Меню

Электромагниты постоянного тока лабораторные



Лабораторная работа. сборка электромагнита. 8 класс

Лабораторная работа «Сборка электромагнита»

Цель: изучить принцип работы электромагнита, рассмотреть зависимость полярности электромагнита от способа подключения к питанию

Оборудование: железный сердечник (гвоздь), изолированная медная проволока, источник питания, соединительные провода, ключ, постоянный магнит

Теоретическая часть

Электромагнитом называется магнит, который работает на электричестве. В отличие от постоянного магнита, сила электромагнита может быть легко изменена путем изменения количества электрического тока, протекающего через него, а полюса электромагнита могут легко меняться путем изменения потока электричества. Электромагнит работает за счёт того, что электрический ток создает магнитное поле.

Смастерить электромагнит своими руками довольно просто. Все, что вам нужно будет сделать, это обернуть некоторое количество изолированной медной проволоки вокруг железного сердечника. Если вы подсоедините эту проводку к батарее, электрический ток потечет по обмотке и железное ядро в это время намагнитится. При отключении аккумулятора, железный сердечник потеряет свой магнетизм.

Чем больше витков провода будет у вашего электромагнита, тем лучше. Однако имейте в виду, что чем дальше провод от железного ядра, тем менее эффективным будет магнитное поле.

Чем больше ток, который проходит через провода, тем лучше. Внимание! Слишком большой ток может быть опаснен! Когда электричество проходит через проволоку, часть энергии теряется в виде тепла. Чем больше ток протекающий через провод, тем больше создаётся тепла. При сильном токе ваша проводка может стать очень горячей и на ней может даже расплавиться изоляция.

Удалите часть изоляции с проводов

Для создания хорошего соединения, концы медной проволоки нужно зачистить. Удалите нескольких сантиметров изоляции с каждого конца провода. Затем зачистите концы обычных проводов для подключения к батарее.

Намотайте медную проволоку вокруг гвоздя

Аккуратно сделайте ровную обмотку проволоки вокруг гвоздя. Чем больше вы изолированного провода обмотаете вокруг гвоздя, тем сильнее будет ваш электромагнит. Убедитесь, что часть неизолированного медного провода, предназначенного для подключения его к батарее, не соприкасается с сердечником.

Когда вы будете наматывать проволоку вокруг гвоздя, то обязательно делайте это в одном направлении. Всё дело в том, что направление магнитного поля зависит от направления его создающего электрического тока. Движение электрических зарядов создает магнитное поле. Если бы вы могли видеть магнитное поле вокруг провода, это бы выглядело как серия кругов вокруг провода. Если электрический ток течет по обмотке, скрученной против часовой стрелки, то и создаваемое магнитное поле вращается вокруг провода в том — же направлении. Если направление электрического тока обратное, магнитное поле также меняет направление и движется по часовой стрелке. Если обернуть одну проволоку вокруг гвоздя в одном направлении, а другой провод в другом направлении, магнитные поля с различными секциями будут бороться друг с другом и взаимно компенсируются, уменьшая силу вашего магнита.

Подключение аккумуляторной батареи

Два конца обычных проводов соедините с концами медных проводов, изолируйте соединения между проводами изоляционной лентой. Затем один конец обычного провода подсоедините к положительной клемме аккумулятора, а другой конец провода к отрицательной клемме аккумулятора. Если все прошло удачно, ваш электромагнит начнёт работать!

Не стоит беспокоиться о том, какой конец провода подключать к положительному выводу батареи, а какой к отрицательному. Ваш магнит будет работать одинаково хорошо в обоих случаях. Единственное что изменится, так это полярность вашего магнита. Один конец вашего магнита будет его северным полюсом, а другой конец будет его южным полюсом. Реверсивный способ подключения аккумулятора будет изменять полюса вашего электромагнита

hello_html_3b34d632.png

Схема сборки электромагнита

Определите полярность электромагнита при помощи постоянного магнита. Данные занесите в таблицу

Источник

Электромагниты постоянного тока лабораторные

  • Главная
  • Интернет-магазин
  • Сертификаты
  • Распродажа
  • Продукция
  • Прайс лист
  • Паспорта
  • Форум
  • Доставка
  • Реклама
  • Скачать
  • Скидки
  • Подбор
  • Статьи
  • Сметы
  • Товары
  • Контакты
  • Карта сайта

«Физика. 8 класс» А.В. Перышкин, Н.А. Родина за 8 класс. ФИПИ. ФГОС. Школа России. 21 век.

Презентация на тему: Лабораторная работа № 9. Сборка электромагнита и испытание его действия.

ГДЗ и решебник по предмету Физике. Лабораторные работы по Физике с ответами можно бесплатно скачать к себе на компьютер, телефон, планшетник или смартфон в любом формате. Потом в свое свободное время можно решать задачи онлайн или офлайн. А также проверить сразу решения и правильные ответы на задания лабораторной работы. Ответы, вывод, пояснения и решение на лабораторную работу смотрите ниже. Таблица и описание опыта можно прочитать или посмотреть по видео.

Читайте также:  Найти силу тока в лампе сопротивлением 0 5 ом при напряжении 220 в

Сборка электромагнита и испытание его действия.

Цель работы: собрать электромагнит из готовых деталей и на опыте проверить от чего зависит его магнитное действие.

Ни измерений, ни вычислений в этой работе делать не нужно. Основной смысл ее в том, чтобы испытать действие электромагнита своими руками, можно сказать пощупать.

Электрическая цепь собирается простейшая и проблем ее сборка у вас вызвать не должна.

Полюса электромагнита определяются с помощью компаса. К южному полюсу магнита притягивается северный конец стрелки, а к северному — южный. С помощью компаса можно посмотреть так же, как меняется действие электромагнита в стороне от оси катушки.

Главное в этой работе — сформулировать правильные выводы.

Формулировки будут примерно следующие:

1) Катушка с током (электромагнит) имеет магнитные полюсы.

2) Железный сердечник, введенный в катушку, значительно усиливает ее магнитное действие.

3) Действие магнитного поля катушки зависит от силы тока в ней.

При увеличении тока действие магнитного поля усиливается, при уменьшении тока — ослабевает.

Видео. Лабораторная работа № 9. Сборка электромагнита и испытание его действия.

Смотрите также другие лабораторные работы для 8 класса

Источник

Описание лабораторного стенда и измерительного комплекса

Рисунок2 . Внешний вид лабораторного стенда: 1 – межполюсный зазор; 2 — электромагнит;

3- датчик Холла; 4 – миллитесламетр; 5 – выпрямитель

Внешний вид лабораторного стенда изображен на рисунке 2. В него входят:

– электромагнит постоянного тока с наборными полюсами, ярмом, полюсными наконечниками и обмотки, состоящей из двух одинаковых последовательно соединенных катушек (1);– выпрямитель для получения постоянного тока в обмотке электромагнита;

Измерительная часть включает в себя:

– амперметр для измерения постоянного тока в обмотке электромагнита;

– миллитесламетр типа ЭМП ТТУ, предназначенный для измерения постоянных значений индукции магнитного поля;

– датчик Холла, представляющий собой тонкую полупроводниковую пластину малых размеров (рисунок 3), расположенную на конце длинной тонкой диэлектрической полоски и помещенную в точку измерения магнитной индукции.

Эффект Холла заключается в следующем (рисунок 3). По тонкой пластине полупроводникового материала протекает ток I. При наличии магнитного поля на движущиеся носители заряда (электроны) действует сила Лоренца. Эта сила искривляет траекторию движения электронов, что приводит к перераспределению объемных зарядов в полупроводниковой пластине. Вследствие этого на краях пластины, параллельных протеканию тока возникает ЭДС, Ex, называемая ЭДС Холла. Эта ЭДС пропорциональна векторному произведению магнитной индукции на плотность тока. В качестве материала для датчика Холла применяют полупроводники — кремний, арсенид галлия и др. Для прямоугольной полупроводниковой пластины с током , находящейся в однородном магнитном поле, ЭДС Холла равна

где – постоянная Холла, зависящая от размеров и свойств полупроводниковой пластины; – компонент вектора магнитной индукции, пронизывающий пластину в исследуемой точке.

Рисунок 3. Иллюстрация эффекта Холла: 1 – полупроводниковая тонкая пластина, расположенная перпендикулярно силовым линиям поля вектора магнитной индукции ; 2 – боковые металлизированные грани: х- источник постоянного напряжения; — токоограничивающее сопротивление

4. Контрольные вопросы

6.1. Укажите, какая составляющая вектора магнитной индукции на оси симметрии электромагнита равна нулю?

6.2. Укажите, какая составляющая вектора магнитной индукции на границе раздела сред воздух – магнитопровод, в области полюсов электромагнита равна нулю? Какая- непрерывна?

6.3. Укажите изменения, которые произойдут в магнитном поле электромагнита постоянного тока, если сдвинуть полюсные наконечники в сторону уменьшения межполюсного зазора?

6.4. Пояснить принцип действия датчика Холла.

Содержание отчета

7.1. Изложить цель работы.

7.2. Привести электрическую схему лабораторного стенда по исследованию магнитного поля электромагнита постоянного тока.

7.3. Записать уравнения, описывающие граничные условия в магнитном поле электромагнита постоянного тока: стальной магнитопровод, − воздушный зазор -−межполюсный зазор.

7.4. Предоставить картину распределения нормальной и тангенциальной компонент вектора магнитной индукции между полюсами электромагнита постоянного тока.

7.5. Представить оценку числа витков электромагнита постоянного тока лабораторного стенда

Источник

Как сделать электромагнит в домашних условиях

Электромагнит – искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения электрического тока по охватывающей его обмотке, т.е. при пропускании тока через катушку помещенный внутри нее сердечник приобретает свойства естественного магнита.

Читайте также:  Диапазон тока срабатывания автомата 1

Область применения электромагнитов очень обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях. Наиболее часто электромагниты и соленоиды используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза.

Так, например, грузоподъемный электромагнит является очень удобным, производительным и экономичным механизмом: для закрепления и освобождения транспортируемого груза не требуется обслуживающий персонал. Достаточно положить электромагнит на перемещаемый груз и включить электрический ток в катушку электромагнита и груз притянется к электромагниту, а для освобождения от груза необходимо лишь отключить ток.

Грузоподъемный электромагнит

Конструкция электромагнита легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками?

Как работает электромагнит (теория)

Если по проводнику протекает электрический ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле. Так как ток может течь только тогда, когда цепь замкнута, то проводник должен представлять собой замкнутый контур, как, например, круг, который является простейшим замкнутым контуром.

Раньше проводником, свернутым в круг, часто пользовались для наблюдения действия тока на магнитную стрелку, помещенную в его центре. В этом случае стрелка находится на равном расстоянии от всех частей проводника, благодаря чему легче можно наблюдать действие тока на магнит.

Чтобы усилить действие электрического тока на магнит, можно прежде всего увеличить ток. Однако, если обогнуть проводник, по которому протекает какой-то ток, два раза вокруг охватываемого им контура, то действие тока на магнит удвоится.

Таким образом можно во много раз увеличить это действие, огибая проводник соответствующее число раз вокруг данного контура. Получающееся при этом проводящее тело, состоящее из отдельных витков, число которых может быть произвольным, называется катушкой.

Принцип действия электромагнита

Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник возникает магнитное поле. Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.

Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:

где F – сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B – индукция, Тл; S – площадь сечения электромагнита, м2.

То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:

Сила тяги электромагнита

Здесь U0 – магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U – магнитная проницаемость среды, N/L – число витков на единицу длины соленоида, I – сила тока.

Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника – средой является воздух.

Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.

Относительная магнитная проницаемость материала

В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.

Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!

Всё что нужно запомнить для начала – это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит магнитная индукция, а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.

Практика

Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.

Читайте также:  Электрический ток в различных средах таблица 10 класс ответы

Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного – нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером – будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.

Самодельный электромагнит

Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.

Самый простой электромагнит

В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.

Медный провод в лаковой изоляции

10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:

1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.

2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество – магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.

3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле – R=p*L/S

4. Если ток будет слишком большим – катушка сгорит

5. При постоянном токе – ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.

6. При работе на переменном токе – электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты – для уменьшения потерь и токов Фуко.

7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.

8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.

9. Сердечники электромагнитов постоянного тока

10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.

3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике

Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит – использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник – болт или гвоздь.

Использование пластиковой катушки для ниток

Второй вариант – использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах – реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать – снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.

Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки магнитных пускателей и контакторов, они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.

Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, нихромовой спирали.

Источник