorul electric, o aplicatie a electromagnetismului

Cand un fir electric drept, strabatut de un curent, este plasat intr-un camp magnetic, asupra lui actioneaza o forta numita "forta electromagnetica". Aceasta forta impinge firul intr-o anumita directie, care depinde de orientarea campului magnetic si de sensul curentului electric. Are loc atunci transformarea energiei electrice in energie mecanica.

Motorul electri, de pilda, foloseste forta electromagnetica. Intr-un astfel de motor, firul electric drept este inlocuit cu o bobina, srabatuta de un curent electric si asezata intr-un magnet. Forta electromagnetica produsa invarte o roata care furnizeaza la randul ei un lucru mecanic. Este ceea ce permite rotirea acelor unui ceas, varfului unei masini de gaurit, paletelor unui ventilator.

Alternatorul

Un alternatorul, sau generatorul de curent alternative, este un system ingenios de producere a energiei electrice cu ajutorul unui megnet. El este alcatuit dintr-o bobina conductoare, patrata, care se roteste in campul magnetic al unui magnet fix. Aceasta miscare induce (sau produce) in bobina un curent care isi schimba sensul (astfel spus un curent alternativ). Acest curent trece prin inelele colectoare care se rotesc impreuna cu bobina. Niste perii fixe, care sunt in contact cu aceste inele, aduna curentul si il canalizeaza pentru a putea fi utilizat.