Магнитное поле. Электромагнитная индукция

ФИЗИКА

Ллл

8. Ррр

9. Гальванометр (от фамилии учёного Луиджи Гальвани и др.-греч. μετρέω «измеряю») — высокочувствительный прибор для измерения малых постоянных и переменных электрических токов. В отличие от обычных микроамперметров шкала гальванометра может быть проградуирована не только в единицах силы тока, но и в единицах напряжения, других физических величин, или иметь условную, безразмерную градуировку, например, при использовании в качестве нуль-индикаторов. Чаще всего гальванометр используют в качестве аналогового измерительного прибора. Он используется для измерения постоянного тока, протекающего в цепи. Гальванометры конструкции д’Арсонваля/Уэстона используемые на сегодняшний день сделаны с небольшой поворачивающейся катушкой, находящейся в поле постоянного магнита. К катушке прикреплена стрелка. Маленькая пружина возвращает катушку со стрелкой в нулевое положение.

Когда постоянный ток проходит сквозь катушку, в ней возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем постоянного магнита, и катушка, вместе со стрелкой, поворачивается, указывая на протекающий через катушку электрический ток.

Основная чувствительность гальванометра может быть, например, 100 мкА (при падении напряжения, скажем, 50мв, при полном токе). Используя шунты, можно измерять большие токи.

Так как стрелка прибора находится на небольшом расстоянии от шкалы, может возникнуть параллакс. Чтобы его избежать, под стрелкой располагают зеркало. Совмещая стрелку со своим отражением в зеркале, можно избежать параллакса. На тангенс-гальванометр действуют механические силы при проведении эксперимента.

10. Магнитное поле катушки с током. В результате экспериментов удалось выяснить, что магнитное поле вокруг проводника с током можно усилить, если провод свернуть в форме спирали. Получается своего рода катушка. Магнитное поле такой катушки много больше магнитного поля одинокого проводника.

Причем силовые линии магнитного поля катушки с током располагаются схожим образом с силовыми линиями обычного прямоугольного магнита. Катушка имеет два полюса и дугами расходящиеся магнитные линии вдоль катушки. Такой магнит можно в любой момент включить и выключить, соответственно, включая и выключая ток в проводах катушки. В пушке Гаусса все параметры так тесно взаимосвязаны, что изменение одного приводит к пересчёту всех остальных. Однако главный элемент электромагнитного ускорителя - собсно, катушки. Это как двигатель в автомобиле.
Основная проблема гауссовок - низкий КПД - теснее всего связана именно с катушками: более 90% всей энергии рассеиваться именно на катушках ускорителя. Поэтому я уверен, им нужно уделять наибольшее внимание.

Многие говорят, что идеальной формы катушки не существует, и для каждого гаусса катушка должна рассчитываться отдельно. Однако я считаю, что рассчёт нужно начинать именно с катушек, ибо они вносят основной вклад в эффективность всей системы.

Что я понимаю под термином "идеальная катушка"? ИМХО, это такой соленоид, который способен совершить максимальную работу по втягиванию пули, затратив на это наименее возможное количество электроэнергии. Позволю себе перефразировать сие определение более практично: соленоид должен создавать максимальную тягу, рассеивая при этом минимальную мощность. Или ещё проще: минимум провода, максимум тесла в центре (это моё первое интуитивное предположение - чем сильнее поле катушки, тем сильнее она тянет железо). Т.е. вопрос стоит так: как нужно намотать кусок провода на ствол, чтобы полученная катушка тянула гвоздь как можно сильнее?
Для решения подобной задачи я написал несложную программу, способную рассчитывать создаваемые соленоидом вектора магнитной индукции в интересующих нас точках пространства и визуализировать полученные диаграммы, позволяя сравнивать магнитные поля соленоидов различных форм.

До сих пор буржуи мотают одно-двуслойные катушки. Наши мотают катушки потолще и покороче. Я же до недавнего времени считал, что эффективность катушки тупо тем выше, чем толще она и короче. Неправы оказались все, согласно результатам проведённой мной симуляции! На рисунке ниже изображено поперечное сечение бесконечно тонкостенного ствола с пятью катушками различной формы. Все пять намотаны примерно одинаковым количеством провода каждая (различие длин проводов разных катушек - 2.5% максимум). Интенсивность зелёного цвета на картинке пропорциональна длине вектора магнитной индукции (B) в каждой точке интересующего нас пространства (внутренняя часть ствола). На графике под картинкой показана сумма этих величин в соответствующих плоскостях поперечного сечения ствола, и пики на графике могут быть прямо восприняты, как суммарный магнитный поток через центральные сечения катушек. Поскольку толщина ствола везде одинакова, то чем больше поток через центральное сечение каждой из катушек, тем сильнее соответствующая катушка способна тянуть пулю "максимально эффективной формы" при "оптимальном подборе остальных параметров".

Дата добавления: 2015-07-02