§ 39. Электромагниты и их применение
Каждый из вас, конечно, встречался с явлением магнетизма. Почему же магнит — кусок железной руды — притягивает гвозди, булавки и другие стальные предметы? Из физики вы знаете, что это происходит потому, что в пространстве вокруг магнита имеется особое силовое поле, называемое магнитным.
Магнитное поле существует не только вокруг природных магнитов. Его можно создать и при помощи электрического тока. Так, если по проводнику пропускать электрический ток, вокруг него тоже возникает магнитное поле. Если электрический ток выключить, то магнитное поле сразу же исчезнет.
Магнитное поле, возникающее в проводе при прохождении по нему тока, очень слабое. Чтобы значительно усилить его, провод наматывают на полый каркас в виде катушки из диэлектрика и получают электромагнит. Электромагниты различных размеров и форм применяют в электродвигателях, подъёмных кранах, в телеграфном и телефонном аппаратах, для изготовления реле, автоматических устройств, электрических звонков и др.
Электромагнит на практике представляет собой катушку изолированной медной проволоки, по которой протекает электрический ток, сообщая катушке свойства магнита. Для ещё большего усиления магнитных свойств в катушку вставляется стальной сердечник (рис. 74).
Рис. 74. Электромагнит: а — катушка с сердечником, б — схематическое изображение
На рисунке 75 показано условное обозначение электромагнита на электрических схемах и схема включения электромагнита в электрическую цепь.
Рис. 75. Условное обозначение (а) и схема включения (б) электромагнита в электрическую цепь
Для изготовления катушек, или обмоток, электромагнитов применяют специальное приспособление — намоточный станок (рис. 76). Каркас 1 закрепляют на валу 3 резиновыми кольцами 2, а катушку 5, с которой сматывают провод, — на металлическом вертикальном стержне 4. Конец провода пропускают в отверстие щеки 6 каркаса и закрепляют. Наматывают провод слоями, плотно укладывая витки и одновременно направляя их рукой.
Рис. 76. Намотка провода электромагнита: 1 — каркас обмотки, 2 — резиновые кольца, 3 — вал, 4 — стержень, 5 — катушка, 6 — отверстие для закрепления провода
После того как намотано нужное количество витков, провод отрезают, конец пропускают через отверстие в щеке каркаса и закрепляют. Поверхность обмотки изолируют несколькими слоями бумаги, на катушке указывают количество витков в обмотке и сечение провода, которым она выполнена.
В обмотках электромагнитов, которые используются для лабораторно-практических работ, выводы (концы) изготовляют из монтажного (гибкого) провода. Монтажный провод к обмоточному присоединяют пайкой, а место пайки изолируют и закрепляют.
Многочисленные опыты показали, что для усиления магнитного поля электромагнита нужно либо увеличить число витков при одном и том же сердечнике, либо усилить ток в катушке, либо увеличить размер сердечника.
Электромагнит, как и постоянный магнит, имеет два магнитных полюса. Но в отличие от постоянного магнита электромагнитом можно управлять. Электромагнит притягивает к себе материалы только тогда, когда ток проходит по его обмотке. Если же ток выключен, электромагнит теряет магнитные свойства.
В электромагнитах, применяемых в различных приборах, обмотка изготовляется из изолированной медной проволоки. В зависимости от назначения она имеет различное сечение и число витков. Обмотка наматывается на каркас, который может быть изготовлен из картона, текстолита, пластмассы и других изоляционных материалов. Он удерживает обмотку и изолирует её от сердечника.
Рис. 77. Электромагнит с дугообразным сердечником и притяжным якорем
Сердечники, или магнитопроводы, электромагнита могут быть разной конструкции. Широко применяются электромагниты с протяжным (рис. 77) и втяжным сердечником — якорем (рис. 78).
Рис. 78. Электромагнит с втяжным якорем
Если к полюсам электромагнита притягивается специальная железная пластинка (якорь), — это притяжная конструкция. Она используется в технике для выполнения какого-либо действия, например для замыкания или размыкания электрических контактов. После выключения электрического тока в катушке сердечник и якорь практически полностью размагничиваются, т. е. притяжение якоря к полюсам электромагнита прекращается.
Электромагниты с втяжным якорем, или тяговые электромагниты, используются в электротехнике в качестве привода. С помощью такого электромагнита можно привести в движение, например, стрелку электроизмерительного устройства. Втяжной якорь находится в состоянии устойчивого равновесия, если его концы одинаково удалены от середины катушки. Если же сердечник выведен из этого положения, то сила F, действующая на него со стороны магнитного поля катушки, стремится направить его обратно (см. рис. 78).
Рассмотрим применение электромагнитов на примере электромагнитного реле и электрического звонка.
Электромагнитное реле (рис. 79) — это прибор, с помощью которого управляют какими-либо другими электроприборами на расстоянии.
Рис. 79. Электромагнитное реле: а — устройство: 1,2 — контактные пластины, 3 — верхнее плечо якоря, 4 — обмотка, 5 — нижнее плечо якоря; б — условные обозначения
Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой катушки 4, верхнее плечо якоря 3 притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря 5 отклоняет контактную пластину 2, пока она не соприкоснется с контактной пластиной 1. Соприкоснувшиеся контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной 2 отходит от сердечника, и электрические контакты 1, 2 расходятся, размыкая цепь.
В электромагнитных реле могут быть установлены контакты: замыкающие, размыкающие и переключающие. Условные обозначения обмотки и контактов реле на принципиальных электрических схемах показаны на рисунке 79, б.
Электрический звонок (рис. 80) применяют для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.
Рис. 80. Электрический звонок: 1,2 — контакты, 3 — обмотка электромагнита, 4 — якорь с молоточком, 5 — чашечка звонка
Основной частью электрического звонка является электромагнит. При нажатии на кнопку (в устройствах защиты и контроля это контакты реле или выключателей) электрическая цепь замыкается. Ток, проходя по обмотке электромагнита 3, намагничивает сердечник, который притягивает к себе якорь с молоточком 4 и контактом 2, при этом молоточек ударяет по чашечке звонка 5, контакты 2 и 1 размыкаются, и электрическая цепь разрывается. В результате сердечник размагничивается и отпускает якорь, контакт 2 вследствие упругости снова соединяется с контактом 1, и всё повторяется сначала.
В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать как от батарейки, так и от электрической сети.
Новые слова и понятия
Магнит, магнитное поле, электромагнит, сердечник, реле, обмотка, намоточный станок, якорь.
Проверяем свои знания
Практическая работа № 32
Инструменты и материалы: катушка электромагнита, прямой и дугообразный сердечники, «пробник», выключатель, источник постоянного тока с напряжением 4 В.
Практическая работа № 33
Задание 1. Познакомиться с разными конструкциями электромагнитов по учебнику и представленным образцам. Выявить их особенности и области применения.
Инструкционная карта № 7.
Намотка катушки
1 При намотке катушки любым способом следите, чтобы не было резких изгибов и скручивания обмоточного провода, так как при этом нарушается его изоляция.
Электромагниты и их применение
Урок 38. Технология 8 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Электромагниты и их применение»
Я думаю, что любой из вас не единожды сталкивался с явлением магнетизма. На вопрос, почему кусок железной руды притягивает гвозди, булавки и так далее, ответ даётся в физике. Это происходит потому, что в пространстве вокруг магнита имеется особое силовое поле, которое называют магнитным.
Но это поле существует не только вокруг природных магнитов. Его можно создать и при помощи электрического тока. Например, если по проводнику пропускать электрический ток, то вокруг него тоже возникает магнитное поле. Если электрический ток выключить, то магнитное поле сразу же исчезнет.
Но при прохождении тока по проводу возникает очень слабое магнитное поле.
Чтобы его усилить, провод надо намотать на полый каркас в виде катушки из диэлектрика. Таким образом получают электромагнит.
Такие магниты широко используются в электродвигателях, подъёмных кранах, для изготовления реле, автоматических устройств, электрических звонков и так далее.
Как же выглядит электромагнит? Он представляет собой катушку медной изолированной проволоки. По ней, сообщая свойства магнита, протекает электрический ток. Чтобы ещё больше усилить магнитные свойства катушки, в неё вставляют стальной сердечник.
На электрических схемах электромагнит обозначают так:
Схема включения электромагнита в электрическую цепь выглядит так:
Для изготовления катушек или обмоток используют специальное приспособление, которое называется намоточный станок.
Он состоит из каркаса, который закрепляют на валу с помощью резиновых колец. Катушку с которой будет сматываться провод устанавливают на вертикальном стержне. Затем конец провода пропускают в отверстие щеки каркаса и закрепляют. Наматывать провод нужно слоями, плотно укладывая витки и одновременно направляя их рукой.
После того как будет намотано нужное количество витков, провод нужно отрезать. Его конец пропустить через отверстие в щеке каркаса и закрепить. Поверхность обмотки следует изолировать несколькими слоями бумаги. На катушке указывают количество витков в обмотке и сечение провода, которым она выполнена.
В электромагнитах, которые предназначены для использования в лабораторно-практических работах, выводы или концы обмотки делают из гибкого, так называемого монтажного провода. К обмоточному его присоединяют пайкой. Место пайки изолируют и закрепляют.
Существует три способа усиления магнитного поля электромагнита: увеличить число витков при одном и том же сердечнике, усилить ток в катушке, увеличить размер сердечника.
Как и у постоянного магнита, у электромагнита есть два магнитных полюса. Но, если полюсами обычного полюса управлять нельзя, то у электромагнита – можно. Если ток проходит по обмотке, то электромагнит будет притягивать. Если же ток выключен, то все магнитные свойства теряются.
Чаще всего обмотка электромагнита изготавливают из медной проволоки. В зависимости от назначения обмотка может иметь различное количество витков и сечение провода тоже может быть любым.
Каркас может быть из картона, текстолита, пластмассы и других изоляционных материалов. Роль каркаса – удерживать обмотку и изолировать её от сердечника.
Другое название сердечника – это магнитопровод. Они могут быть притяжными или втяжными.
Как определить, какой сердечник имеет тот или иной электромагнит? Если к полюсам электромагнита притягивается специальная пластина, то это притяжная конструкция. Пластина носит название «якорь». Как правило, электромагниты с притяжным сердечником используют в технике для выполнения какого-либо действия. Например, для замыкания и размыкания электрических контактов.
После выключения тока сердечник и якорь практически полностью размагничиваются, то есть притяжение якоря к полюсам электромагнита прекращается.
Электромагниты с втяжным якорем или тяговые электромагниты часто используют в качестве привода в электротехнике.
С помощью него приводят в движение, например, стрелку электроизмерительного устройства. Втяжной якорь находится в состоянии устойчивого равновесия, если его концы одинаково удалены от середины катушки. Если же сердечник выведен из равновесия, то сила, которая действует на него со стороны магнитного поля катушки, стремиться направить его обратно.
Теперь давайте узнаем о том, как применяются электромагниты на примере электромагнитного реле и электрического звонка.
Начнём с определения.
Электромагнитное реле – это прибор, с помощью которого можно управлять какими-либо электроприборами на расстоянии.
Давайте посмотрим на принцип работы этого реле.
Под действием магнитного поля, которое создаёт обмотка катушки, верхнее плечо якоря притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря отклоняет контактную пластину до тех пор, пока она не соприкоснётся с контактной пластиной. Соприкоснувшись, контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной отходит от сердечника, электрические контакты расходятся и цепь размыкается.
Существует несколько видов контактов, которые могут быть установлены в электромагнитных реле. Замыкающие, размыкающие и переключающие.
Следующий прибор, принцип действия которого мы рассмотрим – это электрический звонок.
Применяют его для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.
Электромагнит является основной частью электрического звонка. При нажатии на кнопку электрическая цепь замыкается. Ток проходит по обмотке электромагнита и намагничивает сердечник, который, в свою очередь, притягивает к себе якорь с молоточком и контактом. При этом молоточек ударяет по чашечке звонка, контакты размыкаются, и электрическая цепь разрывается.
В результате этого сердечник размагничивается и отпускает якорь. Контакты соединяются и все повторяется сначала.
В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать на батарейках или от электрической сети.
Подведём итоги урока.
Сегодня на уроке мы узнали, что электромагнит представляет собой катушку изолированной медной проволоки, по которой протекает электрический ток, который и сообщает катушке свойства магнита. Вспомнили, как обозначается электромагнит в электрической цепи. Узнали, что изготавливают или обматывают катушку на намоточном станке. Разобрали, что для того чтобы усилить магнитное поле электромагнита надо: либо увеличить число витков при одном и том же сердечнике, либо усилить ток в катушке, либо увеличить размер сердечника. Узнали, что в отличие от постоянного магнита, электромагнитом можно управлять. Если выключить ток, то он потеряет свои магнитные свойства. Поговорили о видах конструкции сердечника электромагнита: c притяжным или втяжным якорем. Рассмотрели принцип работы электромагнитного реле и электрического звонка.
§ 39. Электромагниты и их применение
Каждый из вас, конечно, встречался с явлением магнетизма. Почему же магнит — кусок железной руды — притягивает гвозди, булавки и другие стальные предметы? Из физики вы знаете, что это происходит потому, что в пространстве вокруг магнита имеется особое силовое поле, называемое магнитным.
Магнитное поле существует не только вокруг природных магнитов. Его можно создать и при помощи электрического тока. Так, если по проводнику пропускать электрический ток, вокруг него тоже возникает магнитное поле. Если электрический ток выключить, то магнитное поле сразу же исчезнет.
Магнитное поле, возникающее в проводе при прохождении по нему тока, очень слабое. Чтобы значительно усилить его, провод наматывают на полый каркас в виде катушки из диэлектрика и получают электромагнит. Электромагниты различных размеров и форм применяют в электродвигателях, подъёмных кранах, в телеграфном и телефонном аппаратах, для изготовления реле, автоматических устройств, электрических звонков и др.
Электромагнит на практике представляет собой катушку изолированной медной проволоки, по которой протекает электрический ток, сообщая катушке свойства магнита. Для ещё большего усиления магнитных свойств в катушку вставляется стальной сердечник (рис. 74).
Рис. 74. Электромагнит: а — катушка с сердечником, б — схематическое изображение
На рисунке 75 показано условное обозначение электромагнита на электрических схемах и схема включения электромагнита в электрическую цепь.
Рис. 75. Условное обозначение (а) и схема включения (б) электромагнита в электрическую цепь
Для изготовления катушек, или обмоток, электромагнитов применяют специальное приспособление — намоточный станок (рис. 76). Каркас 1 закрепляют на валу 3 резиновыми кольцами 2, а катушку 5, с которой сматывают провод, — на металлическом вертикальном стержне 4. Конец провода пропускают в отверстие щеки 6 каркаса и закрепляют. Наматывают провод слоями, плотно укладывая витки и одновременно направляя их рукой.
Рис. 76. Намотка провода электромагнита: 1 — каркас обмотки, 2 — резиновые кольца, 3 — вал, 4 — стержень, 5 — катушка, 6 — отверстие для закрепления провода
После того как намотано нужное количество витков, провод отрезают, конец пропускают через отверстие в щеке каркаса и закрепляют. Поверхность обмотки изолируют несколькими слоями бумаги, на катушке указывают количество витков в обмотке и сечение провода, которым она выполнена.
В обмотках электромагнитов, которые используются для лабораторно-практических работ, выводы (концы) изготовляют из монтажного (гибкого) провода. Монтажный провод к обмоточному присоединяют пайкой, а место пайки изолируют и закрепляют.
Многочисленные опыты показали, что для усиления магнитного поля электромагнита нужно либо увеличить число витков при одном и том же сердечнике, либо усилить ток в катушке, либо увеличить размер сердечника.
Электромагнит, как и постоянный магнит, имеет два магнитных полюса. Но в отличие от постоянного магнита электромагнитом можно управлять. Электромагнит притягивает к себе материалы только тогда, когда ток проходит по его обмотке. Если же ток выключен, электромагнит теряет магнитные свойства.
В электромагнитах, применяемых в различных приборах, обмотка изготовляется из изолированной медной проволоки. В зависимости от назначения она имеет различное сечение и число витков. Обмотка наматывается на каркас, который может быть изготовлен из картона, текстолита, пластмассы и других изоляционных материалов. Он удерживает обмотку и изолирует её от сердечника.
Рис. 77. Электромагнит с дугообразным сердечником и притяжным якорем
Сердечники, или магнитопроводы, электромагнита могут быть разной конструкции. Широко применяются электромагниты с протяжным (рис. 77) и втяжным сердечником — якорем (рис. 78).
Рис. 78. Электромагнит с втяжным якорем
Если к полюсам электромагнита притягивается специальная железная пластинка (якорь), — это притяжная конструкция. Она используется в технике для выполнения какого-либо действия, например для замыкания или размыкания электрических контактов. После выключения электрического тока в катушке сердечник и якорь практически полностью размагничиваются, т. е. притяжение якоря к полюсам электромагнита прекращается.
Электромагниты с втяжным якорем, или тяговые электромагниты, используются в электротехнике в качестве привода. С помощью такого электромагнита можно привести в движение, например, стрелку электроизмерительного устройства. Втяжной якорь находится в состоянии устойчивого равновесия, если его концы одинаково удалены от середины катушки. Если же сердечник выведен из этого положения, то сила F, действующая на него со стороны магнитного поля катушки, стремится направить его обратно (см. рис. 78).
Рассмотрим применение электромагнитов на примере электромагнитного реле и электрического звонка.
Электромагнитное реле (рис. 79) — это прибор, с помощью которого управляют какими-либо другими электроприборами на расстоянии.
Рис. 79. Электромагнитное реле: а — устройство: 1,2 — контактные пластины, 3 — верхнее плечо якоря, 4 — обмотка, 5 — нижнее плечо якоря; б — условные обозначения
Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой катушки 4, верхнее плечо якоря 3 притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря 5 отклоняет контактную пластину 2, пока она не соприкоснется с контактной пластиной 1. Соприкоснувшиеся контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной 2 отходит от сердечника, и электрические контакты 1, 2 расходятся, размыкая цепь.
В электромагнитных реле могут быть установлены контакты: замыкающие, размыкающие и переключающие. Условные обозначения обмотки и контактов реле на принципиальных электрических схемах показаны на рисунке 79, б.
Электрический звонок (рис. 80) применяют для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.
Рис. 80. Электрический звонок: 1,2 — контакты, 3 — обмотка электромагнита, 4 — якорь с молоточком, 5 — чашечка звонка
Основной частью электрического звонка является электромагнит. При нажатии на кнопку (в устройствах защиты и контроля это контакты реле или выключателей) электрическая цепь замыкается. Ток, проходя по обмотке электромагнита 3, намагничивает сердечник, который притягивает к себе якорь с молоточком 4 и контактом 2, при этом молоточек ударяет по чашечке звонка 5, контакты 2 и 1 размыкаются, и электрическая цепь разрывается. В результате сердечник размагничивается и отпускает якорь, контакт 2 вследствие упругости снова соединяется с контактом 1, и всё повторяется сначала.
В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать как от батарейки, так и от электрической сети.
Новые слова и понятия
Магнит, магнитное поле, электромагнит, сердечник, реле, обмотка, намоточный станок, якорь.
Проверяем свои знания
Практическая работа № 32
Инструменты и материалы: катушка электромагнита, прямой и дугообразный сердечники, «пробник», выключатель, источник постоянного тока с напряжением 4 В.
Практическая работа № 33
Задание 1. Познакомиться с разными конструкциями электромагнитов по учебнику и представленным образцам. Выявить их особенности и области применения.
Инструкционная карта № 7.
Намотка катушки
1 При намотке катушки любым способом следите, чтобы не было резких изгибов и скручивания обмоточного провода, так как при этом нарушается его изоляция.
