Elektromagnit

Elektromagnit magnit maydonning elektr toki tomonidan ishlab chiqarilgan magnit turidir. Elektromagnitlar odatda gʻaltak ichiga oʻralgan simdan iborat. Sim orqali oʻtadigan tok sim oʻrami orasida toʻplangan magnit maydon hosil qiladi, bu gʻaltakning markazini bildiradi. Tok oʻchirilganda magnit maydon ham yoʻqoladi. Sim oʻramlari koʻpincha temir kabi ferromagnit yoki ferromagnetik materiallardan yasalgan magnit oʻzak atrofida oʻraladi; magnit oʻzak magnit oqimini toʻplaydi va yanada kuchli magnit hosil qiladi.

Temir oʻzakka oʻralgan simdan iborat boʻlgan oddiy elektromagnit. Temir kabi ferromagnit materialdan oʻzak sifatida foydalanish magnit maydonni kuchaytirishga xizmat qiladi^[1]. Yaratilgan magnit maydonning kuchi oʻralgan simdan oquvhci tok miqdoriga proporsionaldir^[1].

Solenoid (sim gʻaltak) atrofida hosil boʻluvchi magnit maydon.

Elektromagnitning doimiy magnitdan asosiy afzalligi shundaki, magnit maydonni oʻramdagi elektr tokini nazorat qilish orqali tezda oʻzgartirish mumkin. Biroq, doimiy magnit tashqi quvvatga muhtoj emas, elektromagnit esa magnit maydonni ushlab turish uchun doimiy tokni talab qiladi.

Elektromagnitlar dvigatellar, generatorlar, elektromexanik solenoidlar, relelar, dinamiklar, qattiq disklar, MRI mashinalari, ilmiy asboblar va magnit ajratish uskunalari kabi boshqa elektr qurilmalarning komponentlari sifatida keng qoʻllanadi. Elektromagnitlar sanoatda temir va poʻlat parchalari kabi ogʻir temir buyumlarni olish va koʻchirish uchun ham qoʻllanadi.

Tarixi

  Daniyalik olim Xans Kristian Ørsted 1820-yilda elektr tok magnit maydon hosil qilishini aniqladi. Britaniyalik olim Uilyam Sturgeon 1824-yilda elektromagnitni ixtiro qildi. Uning birinchi elektromagniti taqasimon temir boʻlagi boʻlib, u taxminan 18 oʻram mis sim bilan oʻralgan edi (oʻsha paytda izolyatsiyalangan sim yoʻq edi). Temir taqa esaa izolyatsiya qilish uchun laklangan edi. Gʻaltakdan tok oʻtkazilganda, temir magnitlangan boʻlib, boshqa temir boʻlaklarini oʻziga tortdi; tok toʻxtatilganda, u magnitlanishni yoʻqotdi. Sturgeon oʻz tajribasida, uning ogʻirligi bor-yoʻgʻi yetti unsiya (taxminan 200 gramm) boʻlgan elektromagnit bilan toʻqqiz funt (taxminan 4 kilogramm) vaznni koʻtarishi mumkinligini koʻrsatdi. Biroq, Sturgeon magnitlari zaif edi, chunki u ishlatgan izolyatsiyalanmagan sim faqat yadro atrofidagi bir oraliq qatlamga oʻralgan boʻlib, oʻramlar sonini cheklab qoʻygan.

Elektromagnitlarning qoʻllanishi

Temir parchalarini koʻtaruvchi sanoat elektromagniti, 1914 yil

Portativ elektromagnitlar dastlab materialni faqat bir joyda ushlab turish uchun moʻljallangan; misol koʻtaruvchi magnitdir. Tortishuvchi elektromagnit kuch taʼsirida biror narsani harakatga keltiradi^[2].

Elektromagnitlar elektr va elektromexanik qurilmalarda juda keng qoʻllanadi, jumladan:

• Dvigatellar va generatorlar
• Transformatorlar
• Relelar
• Elektr qoʻngʻiroqlari va signallari
• Dinamiklar va naushniklar
• Valflar kabi aktuatorlar
• Magnit xotira va maʼlumotlarni saqlash uskunalari: magnitafonlar, videomagnitofonlar, qattiq disklar
• MRI apparatlari
• Mass- spektrometrlar kabi ilmiy uskunalar
• Zarracha tezlatgichlari
• Magnit qulflar
• Magnitni magnit boʻlmagan materiallardan ajratish uchun ishlatiladigan magnit ajratish uskunasi, masalan, qora metallni boshqa materiallardan parchalanishdan ajratish.
• Sanoat koʻtarish magnitlari
• magnit levitatsiya, maglev poezdida yoki poezdlarda ishlatiladi
• Ovqat pishirish, ishlab chiqarish va gipertermiya terapiyasi uchun induksion isitish 

Fizika

Sim orqali oqim (I) magnit maydonini (B) hosil qiladi. Maydon oʻng qoʻl qoidasiga muvofiq yoʻnaltirilgan.

Tok oʻtkazuvchi halqaning magnit maydon chiziqlari halqa markazidan oʻtib, maydonni u yerda toʻplaydi.

Gʻaltak orqali tok oʻtishi natijasida hosil boʻlgan magnit maydon

Simda oqayotgan elektr toki Amper qonuniga koʻra sim atrofida magnit maydon hosil qiladi (rasmga qarang). Magnit maydonni toʻplash uchun elektromagnitda sim oʻzak materialga oʻraladi^[3]. Simning barcha oʻramlarining magnit maydoni oʻzak markazidan oʻtib, u yerda kuchli magnit maydon hosil qiladi^[3]. Toʻgʻri trubka (spiral) shaklini hosil qiluvchi gʻaltak solenoid deb ataladi^[1][3].

Simdan tok oʻtganda uning hosil qilgan magnit maydon yoʻnalishini oʻng qoʻl qoidasi yordamida topish mumkin^[4][5]. Agar oʻng qoʻlning barmoqlari (anʼanaviy oqim, musbat zaryad oqimi) oʻzakka oʻralgan simdan oqayotgan tok yoʻnalishiga mos tushsa, bosh barmogʻimiz oʻzak ichidagi maydon yoʻnalishiga ishora qiladi. Maydon chiziqlari chiqadigan magnitning tomoni shimoliy qutb sifatida belgilanadi.

Amper qonuni

Quyidagi oʻzgaruvchilarning taʼriflari uchun maqolaning oxiridagi qutiga qarang.

Umumiy holatda elektromagnitlarning magnit maydoni Amper qonuni bilan berilgan: har qanday yopiq halqa atrofidagi magnitlanish maydonining H integrali halqadan oʻtadigan oqim yigʻindisiga teng ekanligini aytadi.

${\displaystyle \int \mathbf {J} \cdot d\mathbf {A} =\oint \mathbf {H} \cdot d\mathbf {l} }$

Tokning har bir kichik segmenti uchun magnit maydonni beradigan boshqa tenglama Bio-Savar qonunidir . Ferromagnit materiallarning magnit maydoni va kuchini hisoblash ikki sababga koʻra qiyin. Birinchidan, maydonning kuchi nuqtadan nuqtaga murakkab tarzda oʻzgarib turadi, ayniqsa oʻzakdan tashqarida va havo boʻshliqlarida. Ikkinchidan, B magnit maydoni va quvvati oqimning chiziqli boʻlmagan funksiyalari boʻlib, ishlatiladigan asosiy material uchun B va H oʻrtasidagi chiziqli boʻlmagan munosabatga bogʻliq. Aniq hisob-kitoblar uchun chekli elementlar usuli yordamida magnit maydon modelini ishlab chiqaradigan kompyuter dasturlari qoʻllanadi.

Magnit oʻzak

Magnit oʻzakning materiali (koʻpincha temir yoki poʻlatdan yasalgan) kichik magnitlar kabi ishlaydigan kichik magnit domenlar iborat (qarang: Ferromagnetizm). Elektromagnitdagi tok yoqilishidan oldin, temir yadrosidagi domenlar tasodifiy yoʻnalishlarga yoʻnalgan boʻladi, shuning uchun ularning kichik magnit maydonlari bir-birini nollashtiradi. Shuning uchun temirning xususiy magnit maydoni yoʻq. Temirga oʻralgan sim orqali tok oʻtkazilganda, uning magnit maydoni temirga kirib boradi va domenlarning magnit maydonga parallel ravishda joylashishiga olib keladi, shuning uchun ularning kichik magnit maydonlari sim maydoniga qoʻshilib, katta magnit maydon hosil qiladi. Oʻzakning vazifasi maydonni jamlashdan iborat boʻlib, magnit maydon havodan oʻtgandan koʻra oʻzakdan osonroq oʻtadi.

Odatdagi elektromagnitning magnit maydoni (yashil), temir yadrosi C bilan yopiq halqa hosil qiladi, unda ikkita havo boʻshligʻi G. B — Oʻzakdagi magnit maydonB_F — „sochilgan maydonlar“. G boʻshliqlarida magnit maydon chiziqlari „boʻrtib chiqadi“, shuning uchun maydon kuchi yadroga qaraganda kamroq boʻladi: B_F<B
B_L — toʻliq magnit zanjirga mos kelmaydigan magnit maydon chiziqlari
L — tenglamada ishlatiladigan magnit zanjirning oʻrtacha uzunligi. Bu temir oʻzak boʻlaklaridagi uzunlik L_oʻzak va havo boʻshliqlari G uzunligi L_{boʻshligʻining} yigʻindisidir.

Lorents kuchlari

Kuchli elektromagnitlarda magnit maydon Lorents kuchi (${\displaystyle q\mathbf {v} \times \mathbf {B} \,}$ sim ichidagi harakatlanuvchi zaryadlarga taʼsir qiladi) tufayli oʻramlarning har bir burilishiga kuch taʼsir qiladi. Lorents kuchi simning oʻqiga ham, magnit maydoniga ham perpendikulyar. Buni magnit maydon chiziqlari orasidagi bosim sifatida koʻrish mumkin, ularni bir-biridan itaradi. Elektromagnitning oʻrashiga ikkita taʼsir koʻrsatadi:

• Gʻaltakning oʻqi ichidagi maydon chiziqlari oʻramlarning har bir burilishiga radial kuch taʼsir qiladi va ularni barcha yoʻnalishlarda gʻaltakdan tashqariga intiladi. Bu simda mexanik kuchlanishga olib keladi.
• Gʻaltakning har bir burilishi orasidagi maydon chiziqlari qoʻshni burilishlar oʻrtasida jozibador kuchni taʼminlaydi va ularni bir-biriga tortishga intiladi. 

Atamalar taʼrifi

Atama	Ahamiyati	Birlik
${\displaystyle A\,}$	yadroning kesma maydoni	kvadrat metr
${\displaystyle B\,}$	Magnit maydon (magnit oqimi zichligi)	Tesla
${\displaystyle F\,}$	Magnit maydon tomonidan taʼsir qiluvchi kuch	Nyuton
${\displaystyle H\,}$	Magnit maydoni	amper/metr
${\displaystyle I\,}$	Oʻramdan oquvchi tok kuchi	amper
${\displaystyle L\,}$	Magnit maydon yoʻlining umumiy uzunligi ${\displaystyle L_{\mathrm {core} }+L_{\mathrm {gap} }\,}$	metr
${\displaystyle L_{\mathrm {core} }\,}$	Yadro materialidagi magnit maydon yoʻlining uzunligi	metr
${\displaystyle L_{\mathrm {gap} }\,}$	Havo boʻshliqlarida magnit maydon yoʻlining uzunligi	metr
${\displaystyle m_{1},m_{2}\,}$	Elektromagnitning qutb kuchi	amper metr
${\displaystyle \mu \,}$	Elektromagnit oʻzak materialining oʻtkazuvchanligi	nyuton/kvadrat amper
${\displaystyle \mu _{0}\,}$	vakuum (yoki havo) oʻtkazuvchanligi = 4p (10 -7)	nyuton/kvadrat amper
${\displaystyle \mu _{r}\,}$	Elektromagnit yadro materialining nisbiy oʻtkazuvchanligi	-
${\displaystyle N\,}$	Elektromagnitdagi simning burilish soni	-
${\displaystyle r\,}$	Ikki elektromagnitning qutblari orasidagi masofa	metr

Yana qarang

• Dipol magnit — magnitning eng asosiy shakli
• Elektromagnetizm
• Elektromagnit magnit — qattiq magnitlangan elektromagnit joylashuvi
• Portlash bilan pompalanadigan oqim siqish generatori
• Magnit rulman
• Impulsli maydon magniti
• Toʻrt kutupli magnit — asosan zaryadlangan zarrachalarning harakatiga taʼsir qilish uchun ishlatiladigan magnitlar va elektromagnitlarning kombinatsiyasi

Maʼlumotnomalar

1. Nave. „Electromagnet“. Hyperphysics. Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State Univ. (2012). 2014-yil 22-sentyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2014-yil 17-sentyabr.
2. Dawes, Chester L. „Electrical Engineering“, . Standard Handbook for Mechanical Engineers, 7th Baumeister: , McGraw-Hill, 1967.
3. Merzouki, Rochdi. Intelligent Mechatronic Systems: Modeling, Control and Diagnosis. Springer Science & Business Media, 2012 — 403–405-bet. ISBN 978-1447146285.
4. Millikin, Robert. Elements of Electricity. Chicago: American Technical Society, 1917 — 125-bet.
5. Fleming, John Ambrose. Short Lectures to Electrical Artisans, 4th Ed. London: E.& F. N. Spon, 1892 — 38–40-bet.

Havolalar

• Mini-dan Mighty-ga magnitlar: elektromagnitlar va boshqa magnitlar boʻyicha astar Milliy yuqori magnit maydon laboratoriyasi
• Magnit maydonlar va kuchlar Cuyahoga jamoat kolleji
• Oklaxoma universiteti Geologiya va geofizika fundamental aloqalar maktabi