Соленоид

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Соленоид с однослойной намоткой.
Образование магнитного потока в соленоиде. В центре по длине на оси соленоида магнитное поле практически однородно.
Схема магнитных и вихревых электрических полей в соленоиде при протекании по обмотке переменного тока.

Солено́ид — разновидность катушки индуктивности. Название происходит от гр. solen — канал, труба и eidos — подобный. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.

Конструктивно длинные соленоиды выполняются как в виде однослойной намотки (см. рис.), так и многослойной.

Если длина намотки значительно превышает диаметр намотки, то в полости соленоида при подаче в него электрического тока порождается магнитное поле, близкое к однородному.

Также часто соленоидами называют электромеханические исполнительные механизмы, обычно со втягиваемым ферромагнитным сердечником. В таком применении соленоид почти всегда снабжается внешним ферромагнитным магнитопроводом, обычно называемым ярмом.

Бесконечно длинный соленоид - это соленоид, длина которого стремится к бесконечности.

Соленоид на постоянном токе[править | править вики-текст]

Если длина соленоида намного больше его диаметра и не используется магнитный материал, то при протекании тока по обмотке внутри катушки создаётся магнитное поле, направленное вдоль оси, которое однородно и для постоянного тока по величине равно[1]

(СИ),

(СГС),

где магнитная проницаемость вакуума, — число витков на единицу длины соленоида, — число витков, — длина соленоида, — ток в обмотке.

Вследствие того, что две половины бесконечного соленоида в точке их соединения вносят одинаковый вклад в магнитное поле, магнитная индукция полубесконечного соленоида у его края вдвое меньше, чем в объёме. То же самое можно сказать о поле на краях конечного, но достаточно длинного соленоида[1]:

(СИ).

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

где потокосцепление, — магнитный поток в соленоиде, — индуктивность соленоида.

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

Индуктивность соленоида[править | править вики-текст]

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

(СИ),
(СГС),

где магнитная проницаемость вакуума, — число витков на единицу длины соленоида, — число витков,  — объём соленоида,  — длина проводника, намотанного на соленоид, — площадь поперечного сечения соленоида,  — длина соленоида,  — диаметр витка.

Без использования магнитного материала магнитная индукция в пределах соленоида является фактически постоянной и равна

где — сила тока. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно магнитной индукции , умноженной на площадь поперечного сечения и число витков :

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

эквивалентная предыдущим двум формулам.

Соленоид на переменном токе[править | править вики-текст]

При переменном токе соленоид создаёт переменное магнитное поле. Если соленоид используется как электромагнит, то на переменном токе величина силы притяжения изменяется. В случае якоря из магнитомягкого материала направление силы притяжения не изменяется. В случае магнитного якоря направление силы меняется. На переменном токе соленоид имеет комплексное сопротивление, активная составляющая которого определяется активным сопротивлением обмотки, а реактивная составляющая определяется индуктивностью обмотки.

Применение[править | править вики-текст]

Соленоиды постоянного тока чаще всего применяются как поступательный силовой электропривод. В отличие от обычных электромагнитов обеспечивает большой ход. Силовая характеристика зависит от строения магнитной системы (сердечника и корпуса) и может быть близка к линейной.

Соленоиды приводят в движение ножницы для отрезания билетов и чеков в кассовых аппаратах, язычки замков, клапаны в двигателях, гидравлических системах и проч. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра.

Соленоиды на переменном токе применяются в качестве индуктора для индукционного нагрева в индукционных тигельных печах.

Примечание[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Савельев И.В. (1982), с. 148–152.

Источники[править | править вики-текст]

  • Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

См. также[править | править вики-текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «соленоид»