Текст книги "Введение в электронику"

Автор книги: Эрл Гейтс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 26 страниц)

Глава 9. Магнетизм

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Различать три типа магнитов.

• Описать основные формы магнитов.

• Описать различия между постоянными и переменными магнитами.

• Описать магнитные свойства Земли.

• Сформулировать законы магнетизма.

• Объяснить явления магнетизма на основе атомной теории и наличия у электронов спина.

• Объяснить магнетизм на основе теории доменов.

• Описать силовые линии и их значение.

• Дать определение проницаемости.

• Описать магнитное действие тока, текущего через проводник.

• Описать принцип работы электромагнита.

• Объяснить, как определить полярность электромагнита с помощью правила левой руки.

• Дать определение магнитной индукции.

• Дать определение остаточной намагниченности и остаточного магнетизма.

• Дать определение магнитного экрана.

• Описать, как используется магнетизм для получения электричества.

• Сформулировать основной закон электромагнетизма.

• Описать, как правило левой руки для генераторов может быть использовано для определения полярности индуцированного напряжения.

• Описать, как генераторы постоянного и переменного тока превращают механическую энергию в электрическую.

• Описать, как работает реле в качестве электромеханического переключателя.

• Обсудить сходство дверного звонка и реле.

• Обсудить сходство соленоида и реле.

• Объяснить, как работает магнитная лента в магнитофоне.

• Описать, как работает громкоговоритель.

• Объяснить, как запоминается и считывается информация при магнитной записи.

• Описать, как работает двигатель постоянного тока.

Электричество и магнетизм неразделимы. Понимать суть электричества означает понимать связь, которая существует между магнетизмом и электричеством.

Электрический ток всегда создает магнитное поле, а магнитное поле является главным способом получения электричества. Кроме того, электричество проявляет специфические свойства под влиянием магнетизма.

В этой главе рассмотрен магнетизм, электромагнетизм и связь между магнетизмом и электричеством.

9–1. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Слово магнит происходит от слова магнетит, названия минерала, обнаруженного в Магнезии в Малой Азии. Этот минерал – природный магнит. Другим типом магнитов являются искусственные магниты. Они изготовлены из смеси мягкого железа и магнетита. Третьим типом магнитов являются электромагниты. В них магнитное поле создается током, текущим по катушке с проводом.

Магниты имеют различные формы (рис. 9–1). Наиболее часто встречаются подковообразные, а также в виде бруска или кольца.

Рис. 9–1. Магниты имеют различные формы и размеры.

Магниты, сохраняющие свои свойства, называются постоянными магнитами. Магниты, сохраняющие только малую часть своих свойств, называются временными магнитами.

Магниты изготовляют из металлических или керамических материалов. Алнико (алюминий (Аl), никель (Ni) и кобальт (Со)) и Кунифе (медь (Си), никель и железо (Fe)) – это два магнитных сплава, используемых для изготовления магнитов.

Сама Земля является громадным магнитом (рис. 9–2).

Рис. 9–2. Северный и Южный магнитные полюса «Земли расположены близко к географическим Северному и Южному полюсам, но не совпадают с ними.

Северный и Южный магнитные полюсы Земли расположены близко к географическим Северному и Южному полюсам, однако не совпадают с ними. Если подвесить прямоугольный магнит, то он расположится вдоль направления север-юг, одним концом указывая на Северный полюс Земли, а другим на Южный. Принцип этот лежит в основе устройства компаса, поэтому два конца магнита называются Северным и Южным полюсами.

Магнит поворачивается в направлении север-юг благодаря закону, аналогичному для положительных и отрицательных зарядов: одноименные магнитные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Магнитные полюса обозначаются цветом: Северный полюс – красным, а Южный полюс – синим.

Природа магнетизма – свойств магнита – имеет в своей основе свойства атома. Электроны, двигаясь по орбитам вокруг ядра атома, вращаются также вокруг своей оси, подобно Земле, двигающейся по орбите вокруг Солнца. Это движение электростатических зарядов создает магнитное поле. Направление магнитного поля зависит от направления вращения электронов. Только железо, никель и кобальт являются природными магнитными элементами.

Каждый из этих материалов имеет по два валентных электрона, которые вращаются в одном и том же направлении.

Электроны в других материалах имеют тенденцию вращаться в противоположных направлениях, что лишает их магнитных свойств.

Ферромагнитными материалами называются материалы, реагирующие на действие магнитных полей. В ферромагнитных материалах атомы объединяются в домены – группы атомов с упорядоченными магнитными полями, вроде микромагнитов. В ненамагниченном материале магнитные домены расположены хаотично, и суммарный магнитный эффект равен нулю (образец не является магнитом) (рис. 9–3).

Рис. 9–3. Домены в ненамагниченном материале ориентированы хаотично и образец не создает магнитного поля.

Если материал намагнитить, то домены выстраиваются в одном направлении, и материал становится магнитом (рис. 9–4).

Рис. 9–4. Когда материал намагничен, все домены ориентируются в одном направлении.

Если намагниченный образец разделить на маленькие кусочки, каждый кусочек станет магнитом со своими собственными полюсами.

Доказательством «доменной теории» является то, что магнит при нагревании или механическом сотрясении теряет свой магнетизм (домены возвращаются в неупорядоченное состояние). Искусственный магнит, оставленный в покое, постепенно теряет свой магнетизм. Для предотвращения этого прямоугольные магниты должны укладываться стопкой противоположными полюсами друг к другу; подковообразные магниты должны быть замкнуты предохранительным бруском (рис. 9–5). Оба метода позволяют сохранить магнитное поле.

Рис. 9–5. Для предотвращения потери магнитных свойств плоские магниты укладываются в стопку один на другой (А); между полюсами подковообразного магнита размещается замыкающий брусок (Б).

Магнитное поле состоит из невидимых силовых линий, окружающих магнит. Эти линии можно «увидеть», поместив над магнитом лист бумаги, посыпанный железными опилками. Если бумагу слегка потрясти, то опилки сами упорядочатся в виде определенных линий, отражающих притягивающие их силы (рис. 9–6).

Рис. 9–6. Магнитные силовые линии можно увидеть с помощью железных опилок.

Силовые линии имеют несколько важных особенностей: они направлены от севера к югу и всегда образуют замкнутую кривую; никогда не пересекаются, так как одинаковые полюсы отталкиваются; стремятся образовать замкнутую линию наименьшего возможного размера, так как противоположные полюсы притягиваются и стремятся к объединению.

Характеристика, определяющая, является вещество ферромагнитным или нет, называется магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость – это способность материала воспринимать магнитные силовые линии. Материал с высокой проницаемостью оказывает меньшее сопротивление силовым линиям, чем воздух.

9–1. Вопросы

1. Каковы три типа магнитов?

2. Каковы основные формы магнитов?

3. Как обозначаются концы магнита?

4. Какие две теории магнетизма вы знаете?

5. Что такое силовые линии?

9-2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Когда ток течет по проводу, он создает вокруг провода магнитное поле (рис. 9–7).

Рис. 9–7. Ток, текущий через проводник, создает магнитное поле вокруг проводника.

Это можно доказать, размещая компас сначала вблизи провода, по которому ток не течет. Стрелка компаса устанавливается по направлению магнитного поля Земли. Если затем пропускать через проводник электрический ток, стрелка компаса отклоняется и устанавливается вдоль магнитного поля, создаваемого током.

Направление силовых линий можно определить по известному направлению тока. Если провод обхватить левой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, остальные пальцы укажут направление силовых линий (рис. 9–8). Если поменять полярность источника тока, то направление силовых линий также изменится на противоположное.

Рис. 9–8. Определение направления силовых линий вокруг проводника по правилу левой руки при известном направлении тока.

Если два провода с токами, текущими в противоположных направлениях, разместить рядом друг с другом, они создадут противоположно направленные магнитные поля, которые будут отталкивать друг друга (рис. 9–9).

Рис. 9–9. Когда токи текут в противоположных направлениях через два расположенных рядом проводника, создаваемые магнитные поля отталкивают их друг от друга.

Если по двум рядом расположенным проводам текут токи одинакового направления, то их поля объединяются (рис. 9-10).

Рис. 9-10. Когда токи текут в одном направлении через два расположенных рядом проводника, их магнитные поля складываются, а сами они притягиваются друг к другу.

Простой отрезок провода, создающий магнитное поле небольшой величины, не имеет практического значения.

Если провод свернуть в кольцо, то имеют место три явления: во-первых, силовые линии собираются вместе, во-вторых, силовые линии концентрируются в центре кольца, в-третьих, появляются Северный и Южный полюсы. В этом состоит принцип работы электромагнита.

Электромагнит состоит из большого количества витков провода, уложенных близко друг к другу. Это позволяет силовым линиям собраться вместе, при протекании тока по проводу. Чем больше витков провода, тем больше силовых линий собирается вместе, и чем больше ток, тем больше создается силовых линий. Следовательно, величина магнитного поля прямо пропорциональна количеству витков в катушке и величине протекающего по ней тока.

Третьим методом увеличения магнитного поля является помещение внутрь катушки ферромагнитного сердечника. Обычно используется железный сердечник, так как он имеет более высокую восприимчивость (может поддерживать больше силовых линий), чем воздух.

Для определения полярности электромагнита обхватите катушку левой рукой так, чтобы четыре пальца указывали направление тока. Тогда большой палец укажет направление на Северный полюс магнита (рис. 9-11).

Рис. 9-11. Определение полярности электромагнита по правилу левой руки.

9–2. Вопросы

1. Как можно обнаружить наличие магнитного поля при протекании тока через проводник?

2. Как можно определить направление силовых линий вокруг проводника?

3. Что случится, если разместить рядом два проводника с токами, текущими:

а. В одном направлении?

б. В противоположных направлениях?

4. Каковы три способа увеличения величины электромагнитного поля?

5. Как можно определить полярность электромагнита?

9-3. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Магнитная индукция – это влияние магнита на объект без механического контакта. Например, магнит может индуцировать магнитное поле в железном бруске (рис. 9-12).

Рис. 9-12. Размещение железного бруска в магнитном поле изменяет конфигурацию магнитных силовых линии и намагничивает железный брусок.

Проходя через железный брусок, магнитные силовые линии ориентируют домены железного бруска в одном направлении. Теперь железный брусок является магнитом.

Домены в железном бруске ориентируются своим Южным полюсом по направлению к Северному полюсу магнита, так как противоположные полюсы притягиваются. По той же причине железный брусок подтягивается по направлению к магниту. Теперь из конца бруска выходят силовые линии – железный брусок является продолжением магнита. Этот метод является эффективным способом увеличения длины или изменения формы магнита, не изменяя его физически.

Если магнит и железный брусок удалить друг от друга, домены в железном бруске вернутся к своему хаотичному распределению, хотя некоторые домены останутся в прежнем упорядоченном состоянии, сохраняя у бруска слабое магнитное поле. Это магнитное поле называется остаточной намагниченностью. Способность материала сохранять магнитное поле после удаления намагничивающей силы называется способностью сохранять остаточную намагниченность. Мягкое железо имеет низкую способность к остаточной намагниченности. С другой стороны, алнико, сплав из алюминия, никеля и кобальта, имеет высокую способность к остаточной намагниченности.

Силовые линии можно изогнуть, вставив материал с низким магнитным сопротивлением перед источником магнитного поля. Материалы с низким магнитным сопротивлением называются магнитными экранами. Примером служит материал, который называется мю-металл. Магнитный экран размещается вокруг предмета, который должен быть защищен. Электронное оборудование, особенно осциллографы, требуют экранирования от магнитных силовых линий.

Электромагнитная индукция является эффектом, лежащим в основе производства электричества: если замкнутый проводник перемещается в магнитном поле или находится в изменяющемся магнитном поле, то в нем возникает электрический ток. При перемещении проводника в магнитном поле электроны перемещаются к одному концу проводника, создавая на другом конце проводника дефицит электронов. В результате на концах проводника возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов существует только тогда, когда проводник перемещается относительно магнитного поля. Когда проводник удаляют из магнитного поля, свободные электроны возвращаются к атомам.

Электромагнитная индукция имеет место в двух случаях: когда проводник перемещается относительно магнитного поля, или когда магнитное поле перемещается относительно проводника. Напряжение, возникающее в проводнике, называется индуцированным напряжением, или э.д. с индукции. Величина этой э.д.с. определяется величиной магнитного поля, скоростью, с которой проводник перемещается относительно магнитного поля, углом, под которым находится проводник относительно магнитного поля, и длиной проводника.

Чем сильнее магнитное поле, тем больше величина э.д.с. индукции. Чем быстрее проводник перемещается относительно поля, тем больше э.д.с. индукции. Относительное движение проводника и магнитного поля может возникать вследствие перемещения проводника (но не вдоль самого себя), магнитного поля или и того, и другого. Максимальное напряжение индуцируется, когда проводник перемещается под прямым углом по отношению к силовым линиям магнитного поля. При углах меньших 90 градусов индуцируется меньшее напряжение. Если проводник перемещается параллельно силовым линиям, э.д.с. индукции не возникает. Чем длиннее проводник, тем больше индуцированное напряжение.

Закон Фарадея, основной закон электромагнетизма, формулируется следующим образом: э.д.с. индукции в проводнике прямо пропорциональна скорости, с которой проводник пересекает магнитные силовые линии, т. е. скорости изменения магнитного потока.

Полярность индуцированного напряжения может быть определена с помощью правила левой руки для генераторов: большой палец, указательный и средний пальцы необходимо установить под прямым углом друг к другу (рис. 9-13). Большой палец указывает направление перемещения проводника, указательный – направление силовых линий, а средний палец укажет на отрицательный конец проводника, то есть направление тока.

Рис. 9-13. Правило левой руки для генераторов может быть использовано для определения направления индуцированного тока в генераторе

9–3. Вопросы

1. Как может быть увеличена длина магнита без физического воздействия на магнит?

2. Что такое остаточный магнетизм?

3. Как работает магнитный экран?

4. Как электромагнитная индукция используется для получения электричества?

9-4. ПРИМЕНЕНИЯ МАГНЕТИЗМА И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА

Генератор переменного тока преобразует механическую энергию в электрическую, используя принцип электромагнитной индукции. Механическая энергия необходима для осуществления движения проводника относительно магнитного поля.

На рис. 9-14 изображена рамка (проводник), вращающаяся в магнитном поле. Рамка имеет светлую и темную стороны для удобства объяснения. В момент, показанный на (А), темная половина рамки движется параллельно силовым линиям, как и светлая половина. Напряжение не индуцируется. При повороте рамки в положение (Б) она пересекает силовые линии, и напряжение индуцируется.

В этом положении индуцированное напряжение максимально, так как плоскость рамки образует прямой угол с магнитным полем. При перемещении рамки в положение В количество пересекаемых силовых линий уменьшается, и индуцированное напряжение убывает от максимального значения до нуля. В этот момент рамка повернулась на 180 градусов или совершила пол-оборота.

Рис. 9-14. Индуцированное напряжение в генераторе переменного тока

Направление тока можно определить, применяя правило левой руки для генераторов. Направление тока в положении Б показано стрелкой. Когда рамка поворачивается в положение Г, направления перемещения меняются. Теперь темная половина рамки движется вверх через магнитные силовые линии, а светлая половина рамки движется вниз. Применение правила левой руки для генераторов показывает, что индуцированное напряжение изменяет полярность. Напряжение достигает максимума в положении Г и уменьшается до нуля, когда рамка возвращается в исходное положение. Индуцированное напряжение завершило один цикл с двумя сменами полярности.

Вращающаяся рамка называется якорем, причем якорь может иметь любое количество рамок. Термин «якорь» относится к детали, которая вращается в магнитном поле, независимо от того, из одной или из нескольких рамок она состоит. Частота переменного тока или напряжения – это число полных оборотов якоря в секунду, а скорость вращения определяет частоту. Такое устройство называют генератором переменного тока.

Генератор постоянного тока также преобразует механическую энергию в электрическую. Он работает подобно генератору переменного тока, за исключением того, что преобразует переменное напряжение в постоянное, и делает это с помощью устройства, называемого коллектором, как показано на рис. 9-15.

Рис. 9-15. Индуцированное напряжение в генераторе постоянного тока.

Выходное напряжение снимается с коллектора – расщепленного кольца. Когда рамка вращается из положения А в положение Б, индуцируется напряжение. Индуцированное напряжение максимально, когда направление движения рамки образует прямой угол с магнитным полем. Когда рамка перемещается в положение В, индуцированное напряжение уменьшается от максимального значения до нуля. Когда рамка продолжает перемещаться в положение Г, напряжение также индуцируется, но коллектор меняет его полярность, и оно остается таким же, как раньше. После этого рамка возвращается в исходное положение Д. Напряжение, генерируемое коллектором, является пульсирующим, но оно всегда направлено только в одном направлении, дважды изменяясь от нуля до максимума в течение каждого оборота.

Реле – это электромагнитный переключатель, который включается и выключается с помощью электромагнитной катушки (рис. 9-16).

Рис. 9-16. Примеры различных типов реле

Когда через катушку течет ток, он создает магнитное поле, притягивающее сердечник электромагнита. Когда сердечник притянут, он замыкает переключающие контакты. Когда ток не поступает в катушку, пружина отпускает сердечник, и он размыкает контакты.

Реле используется в тех случаях, когда необходимо с помощью одной цепи управлять другой цепью, причем эти цепи электрически изолированы. При этом малое напряжение или ток может управлять большим напряжением или током. Реле также может использоваться для управления несколькими цепями, находящимися на некотором расстоянии.

Дверной звонок является примером использования реле. Молоточек, ударяющий по чашке звонка, прикреплен к сердечнику. Когда нажимается кнопка, ток поступает в катушку, которая притягивает сердечник, и молоточек ударяет по чашке. Когда сердечник притягивается, он разрывает цепь, и ток перестает поступать в катушку.

Сердечник возвращается обратно пружиной и замыкает контакты, давая возможность току опять течь через катушку, и это все периодически повторяется пока нажата кнопка.

Соленоид (рис. 9-17) подобен реле.

Рис. 9-17. Пример соленоида.

_{А. Магнитное поле окружает отдельный проводник, когда по нему течет электрический ток.}

_{Б. Магнитные поля отдельных витков складываются и увеличенное магнитное поле окружает катушку, когда по ней течет электрический ток.}

_{В. Добавление металлического сердечника еще больше увеличивает магнитную силу.}

_{Г. Замыкающий сердечник обеспечивает путь через металл магнитного поля максимальной величины,}

_{Д. Положение нагруженного сердечника перед включением тока. Ток, текущий по катушке, создает магнитное поле, втягивающее сердечник внутрь катушки.}

Катушка, когда по ней течет ток, притягивает сердечник, производящий какую-либо механическую работу. Он используется в некоторых дверных звонках (колокольчиках), где сердечник электромагнита притягивает металлическую пластину, а также используется в автомобильных стартерах. Электромагнит притягивает стартерный механизм и приводит в действие маховик, запускающий двигатель.

Головки звукоснимателей также используют электромагнитный принцип. Магнитное поле создается постоянным магнитом, к которому прикреплена игла. Постоянный магнит помещен внутри небольшой катушки. Когда игла перемещается вдоль углублений в грампластинке, она перемещает магнит вверх и вниз и из стороны в сторону, в соответствии с записанным звуковым сигналом. Движение магнита в катушке индуцирует небольшое напряжение, которое изменяется в соответствии со звуковым сигналом. После этого индуцированное напряжение усиливается и подается на громкоговоритель, воспроизводящий звуковой сигнал.

Громкоговорители используются для всех типов усилителей звуковой частоты. Большинство современных громкоговорителей содержат катушку, перемещающуюся около постоянного магнита. Магнит создает постоянное магнитное поле. Когда через катушку проходит ток, он создает магнитное поле, изменяющееся в соответствии со звуковым сигналом. Изменяющееся магнитное поле катушки притягивается и отталкивается магнитным полем постоянного магнита. Катушка прикреплена к конусу, который двигается вперед и назад в соответствии со звуковым сигналом. Конус, двигаясь вперед и назад, перемещает воздух и воспроизводит звуковую волну.

Для магнитной записи используются магнитофоны катушечного типа, кассетные магнитофоны, 8-дорожечные магнитофоны, видеомагнитофоны, дисководы флоппи-дисков и дисководы жестких дисков. Все эти носители используют один и тот же электромагнитный принцип хранения информации. Сигнал записывается на ленту или диск с помощью записывающей головки и потом считывается с помощью головки воспроизведения. В некоторых изделиях головки записи и воспроизведения объединены в одном корпусе, или могут быть одной и той же головкой. Головка записи или воспроизведения является катушкой с ферромагнитнным сердечником. В крошечной щели между концами сердечника сосредоточено магнитное поле. Когда магнитный носитель, то есть материал, покрытый окисью железа, перемещается мимо записывающей головки, магнитное поле проникает в пленку и намагничивает ее. Информация записывается на ней в виде магнитного узора, соответствующего оригинальной информации. При воспроизведении или чтении информации носитель перемещается мимо щели головки воспроизведения. Изменяющееся магнитное поле индуцирует небольшое напряжение в витках катушки. Сигнал усиливается, и воспроизводится записанная информация.

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

1. Чем отличается генератор переменного тока от генератора постоянного тока?

2. Почему важны реле?

3. Как громкоговоритель воспроизводит звук?

4. Какой принцип лежит в основе работы двигателя постоянного тока и измерительного прибора?

5. Каким образом электромагнитное поле создает изображение на экране?

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

1. Как можно подтвердить доменную теорию магнетизма?

2. Какими методами можно увеличить силу электромагнита?

3. Объясните один цикл работы генератора постоянного тока.