Studiul electromagnetului

1. Considerații teoretice

Electromagnetul este alcătuit din două armături magnetice, figura 1, în general una fixă și una mobilă. Pe armătura fixă se găsește o bobină alimentată în curent continuu sau în curent alternativ. Această bobină produce un câmp magnetic care se închide prin miezul magnetic.

Presupunând că armătura mobilă se găsește la o distanță oarecare δ față de armătura fixă, câmpul magnetic este obligat să traverseze spațiul de aer, numit întrefier. Putem considera permeabilitatea magnetică relativă a fierului, μFe mult mai mare în comparație cu permeabilitatea relativă a aerului (μFe > μaer ~ μ0). În acest caz, energia câmpului magnetic este practic localizată în întrefier (Hδ >> HFe ~ 0) și are expresia:

,

unde: μ0 este permeabilitatea magnetică a vidului ( ),

B este inducția magnetică,

S este suprafața totală a întrefierului. În figura 1, suprafața S = 4ab.

Fig. 1. Electromagnetul

Acest câmp evoluează către o stare stabilă în care energia sa este minimă, deci tinde să scadă întrefierul δ, efectuând un lucru mecanic L ~ -ΔWm, unde ΔWm este variația energiei câmpului magnetic. Astfel, asupra armăturii mobile se exercită o forță de atracție F, numită forță portantă a electromagnetului

Forța portantă depinde de întrefie prin intermediul inducției magnetice B. În lucrarea de laborator se determină grafic dependența F = f(δ).

Întrefierul se stabilește cu ajutorul unor plăcuțe izolatoare de grosimi cunoscute, introduse între armături.

2. Schema electrică de montaj pentru realizarea experimentului

Pentru studiul părților componente și a forței portante ale electromagnetului se realizează schema de montaj din figura 2. Se folosesc modulele MD1 (modulul de alimentare), MT4 ( autotransformator reglabil 8A, 220V/0-250V), MS2 (sursă de current continuu 250VA, 380/127V), MA4 (ampermetru cc), MV1 (voltmetru de c.c.).

Fig. 2. Schema electrică de montaj pentru electromagnet

Pentru realizarea determinărilor se procedează în felul următor: întreruptorul a0 și întreruptoarele automate a1, a2, a3 (MD1) sunt decuplate, cursorul autotransformatorului m0 (MT4) este pe poziția 0. Se alimentezaă standul prin cuplarea întreruptoarelor automate a1, a2, a3 și a întreruptorului a0, prezența tensiunii fiind semnalată prin aprinderea lâmpii de semnalizare h (MD1). Cu schema astfel pregătită se pot face determinările experimentale. La finalul lor se întrerupe alimentarea standului prin decuplarea înreruptorului a0 (MD1).

3. Determinări experimentale

Pentru trasarea experimentală a caracteristicii F = f(δ), se fixează întrefierul la diferite valori, prin introducerea de plăcuțe izolante de grosimi cunoscute între armături. Pentru fiecare valoare a întrefierului δ, se pun greutăți de mase cunoscute pe platanul de capătul liber al pârghiei (figura 3), până când armătura mobilă a electromagnetului se desprinde de cea fixă. Se procedează astfel încât ultima greutate pusă pe platan să fie cât mai mică, deci momentul să aibă o valoare cât mai apropiată de . Pentru o determinare cât mai precisă se poate varia și raportul .