Соленоид и электромагнит
Автор naturalscience.ru   
Рассмотрим магнитное поле проводника, свернутого в виде спирали. Если длина спирали больше ее диаметра, то такую спираль в физике называют соленоидом (греч. "солен" - трубка). На рисунке изображено расположение железных опилок в его магнитном поле. Аналогично случаю прямого проводника, силовые линии магнитного поля соленоида являются замкнутыми кривыми, опоясывающими проводник.


Поместив внутрь соленоида стальной стержень, мы получим простейший электромагнит. При прочих равных условиях магнитное поле электромагнита гораздо сильнее магнитного поля соленоида. Для подтверждения наших слов проделаем опыт. Подключив катушку с проволокой к источнику постоянного тока, опустим ее в сосуд с мелкими гвоздиками. Приблизительно сосчитаем количество примагнитившихся гвоздиков. Если же теперь в катушку вставить железный стержень (говорят: сердечник), то гвоздиков примагнитится заметно большее количество.

 

Объясним усиление магнитного поля. Сначала, когда ток только что включили, его энергия расходуется именно на намагничивание сердечника. Но, намагнитившись, он создает собственное магнитное поле, которое накладывается на поле соленоида и тем самым усиливает его.

Рассмотрим другие причины, влияющие на силу магнитного поля электромагнита. Вспомним, что для наблюдения силовых линий магнитного поля прямого проводника (§ 11-а) мы использовали ток силой 5-10 А. При меньших значениях тока опилки будут плохо намагничиваться, и их цепочки получатся не очень четкими. Следовательно, магнитное поле электромагнита усиливается при увеличении силы тока в его проводнике (говорят: обмотке электромагнита).

Во-вторых, при одной и той же силе тока поле электромагнита можно усилить, увеличив число витков проводника в его обмотке. Это объясняется тем, что магнитные поля, создаваемые каждым из витков, накладываются друг на друга и тем самым образуют новое, более сильное магнитное поле.

Соленоиды, а, особенно электромагниты, широко используются в технике. Рассмотрим одно из таких применений - электромагнитное реле. Оно предназначено для управления током большой мощности, используя ток малой мощности.

 

Взгляните на рисунок бассейна. Для накачивания воды используется насос 1, двигатель 2 которого питается от сети с напряжением 220 В. Бассейн - это место с повышенной влажностью и, следовательно, с повышенной опасностью поражения электрическим током. Поэтому, согласно правилам техники безопасности, в таких местах не должно находиться электрооборудование с напряжением более 36 В. Рассмотрим, как электромагнитное реле помогает решить эту проблему.

Выключатель 3, которым управляется насос, расположен рядом с бассейном 4. А сам насос и электродвигатель находятся за стеной 5 в отдельной комнате. Реле 6 расположено над электродвигателем. Выключатель 7 подает на обмотку реле напряжение 36 В. При замыкании этой цепи электромагнит 8 притягивает стальную пластину 9. Замыкая контакты 10, реле включает электродвигатель. Если же выключатель разомкнуть, то сердечник электромагнита размагнитится, и пружина 11 оттянет стальную пластину от контактов. Цепь разомкнется, и двигатель насоса выключится.