Innehåll
En magnetventil är en trådspole som är väsentligen längre än dess diameter som genererar ett magnetfält när en ström passerar genom den. I praktiken lindas denna spole runt en metallisk kärna och magnetfältets styrka beror på spolens densitet, strömmen som passerar genom spolen och de magnetiska egenskaperna hos kärnan.
Detta gör en magnetventil till en typ av elektromagnet, vars syfte är att generera ett kontrollerat magnetfält. Detta fält kan användas för olika ändamål beroende på anordningen, från att användas för att generera ett magnetfält som en elektromagnet, för att hindra strömförändringar som en induktor, eller för att konvertera energin lagrad i magnetfältet till kinetisk energi som en elektrisk motor .
Magnetfält för ett magnetventil
Det magnetiska fältet för ett magnetventiler kan hittas med hjälp av Ampères Law. Vi får
Bl = μ0NI
var B är magnetisk flödestäthet, l är solenoidens längd, μ0 är den magnetiska konstanten eller den magnetiska permeabiliteten i ett vakuum, N är antalet varv i spolen, och jag är strömmen genom spolen.
Dela igenom l, vi får
B = μ0(N / I) I
var N / I är vänder densitet eller antalet varv per enhetslängd. Denna ekvation gäller solenoider utan magnetkärnor eller i fritt utrymme. Magnetkonstanten är 1.257 × 10-6 H / m.
De magnetisk permeabilitet av ett material är dess förmåga att stödja bildandet av ett magnetfält. Vissa material är bättre än andra, så permeabiliteten är graden av magnetisering ett material upplever som svar på ett magnetfält. Den relativa permeabiliteten μr berättar hur mycket detta ökar med avseende på fritt utrymme eller vakuum.
μ = μr__μ0
var μ är magnetisk permeabilitet och μr är relativiteten. Detta berättar hur mycket magnetfältet ökar om magnetventilen har en materialkärna som går igenom det. Om vi placerade ett magnetiskt material, till exempel en järnstång, och magnetventilen lindas runt den, kommer järnstången att koncentrera magnetfältet och öka magnetflödestätheten B. För en magnetventil med en materialkärna får vi solenoidformeln
B = μ (N / l) I
Beräkna induktans av solenoid
Ett av de främsta syftena med solenoider i elektriska kretsar är att hindra förändringar i elektriska kretsar. När en elektrisk ström flyter genom en spole eller magnetventil, skapar den ett magnetfält som växer i styrka över tid. Detta växlande magnetfält inducerar en elektromotorisk kraft över spolen som motsätter sig strömmen. Detta fenomen kallas elektromagnetisk induktion.
Induktansen, L, är förhållandet mellan den inducerade spänningen v, och hastigheten på förändring i strömmen jag.
L = −v (_d_I/ D_t) _-1
Lösning för v detta blir
v = −L (_d_I/ D_t) _
Avleda induktansen av en magnetventil
Idag lag berättar styrkan hos den inducerade EMF som svar på ett förändrat magnetfält
v = nA (_d_B / _d_t)
där n är antalet varv i spolen och EN är tvärsnittsområdet för spolen. Att differentiera solenoidekvationen med avseende på tid får vi
d_B /d_t = μ (N / l) (_ d_I / _d_t)
Genom att ersätta detta i Faradays Law får vi den inducerade EMF för en lång solenoid,
v = - (μN2A / I) (_ d_I / _d_t)
Att ersätta detta i v = −L (_d_I/ d_t) _ vi får
L = μN2A / l
Vi ser induktansen L beror på spolens geometri - varvtätheten och tvärsnittsarean - och spolmaterialets magnetiska permeabilitet.