Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Fysik

Hvordan solenoider virker

Fyren, der leverer pizza til dit hus, aktiverer magnetfeltlinjerne i magnetventilspolen hver gang han ringer på din dørklokke. Pekic/Getty Images

"Ding-dong!" Det lyder som om pizzaen er her. Leveringsmanden er ude på din veranda, og han har lige ringet på døren. Ved at gøre dette har han aktiveret magnetfeltet i en af ​​de mest nyttige enheder i vores elektronikdrevne verden:En solenoid .

Livet ville være meget sværere uden disse ting. Moderne biler er afhængige af magnetventiler; de er en væsentlig del af visse dørlåse; og hej, vidste du, at du har solenoider i din vaskemaskine?

Indhold
  1. Hvad er en magnetventil?
  2. Solenoiden og de elektriske lysbilleder
  3. Biler og apparater bruger solenoider

Hvad er en solenoide?

En solenoide er et langt stykke tråd, der er viklet i form af en spiralformet spole. Når et elektrisk strømsignal passerer gennem den lineære magnetspolen, skaber det relativt ensartede magnetfeltlinjer inde i solenoidspolen.

Definitionelt omfatter hver solenoide et oprullet stykke metaltråd. Det er sådan en solenoide udnytter elektromagnetisme, en af ​​universets grundlæggende kræfter.

"Modsætninger tiltrækker" kan være tvivlsomme datingråd, men det er en fast regel inden for magnetisme. Alle magneter inkluderer nord- og sydpoler. De har også et magnetfelt, der strømmer fra førstnævnte til sidstnævnte.

To solenoider lavet af kobbertråd er vist viklet i form af en spiralformet spole. KPixMining/Shutterstock

To nordpoler, eller negative poler, i en solenoide vil naturligt frastøde hinanden. Ditto for to sydpoler. Men hvis du tager et par magneter og sætter dem tæt sammen, vil nordpolen på den første magnetiske kerne blive tiltrukket af den anden magnets sydpol. Det er fysik, skat.

En solenoide er nyttig, fordi den giver mekanikere og ingeniører en vis kontrol over denne elektriske signalproces. Når en elektrisk strøm løber gennem en metaltråd, producerer den et ensartet magnetfelt, en ferromagnetisk kerne og mekanisk energi.

De ladede partikler inden for dette felt af magnetiske materialer bevæger sig i cirkler omkring ydersiden af ​​tråden.

Oprulning af tråden gør dens magnetfelt stærkere. Med forskellige konfigurationer og hver ny magnetspole, der er tilføjet, bliver feltet mere kraftfuldt. Og her er en anden ting at huske:Det magnetiske felt vil blive mere koncentreret i rummet indenfor disse spoler - og magnetfeltet mindre i området omkring din ledning.

En solenoide er en cylindrisk oprullet ledning, der fungerer som et magnetfelt, når den fører elektrisk strøm og skaber et elektrisk signal. Fouad A. Saad/Shutterstock

Solenoiden og de elektriske dias

Nu er det her, det bliver interessant. For det meste kommer solenoidtråde viklet rundt om en metalstang. (Ordet "solenoid" er en afledning af det græske ord sōlēnoeidēs , som betyder "rørformet.")

Når solenoidtråden modtager en elektrisk strøm, vil dette stykke metal blive tiltrukket af - og blive trukket mod - den ene ende af solenoiden. Men virkningen af ​​denne umiddelbare handling på solenoiden er midlertidig. Afbryd den elektriske strøm, som solenoiden skabte, og du dræber magnetfeltet. Derefter skal din enhed, takket være fjederbelastning, vende tilbage til sin oprindelige position.

Grundlæggende kan vi også have vores kage og spise den. En solenoide giver os mulighed for at magnetisere ledninger, skabe et magnetfelt og derefter afmagnetisere dem, når vi vil (stort set). Alt sammen med et tryk på en knap. Eller drejning af en nøgle.

Som vi sagde før, bruger biler solenoider. Drejning af tændingsnøglen relæer elektrisk energi fra dit batteri til en starter solenoide. Når først startmagneten er aktiveret, sker der flere ting.

Elektrisk strøm i solenoidtråden tiltrækker en bevægelig jernstang. Kredsløbet mellem startmotoren og bilens batteri er afsluttet. Og et "pinion" tandhjul går i indgreb med en skive kaldet "svinghjulet."

Inden for et par sekunder bliver din engang sovende bilmotor levende. Det er i hvert fald sådan, det skal at arbejde.

Er dette nogensinde sket for dig? Du sidder i din bil og har lige drejet tændingsnøglen, men motoren vil ikke starte. I stedet hører du en ubehagelig kliklyd. Synderen kan være et dødt batteri eller en kompromitteret generator. Eller måske er din startmotor-solenoid den virkelige synder her.

Enhver mekaniker burde være i stand til at give din magnetventil en test, hvis han har en kredsløbstester til at teste afbrydere eller multimeter. Nogle gange kan disse dele repareres. Nogle gange er de det ikke - og skal udskiftes. Sådan fortsætter livet for en bilejer.

Drejning af tændingsnøglen i din bil relæer elektrisk energi fra dit batteri til en starter solenoide. udaix/Shutterstock

Biler og apparater bruger solenoider

Mange biler bruger i øvrigt også en magnetventil i deres elektriske dørlåse. Separate solenoider sættes i gang for enten at låse eller låse dørhåndtagene op ved at bruge de samme principper, som vi allerede har diskuteret.

Det betyder ikke, at alle solenoider er skabt lige. Der findes masser af solenoidevariationer, hver med sine egne styrker.

Fremstillings- og vandbehandlingsanlæg gør god brug af hydrauliske solenoider. Ligesom navnet antyder, regulerer en hydraulisk solenoide strømmen af ​​vand og andre væsker. Lad os heller ikke glemme de pneumatiske solenoider, der påvirker indeholdte gasser på samme måde.

Når vi kommer fuld cirkel, vender vi tilbage til pizzafyren på dit fortrin. Ikke alle dørklokker bruger en solenoide; Nyere design har en tendens til at udelade solenoiden helt. Men selv i "intelligente" enheders guldalder har mange dørklokker stadig en magnetventil.

Lad os antage, at din er en af ​​dem. Da vores pizzabærer trykkede på knappen, sendte han elektricitet gennem en indbygget solenoide.

Det magnetiske felt, som denne simple handling frembragte, trak en jernkerne ind i den spiralformede solenoidtråd. Dernæst ramte metallet en lille klokke og udløste et "Ding!" støj.

Det er klart, at leveringsmanden ikke kunne holde fingeren på knappen for evigt. Lige da han slap den, forsvandt magnetfeltet, og en fjeder skød den jernkerne i den modsatte retning. Så ramte metallet en anden klokke, der lød "Dong!"

Bør give dig noget at tænke på, mens du nyder de gratis brødstænger.

Nu er det interessant

Magneto er ikke en klassisk "X-Men"-skurk. Det er også navnet på en strømgenererende elektrisk enhed, der findes i fly og kædesave.




Varme artikler