Dụng cụ điện từ

Nam châm điện, thiết bị bao gồm lõi vật liệu từ tính được bao quanh bởi một cuộn dây, qua đó một dòng điện được truyền qua để từ hóa lõi. Một nam châm điện được sử dụng ở bất cứ nơi nào cần có nam châm điều khiển được, như trong các trường hợp trong đó từ thông sẽ được thay đổi, đảo ngược hoặc bật và tắt.

Thiết kế kỹ thuật của nam châm điện được hệ thống hóa bằng phương tiện khái niệm mạch từ. Trong mạch từ, một lực từ tính F, hay Fm, được định nghĩa là các vòng xoay của cuộn dây tạo ra từ trường để tạo ra từ thông trong mạch. Do đó, nếu một cuộn dây n quay trên một mét mang dòng điện i, thì trường bên trong cuộn dây là ampe trên mét và lực từ mà nó tạo ra là nil ampere-lượt, trong đó l là chiều dài của cuộn dây. Thuận tiện hơn, lực từ là Ni, trong đó N là tổng số vòng trong cuộn dây. Mật độ từ thông B là tương đương, trong mạch từ, mật độ dòng điện trong mạch điện. Trong mạch từ, từ trường tương đương với dòng điện là tổng từ thông được ký hiệu bằng chữ Hy Lạp phi, given, được cho bởi BA, trong đó A là diện tích mặt cắt ngang của mạch từ. Trong một mạch điện, suất điện động (E) có liên quan đến dòng điện, i, trong mạch bởi E = Ri, trong đó R là điện trở của mạch. Trong mạch từ F = rϕ, trong đó r là sự miễn cưỡng của mạch từ và tương đương với điện trở trong mạch điện. Độ miễn dịch thu được bằng cách chia chiều dài của đường sức từ l cho độ thấm nhân với diện tích mặt cắt ngang A; do đó r = l / A, chữ Hy Lạp mu,, tượng trưng cho tính thấm của môi trường tạo thành mạch từ. Các đơn vị miễn cưỡng là ampere-lượt trên mỗi weber. Những khái niệm này có thể được sử dụng để tính toán sự miễn cưỡng của mạch từ và do đó dòng điện cần thiết thông qua một cuộn dây để buộc từ thông mong muốn thông qua mạch này.

Tuy nhiên, một số giả định liên quan đến loại tính toán này, tuy nhiên, làm cho nó tốt nhất chỉ là một hướng dẫn gần đúng để thiết kế. Hiệu ứng của một môi trường thấm trên từ trường có thể được hình dung như là tập trung các đường sức từ vào chính nó. Ngược lại, các đường lực truyền từ vùng cao đến một độ thấm thấp có xu hướng lan rộng ra, và sự xuất hiện này sẽ diễn ra ở một khe hở không khí. Do đó, mật độ từ thông, tỷ lệ thuận với số lượng lực trên một đơn vị diện tích, sẽ bị giảm trong khe hở không khí bởi các đường phình ra, hoặc diềm, ở hai bên của khe hở. Hiệu ứng này sẽ tăng lên cho những khoảng trống dài hơn; điều chỉnh thô có thể được thực hiện để tính đến hiệu ứng viền.

Người ta cũng đã giả sử rằng từ trường hoàn toàn bị giới hạn trong cuộn dây. Trong thực tế, luôn có một lượng từ thông rò rỉ nhất định, được biểu thị bằng các lực từ tính xung quanh bên ngoài cuộn dây, không góp phần vào từ hóa của lõi. Thông lượng rò rỉ thường nhỏ nếu độ thấm của lõi từ tương đối cao.

Trong thực tế, tính thấm của vật liệu từ tính là một hàm của mật độ từ thông trong nó. Do đó, việc tính toán chỉ có thể được thực hiện đối với vật liệu thực nếu đường cong từ hóa thực tế, hoặc, hữu ích hơn, có sẵn biểu đồ μ so với B,.

Cuối cùng, thiết kế giả định rằng lõi từ tính không bị từ hóa đến bão hòa. Nếu đúng như vậy, mật độ từ thông không thể tăng lên trong khe hở không khí trong thiết kế này, bất kể dòng điện được truyền qua cuộn dây bao nhiêu. Những khái niệm này được mở rộng hơn nữa trong các phần sau trên các thiết bị cụ thể.