14-5 Cievky a elektromagnety

14-1 Magnety a magnetické pole; 14-2 Prúd a magnetizmus; 14-3 Sila pôsobiaca na pohybujúci sa náboj; 14-4 Magnetický tok; 14-5 Cievky a elektromagnety ; 14-6 Elektrický prúd v magnetickom poli ; 14-7 Galvanometer, voltmeter, ampérmeter ; 14-8 Pôsobenie medzi prúdmi ; 14-9 Indukovanie elektrického prúdu ; 14-10 Premenlivý magnetický tok ; 14-11 Transformátory a striedavý prúd;

Úlohy

14-4 Magnetický tok

14-5 Cievky a elektromagnety

Ak nejaký vodič navinieme akoby na plášť valca, vznikne tzv. solenoid, cievka (pozri obrázok 14.8a). Na solenoid s $N$ vinutiami môžeme hľadieť, ako na $N$ samostatných vinutí zapojených sériovo. Dá sa ukázať (pravda, len pomocou vyššej matematiky), že v strede solenoidu je intenzita magnetického

poľa

H = \frac{NI}{l},

a hustota magnetického toku, teda magnetická indukcia je

B = μH = \frac{μNI}{l} .

Hustota magnetického toku rastie rastom prúdu $I,$ alebo pomeru $N ∕ l$ – počtom vinutí pripadajúcich na jeden meter výšky cievky –, ako aj rastom hodnoty $μ .$

Zvýšenie veľkosti prúdu, alebo počtu vinutí pripadajúcich na jednotku výšky cievky sa dá uskutočniť jednoducho, ale ako sa dá zvýšiť $μ ?$ Permeabilita $μ$ hrá úlohu nie len vtedy keď musíme zladiť jednotky, ale súčasne charakterizuje aj ten materiál, v ktorom sme vytvorili magnetické pole. Predpokladajme, napríklad, že do vnútrajšku solenoidu na obrázku 14.8b vsunieme železnú tyč. Ak cievkou tečie prúd, magnetické pole, ktoré vytvorí, orientuje aspoň časť elementárnych magnetov v železe v smere magnetického poľa. Tieto malé magnety majú aj svoj vlastný malý magnetický tok. Výsledkom bude, že výsledný magnetický tok a tiež hustota magnetického toku $B$ budú väčšie, než v prípade, keď v cievke nie je železné jadro. Tzv. relatívna permeabilita – teda pomer $μ_{látka} ∕ μ_{vákuum}$ je vo väčšine železných zliatín väčšia ako niekoľko tisíc. V prípade niektorých špeciálnych magnetických látok dosahuje hodnoty až niekoľko stotisíc.

Materiály, ktoré výrazne zvyšujú hustotu magnetického toku nazývame feromagnety. Do tejto skupiny patrí železo a viac zvláštnych zliatín, ďalej prvky ako kobalt a nikel. Relatívna permeabilita väčšiny látok má hodnotu blízku 1. Niektoré (ako napríklad bizmut, ktorej relatívna permeabilita je 0,99983) magnetický tok oslabujú – nazývame ich diamagnety. Ďalšie zase (taký je hliník s relatívnou permeabilitou 1,00002), síce len mierne, ale zvyšujú magnetický tok – nazývame ich paramagnety.

Elektromagnety zhotovujú skoro vždy s feromagnetickým jadrom. Cievky s veľkým počtom vinutí musíme niekedy obklopiť vodným chladením, lebo vplyvom silného elektrického prúdu sa prehrievajú. Silný prúd je potrebný, pokiaľ chceme veľkú hustotu magnetického toku. Elektromagnet na obrázku 14.8b má jadro v tvare písmena C a solenoid pozostáva z dvoch častí.

14-6 Elektrický prúd v magnetickom poli