Введение в электронику

Работа двигателя постоянного тока основана на принципе, согласно которому на проводник с током, помещенный в магнитное поле под прямым углом к нему, действует сила, стремящаяся переместить его в направлении, перпендикулярном и направлению тока, и направлению поля.

Рис. 9-18(A) показывает магнитное поле между Северным и Южным полюсами магнита. Рис. 9-18(Б) показывает магнитное поле, существующее вокруг проводника с током.

Знак плюс показывает, что ток течет к нам. Направление силовых линий может быть определено с помощью правила левой руки. Рис. 9-18(B) показывает проводник, помещенный в магнитное поле. Заметим, что оба поля стали искаженными. Выше проводника поле ослабло, и проводник стремится переместиться вверх. Величина силы, двигающей проводник вверх, зависит от величины магнитного поля между полюсами и от величины тока, текущего по проводнику. Если изменить направление тока, текущего через проводник (рис. 9-18(Г)), то и магнитное поле вокруг проводника поменяет направление. Магнитное поле ниже проводника станет слабее, и проводник будет стремиться двигаться вниз.

Рис. 9-18. Работа двигателя постоянного тока.

Метод определения направления движения проводника с током в магнитном поле дает правило правой руки: когда большой палец, указательный и средний пальцы правой руки расположены под прямыми углами друг к другу, причем средний палец указывает направление тока в проводнике, а указательный — направление магнитного поля от Северного полюса к Южному, тогда большой палец будет указывать направление перемещения проводника.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, зависит от величины магнитного поля, длины проводника и силы тока, текущего по проводнику.

Если рамку с током, способную вращаться вокруг горизонтальной оси, поместить между двумя полюсами магнита, то она начнет вращаться, поскольку полюсы будут отталкивать друг друга. На одной стороне рамки ток течет в одном направлении, а на другой — в противоположном. Одна сторона рамки перемещается вниз, а другая — вверх. Рамка вращается против часовой стрелки вокруг своей оси. Коллектор изменяет направление тока в рамке каждый раз, когда вращающий момент достигает максимума или нуля. Это объясняет работу двигателя постоянного тока. Рамка или якорь вращается в магнитном поле. Поле может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом. Коллектор изменяет направление тока, текущего через якорь. Отметим сходство между двигателем постоянного тока и генератором постоянного тока.

Устройство основных измерительных приборов использует принцип двигателя постоянного тока. Измерительный прибор состоит из постоянного магнита и вращающейся катушки. Когда по катушке протекает ток, ее магнитное поле взаимодействует с полем постоянного магнита и заставляет катушку вращаться. Чем больше ток, текущий через катушку, тем сильнее создаваемое ею магнитное папе. Чем сильнее магнитное поле, тем на больший угол отклонится катушка. Для определения величины тока, протекающего через катушку, к ней прикреплена стрелка.

Когда катушка вращается, с ней перемещается и стрелка. Стрелка перемещается вдоль проградуированной шкалы и показывает величину тока. Приборы этого типа используются в качестве аналоговых амперметров, вольтметров и омметров.

Проводник с током может отклоняться (перемещаться) магнитным полем. Но это отклоняется не сам проводник, а электроны, двигающиеся по нему. Поскольку электроны ограничены проводником, то перемещается также и проводник. Электроны могут перемещаться и в других средах. В телевизионной электронно-лучевой трубке электроны перемещаются в вакууме и ударяются в люминесцентный экран, заставляя его светиться. Пучок электронов создается электронной пушкой. При перемещении электронного пучка по поверхности экрана создается изображение. Для перемещения электронного пучка по экрану используются два магнитных поля. Одно магнитное поле перемещает пучок вверх и вниз, а второе — вправо и влево. Этот метод используется в телевидении, радиолокации, компьютерных дисплеях и в других случаях, когда необходимо получить изображение на экране.

9–4. Вопросы

РЕЗЮМЕ

• Слово магнит произошло от слова магнетит, названия минерала, являющегося природным магнитом.

• Магнит может быть изготовлен из смеси мягкого железа с другим магнитом.

• Катушка, по которой протекает ток, представляет собой электромагнит.

• Наиболее часто встречающиеся формы постоянных магнитов — подковообразная, в виде бруска и в виде кольца.

• Разноименные магнитные полюсы притягиваются, а одноименные отталкиваются.

• Теория, объясняющая природу магнетизма в парамагнитных материалах, основана на вращении (спине) электронов, движущихся на орбитах вокруг атома.

• Теория ферромагнетизма основана на упорядоченной ориентации доменов.

• Силовые линии — это невидимые линии, окружающие магнит.

• Силовые линии образуют замкнутые кривые наименьшего возможного размера.

• Проницаемость — это способность материала воспринимать магнитные силовые линии.

• Когда по проводнику течет ток, его окружает магнитное поле.

• Направление силовых линий, окружающих проводник с током, можно определить, обхватив проводник левой рукой и направив большой палец в направлении тока. Остальные пальцы укажут направление силовых линий.

• Если два проводника с токами, текущими в одном направлении, поместить рядом, то их магнитные поля складываются.

• Сила электромагнита прямо пропорциональна количеству витков в катушке и величине протекающего по ней тока.

• Полярность электромагнита можно определить, обхватив катушку левой рукой так, чтобы пальцы указывали направление тока. Тогда большой палец укажет направление на Северный полюс электромагнита.

• Остаточная намагниченность — это способность материала сохранять магнитное поле.

• Электромагнитная индукция имеет место, когда проводник перемещается в магнитном поле.

• Закон Фарадея: индуцируемое напряжение (э.д.с. индукции) прямо пропорционально скорости, с которой проводник пересекает магнитные силовые линии.

• Для определения полярности индуцированного напряжения может быть использовано правило левой руки для генераторов.

• Генераторы постоянного и переменного тока преобразуют механическую энергию в электрическую.

• Реле — это электромеханический переключатель.

• Принципы электромагнетизма применяются для разработки и производства дверных звонков, соленоидов, головок звукоснимателей, громкоговорителей и при магнитной записи.

• Двигатели постоянного тока и измерительные приборы используют те же самые принципы.

• Электронные пучки могут отклоняться электромагнитным полем для получения изображения в телевидении, радиолокации и т. д.

Глава 9. САМОПРОВЕРКА

Глава 10. Индуктивность

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии: