§ 53. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение

Катушка состоит из множества витков изолированного провода, намотанных на каркас. При прохождении тока магнитные поля отдельных витков складываются, образуя общее поле. У длинной цилиндрической катушки, или соленоида, картина поля напоминает поле полосового магнита: можно выделить северный и южный концы. Внутри достаточно длинной катушки линии почти параллельны, а поле вдали от концов сравнительно однородно. Снаружи линии возвращаются, образуя замкнутые кривые.

Направление поля внутри катушки связано с направлением тока в витках. Если пальцы правой руки охватывают катушку по направлению тока, большой палец показывает направление поля внутри и сторону её северного полюса. При изменении направления тока полюсы меняются местами. Магнитное действие усиливается при увеличении тока, а при сопоставимых размерах катушки — при увеличении числа витков. Поэтому важно сравнивать катушки в одинаковых условиях, а не только считать витки без учёта геометрии.

Если внутрь катушки поместить подходящий железный сердечник, он намагничивается и значительно усиливает магнитное действие. Катушку с таким сердечником называют электромагнитом. В отличие от постоянного магнита, его удобно включать и выключать электрическим током, а также регулировать силу действия. При отключении мягкий железный сердечник теряет большую часть намагниченности, хотя остаточные свойства могут сохраняться. Устройство подбирают так, чтобы это соответствовало его назначению и требуемому способу управления.

Электромагниты применяют для подъёма стальных деталей, отделения магнитных материалов от немагнитных и управления механизмами. В магнитном сепараторе притягиваемые частицы отклоняются от общего потока и отделяются. В реле электромагнит перемещает контактную систему, позволяя одной цепи управлять другой. Даже при неподвижном удержании груза катушка может потреблять энергию: ток нагревает её сопротивление. Поэтому отсутствие перемещения груза не означает отсутствия расхода электричества. Конструкция должна обеспечивать допустимый нагрев, достаточное магнитное действие и безопасное отключение нагрузки.