ЭЛЕКТРОСАМ.РУ. Что такое соленоид
Что такое соленоид (электромагнит)? Устройство и применение соленоида
Доброго времени суток, мои дорогие читатели! В этой статье я расскажу вам, что такое соленоид и «с чем его едят». Начну я свое повествование с того, что коротко скажу, что говорит о соленоидах википедия.
Из ее сведений и из энциклопедии можно узнать, что сей прибор является разновидностью катушек индуктивности. Само же это слово произошло от слияния пары греческих слов: Солен (что значит «труба, канал») и Элиос (означающего «подобный»).
Как правило, этим понятием обозначают обмотку провода цилиндрического типа, длина которой во много раз больше диаметра. Соленоиды большой длины изготавливаются и с однослойной намоткой и с намоткой, имеющей много слоев.
В случае значительного превышения длиной намотки диаметра катушки, при прохождении по катушке тока, внутри нее возникает практически однородное электромагнитное поле. Кроме того, весьма нередко соленоидами зовут исполнительные механизмы электромеханического типа, имеющие втягиваемый сердечник из ферромагнитного материала.
Соленоиды этого вида всегда имеют внешний ферромагнитный магнитопровод, который именуется «ярмо».
То, какой силы будет магнитное поле устройства, находится в зависимости от того, сколько в катушке витков, величины силы тока и присутствия (либо отсутствия) у нее сердечника.
Увеличение количества витков намотки и силы тока в ней ведет к возрастанию силы поля магнитного характера. Введение внутрь устройства сердечника из железа еще больше увеличивает магнитную составляющую поля катушки.
Если во внутренней полости устройства имеется сердечник, то такой соленоид зовется электромагнитом. Это, в свою очередь, устройство, которое имеет в своем составе токопроводящую обмотку и сердечник из ферромагнитного материала, способный к намагничиванию во время прохождения тока по обмотке устройства и якоря, который притягивается к этому сердечнику.
Обмотку, как правило, изготавливают из медного, либо алюминиевого провода, покрытого слоем изоляции. Есть приборы, обмотка которых выполнена из материала-сверхпроводника (подробнее про сверхпроводимость). Сердечник же выполняется из таких материалов, как железо, чугун, либо железоникелевые (железокобальтовые) сплавы. Иногда, с целью снизить вредные токи вихревого характера, сердечники изготавливаются не литыми, а из пакета листов.
Основной областью применения этих устройств следует назвать электромашины и аппараты, являющиеся составной частью промавтоматики и защитной аппаратуры установок электротехники. В качестве электромагнитов соленоиды применяются в устройствах подъемного типа, в очистителях угля от частиц металла, в устройствах, сортирующих семена, формующих детали из железа и магнитофонах.
Кроме того, они используются и в приборах электроизмерительного типа. Хочется надеяться, что я достаточно понятно разъяснил, что такое соленоид, где он используется и из чего может состоять. И, думаю, что вы сами сможете найти много способов использования соленоида в самых разных его ипостасях.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.
podvi.ru
Соленоид - это... Что такое Соленоид?
Солено́ид — разновидность электромагнитов. Соленоид — это односложная катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра. Характеризуется значительным соотношением длины намотки к диаметру оправки, что позволяет создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле.
Соленоид почти всегда снабжается внешним магнитопроводом. Внутренний магнитопровод может быть подвижным или отсутствовать вовсе.
Соленоид на постоянном токе
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
(СИ),
(СГС),
где — магнитная проницаемость вакуума, — число витков N на единицу длины l (линейная плотность витков), — ток в обмотке.
При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна
При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой
Индуктивность соленоида
Индуктивность соленоида выражается следующим образом:
(СИ), (СГС),где — объём соленоида, — длина проводника, намотаннного на соленоид, — длина соленоида, — диаметр витка.
Без использования магнитного материала плотность магнитного потока в пределах катушки является фактически постоянной и равна
где − магнитная проницаемость вакуума, − число витков, — сила тока и — длина катушки. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно плотности потока , умноженному на площадь поперечного сечения и число витков :
Отсюда следует формула для индуктивности соленоида
эквивалентная предыдущим двум формулам.Соленоид на переменном токе
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
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.
См. также
dic.academic.ru
СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?
(от греч. solen - трубка и eidos - вид) - проволочнаяспираль с током, характеризуемая числом витков на единицу длины п, длиной l, диаметром d; толщина провода и шаг спирали (винтовой линии)малы по сравнению с d и l. Термин «С.» применяют и в болеешироком значении - так называют катушки с произвольным сечением (квадратныйС., прямоуг. С.), и не обязательно цилиндрические (тороидальный С.). Различаютдлинный С. (ld )и короткий (ld). В тех случаях, когда соотношение между d и l специальноне оговаривается, подразумевается длинный С. В теоретич. физике модельюС. служит система поверхностных токов j П, текущих поцилиндрич. поверхности перпендикулярно к образующей (j П= nI, где I -ток моделируемого С.).
С. изобретён в 1820 А. Ампером (A. Ampere) для усиления открытого X.Эрстедом (Н. Oersted) магн. действия тока и был применён Д. Араго (D. Arago)в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магн. свойства С. были экспериментальноизучены Ампером в 1822 (тогда же им был введён и термин «С.»), была установленаэквивалентность С. постоянным природным магнитам той же конфигурации, чтоявилось подтверждением электродинамич. теории Ампера, объяснявшей магнетизмвзаимодействием скрытых в телах кольцевых молекулярных токов.
Энергия магн. поля С. с точностью до величины порядка d/l сосредоточенавнутри С. Вдали от концов С. внутр. поле близко к однородному с напряжённостью Н= пI в СИ (в гауссовой системе единиц H = 4pnI/с).Внеш. поле С. близко к полю двух магн. зарядов ±qm, помещённыхна его концах [( - магн. постоянная)в СИ, вгауссовой системе единиц]. Силовые линии магн. поля С. приведены на рис.
С. используются в физике и технике для создания квазподнородных магн. Лит.: Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А., Расчет индуктивностей,3 изд., Л., 1986; Фейнман Р., Лейтон Р., С э н д с М., Фейнмановские лекциипо физике, пер. с англ., [в.] 5, 2 изд., М., 1977. Г. В. Пермитин.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
dic.academic.ru
Соленоиды часть 1. Виды и устройство. Работа и особенности
Цилиндрическая обмотка, которая имеет длину, значительно больше ее диаметра, называется соленоидом. В переводе с английского, это слово обозначает – подобный трубе, то есть, это катушка, похожая на трубу.
Устройство и принцип действия
Соленоидом также можно назвать катушку индуктивности, которая намотана проводом на каркас в виде цилиндра. Такие катушки могут быть намотаны как одним, так и несколькими слоями. Так как длина обмотки намного больше диаметра, то при подключении постоянного напряжения на эту обмотку, внутри катушки образуется магнитное поле.
Часто соленоидами называют электромеханические устройства, содержащие катушку, внутри которой имеется ферромагнитный сердечник. Такие устройства выполнены в виде втягивающих реле автомобильного стартера, различных электроклапанов. Втягивающим элементом такого своеобразного электромагнита является сердечник из ферромагнитного материала.
Если в устройстве соленоида нет сердечника, то при подключении постоянного тока вдоль обмотки образуется магнитное поле. Индукция этого поля равна:
Где, N – количество витков в обмотке, l – длина катушки, I – ток, протекающий по соленоиду, μ0 — вакуумная магнитная проницаемость.
На концах соленоида величина магнитной индукции в два раза ниже, по сравнению с внутренней частью, так как две части соленоида совместно образуют двойное магнитное поле. Это применимо к длинному или бесконечному соленоиду, в сравнении с диаметром каркаса обмотки.
По краям соленоида магнитная индукция равна:
Так как соленоиды являются катушками индуктивности, следовательно, соленоид может запасать энергию в магнитном поле. Эта энергия равна работе, совершаемой источником, для образования тока в обмотке.
Этот ток образует в соленоиде магнитное поле:
Если ток в катушке изменяется, то возникает ЭДС самоиндукции. В этом случае напряжение на соленоиде определяется:
Индуктивность соленоида определяется:
Где, V – объем катушки соленоида, z – длина проводника катушки, n – количество витков, l – длина катушки, μ0 — вакуумная магнитная проницаемость.
При подключении к проводникам соленоида переменного напряжения, магнитное поле будет создаваться тоже переменным. Соленоид имеет сопротивление переменному току в виде комплекса двух составляющих: активной и реактивной. Они зависят от индуктивности и электрического сопротивления проводника катушки.
Виды соленоидов
По назначению соленоиды разделяют на два класса:
- Стационарные. То есть, для магнитных полей стационарного вида, которые долго держатся при некоторых значениях.
- Импульсные. Для создания импульсных магнитных полей. Они могут существовать только в краткий период времени, не больше 1 с.
Стационарные способны создать поля не более 2,5х105 Э. Соленоиды импульсного типа могут создать поля 5х106 Э. Если при создании поля соленоиды не подвергаются деформации и не слишком греются, то магнитное поле прямо зависит от проходящего тока: Н = k*I, где k – постоянная величина соленоида, поддающаяся расчету.
Стационарные делятся:
- Резистивные.
- Сверхпроводящие.
Резистивные виды производят из материалов, обладающих электрическим сопротивлением. В связи с этим вся подходящая к ним энергия переходит в теплоту. Чтобы избежать теплового разрушения устройства, необходимо отвести лишнее тепло. Для этих целей применяют криогенное или водяное охлаждение. Для этого требуется вспомогательная энергия, сравнимая с требуемой энергией для питания соленоида.
Сверхпроводящие устройства производят из сплавов, обладающих свойствами сверхпроводимости. Их электрическое сопротивление равно нулю при различных температурах во время эксперимента. При функционировании сверхпроводящего соленоида теплота выделяется только в подходящих проводниках и источнике напряжения. Источник питания в этом случае можно исключить, так как соленоид функционирует в короткозамкнутом режиме. При этом поле может существовать без расхода энергии бесконечно долго при условии сохранения сверхпроводимости.
Устройства для создания мощных магнитных полей включают в себя три главные части:
- Соленоид.
- Источник тока.
- Система охлаждения.
При проектировании соленоида берут во внимание величины внутреннего канала и мощности источника питания.
Создание устройства с резистивным соленоидом для образования стационарных полей является глобальной научно-технической задачей. В мире, в том числе и в нашей стране, существует всего несколько лабораторий с подобными устройствами. Применяются соленоиды различных конструкций, эксплуатация которых осуществляется около тепловой границы.
Для обслуживания таких устройств необходим персонал, состоящий из работников высокой квалификации, работа которых дорого ценится. Большая часть финансов расходуется на оплату электрической энергии. Эксплуатация и обслуживание таких мощных соленоидов со временем окупается, так как ученые и исследователи различных областей науки, из разных стран могут получать важнейшие результаты для развития науки.
Наиболее сложные и важные задачи можно решить путем применения сверхпроводящих соленоидов. Этот способ более эффективный, экономичный и простой. Для примера можно назвать создание мощных стационарных полей сверхпроводящими соленоидами. Наиболее оригинальное свойство сверхпроводимости – это отсутствие электрического сопротивления у некоторых сплавов и металлов при температуре ниже критического значения.
Явление сверхпроводимости позволяет производить соленоид, не имеющий диссипации энергии при прохождении электрического тока. Однако, образованное поле имеет ограничение в том, что при достижении некоторого значения критического поля свойство сверхпроводимости разрушается, и электрическое сопротивление возобновляется.
Критическое поле повышается при снижении температуры от 0 до наибольшего значения. Еще в 50-х годах прошлого века открыты сплавы, у которых критическая температура находится в интервале от 10 до 20 К. При этом они имеют свойства очень мощных критических полей.
Технология создания таких сплавов и производство из них материалов для катушек соленоидов очень трудоемка и сложна. Поэтому такие устройства имеют высокую стоимость. Однако их эксплуатация недорогая и простая в обслуживании. Для этого необходим только источник питания низкого напряжения небольшой мощности и жидкий гелий. Мощность источника понадобится не выше 1 киловатта. Устройство таких соленоидов состоит из катушки, выполненной из меди и сверхпроводника многожильным проводом, лентой или шиной.
Существует возможность снижения энергетических затрат на создание еще более мощных полей. Эта возможность реализуется в нескольких ведущих странах, в том числе и в России. Такой способ основан на применении комбинации из водоохлаждаемого и сверхпроводящего соленоидов. Его еще называют гибридным соленоидом. В этом устройстве интегрируются наибольшие достижимые поля обоих типов соленоидов.
Водоохлаждаемый соленоид должен находиться внутри сверхпроводящего. Создание гибридного соленоида является объемной и сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется работа нескольких коллективов научных учреждений. Подобное гибридное устройство эксплуатируется в нашей стране в Академии наук. Там соленоид со сверхпроводящими свойствами имеет массу 1,5 тонны. Обмотка выполнена из специальных сплавов ниобия с цинком и титаном. Обмотка водоохлаждаемого соленоида выполнена медной шиной.
Похожие темы:
electrosam.ru
СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?
СОЛЕНОИД — Прибор, состоящий из тонкой спирали, опущенной в чашечку со ртутью при развитии магнетизма. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СОЛЕНОИД завитая спиралью проволока, которая обладает свойствами магнита,… … Словарь иностранных слов русского языка
СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к рого значительно… … Физическая энциклопедия
соленоид — а, ж. solénoide m., нем. Solenoid <гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ … Научно-технический энциклопедический словарь
СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, соленоида, муж. (от греч. solen трубка и eidos вид) (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг которой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
СОЛЕНОИД — согнутая спиралью проволока (катушка), по которой пропущен ток и вокруг которой создается магнитное поле. Последнее будет тем сильнее, чем больше ток в соленоиде и чем больше число витков в нем. С. ведет себя аналогично магниту. Самойлов К. И.… … Морской словарь
СОЛЕНОИД — спираль из проволоки, по к рой пропускают электр. ток и к рая может заменить собой электромагнит. Вокруг витков С. образуется магнитное поле, магнитные силовые линии к рого выходят из одного конца С. и входят в другой. С. обладает свойством… … Технический железнодорожный словарь
соленоид — сущ., кол во синонимов: 1 • катушка (19) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Соленоид — Образование магнитного потока в соленоиде … Википедия
соленоид — а; м. [от греч. sōlēn трубка и eidos вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, ая, ое. С. клапан. С ые двигатели. * * * соленоид (от… … Энциклопедический словарь
dic.academic.ru
СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?
СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид) цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. При пропускании через соленоид электрического тока внутри и вне соленоида возникает магнитное поле,… … Большой Энциклопедический словарь
СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к рого значительно… … Физическая энциклопедия
соленоид — а, ж. solénoide m., нем. Solenoid <гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ … Научно-технический энциклопедический словарь
СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, соленоида, муж. (от греч. solen трубка и eidos вид) (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг которой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
СОЛЕНОИД — согнутая спиралью проволока (катушка), по которой пропущен ток и вокруг которой создается магнитное поле. Последнее будет тем сильнее, чем больше ток в соленоиде и чем больше число витков в нем. С. ведет себя аналогично магниту. Самойлов К. И.… … Морской словарь
СОЛЕНОИД — спираль из проволоки, по к рой пропускают электр. ток и к рая может заменить собой электромагнит. Вокруг витков С. образуется магнитное поле, магнитные силовые линии к рого выходят из одного конца С. и входят в другой. С. обладает свойством… … Технический железнодорожный словарь
соленоид — сущ., кол во синонимов: 1 • катушка (19) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Соленоид — Образование магнитного потока в соленоиде … Википедия
соленоид — а; м. [от греч. sōlēn трубка и eidos вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, ая, ое. С. клапан. С ые двигатели. * * * соленоид (от… … Энциклопедический словарь
dic.academic.ru
СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?
СОЛЕНОИД — Прибор, состоящий из тонкой спирали, опущенной в чашечку со ртутью при развитии магнетизма. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СОЛЕНОИД завитая спиралью проволока, которая обладает свойствами магнита,… … Словарь иностранных слов русского языка
СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид) цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. При пропускании через соленоид электрического тока внутри и вне соленоида возникает магнитное поле,… … Большой Энциклопедический словарь
СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к рого значительно… … Физическая энциклопедия
соленоид — а, ж. solénoide m., нем. Solenoid <гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ … Научно-технический энциклопедический словарь
СОЛЕНОИД — согнутая спиралью проволока (катушка), по которой пропущен ток и вокруг которой создается магнитное поле. Последнее будет тем сильнее, чем больше ток в соленоиде и чем больше число витков в нем. С. ведет себя аналогично магниту. Самойлов К. И.… … Морской словарь
СОЛЕНОИД — спираль из проволоки, по к рой пропускают электр. ток и к рая может заменить собой электромагнит. Вокруг витков С. образуется магнитное поле, магнитные силовые линии к рого выходят из одного конца С. и входят в другой. С. обладает свойством… … Технический железнодорожный словарь
соленоид — сущ., кол во синонимов: 1 • катушка (19) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Соленоид — Образование магнитного потока в соленоиде … Википедия
соленоид — а; м. [от греч. sōlēn трубка и eidos вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, ая, ое. С. клапан. С ые двигатели. * * * соленоид (от… … Энциклопедический словарь
dic.academic.ru
