§ 1. РАЗЛИЧНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

Для получения магнитных полей порядка применяются различные системы электромагнитов. На рис. 4 дана схема такого электромагнита, с помощью которого можно получить магнитные поля до Он состоит из двух катушек 1, для обмоток которых используется медная проволока диаметром Магнитопровод 2 выполняется из железа «армко», которое имеет небольшую коэрцитивную силу. Конусы полюсных наконечников изготовляются из железо-кобальтовых сплавов, обладающих наибольшей индукцией насыщения. В электромагните подобного типа с квадратными сердечниками размером и длиной в зазоре можно получить поля напряженностью в а в зазоре Электромагниты этой системы неудобны при эксплуатации, так как их конструкция не дает возможности быстро менять сердечники, что очень существенно в лабораторных условиях [2].

Рис. 4. Разрез электромагнита: 1 — катушки, 2 — ярмо

Лабораторный электромагнит кафедры магнетизма На физическом факультете МГУ кафедрой магнетизма и лабораторией опытных конструкций разработан универсальный электромагнит открытого типа, который может быть использован при разнообразных лабораторных исследованиях [20]. На рис. 5 показаны разрез электромагнита и основные его части. Ярмо 5

электромагнита отливается из железа «армко». Керны диаметром помещаются во втулки, которые впрессованы в ярмо. На керн можно насаживать наконечники разных диаметров, причем керны легко перемещаются вдоль втулки при помощи маховиков 7, что позволяет устанавливать нужный зазор между полюсами наконечников в пределах от до

Рис. 5. Разрез лабораторного электромагнита и 2 — катушки, 3 — полюсные наконечники, 4 — колодки с клеммами, 5 — ярмо, 6 — стержень из железа «армко», 7 — маховик и 8 — закрепляющая колодка

На каждый полюс электромагнита надевается по две катушки и 2), обмотки которых наматываются проводом квадратного сечения Все четыре катушки имеют 5400 витков с общим сопротивлением 16 ом. Концы катушек электромагнита соединяются с клеммами, которые расположены на колодке 4. Эти клеммы позволяют включать катушки в цепь питания последовательно или параллельно. Максимальная потребляемая мощность при напряжении в 220 в составляет Измерение напряженности магнитного поля показало, что если через обмотку катушек пропускать ток в 15 а, то при диаметре полюсных наконечников и в зазоре можно получить поле напряженностью около Из оценки величины поля методом протонного резонанса следует, что с точностью 0,07% поле является однородным в диаметре если диаметр полюсных наконечников равен а расстояние между ними Вес лабораторного электромагнита составляет около 9000 н, габаритные размеры Конструкция и габариты электромагнита позволяют применять его при разнообразных лабораторных исследованиях.

Лабораторный электромагнит физической лаборатории Основной частью электромагнита (рис. 6) является двойное обратное ярмо, которое делается из стальных плит и имеет форму куба. Такое устройство позволяет значительно уменьшить рассеивающий поток и обеспечить хорошую жесткость системы.

Рис. 6. Разрез электромагнита: 1 — закрепляющие шпильки, 2 — сердечники, 3 — латунная трубка, 4 — дюралевая перегородка, 5 — упорные винты, 6 — зажимы, 7 — вырез, 8 — полюсные наконечники, 9 — стержень, 10 - медные кольца, 11— текстолитовая втулка, 12 — прутики, 13 — скрепляющие хомутики

Сердечники 2 ярма имеют возможность вращаться и перемещаться в латунной трубке 3, которая поддерживается дюралевой перегородкой 4. Плиты ярма закрепляются шпильками 1. Для того чтобы закреплять сердечники в определенном положении, имеются упорные винты 5, фиксируемые зажимами 6. Вырез 7, расположенный над магнитопроводом, позволяет помещать в рабочее пространство различные приборы, например сосуд Дьюара или весы. Этот вырез закрывается вкладышем, который несколько экранирует верхнюю часть электромагнита. Полюсные наконечники которые крепятся стержнем 9, могут легко меняться. Обмотка электромагнита имеет 8 секций, намотанных попарно на отрезках медных колец 10. От направляющей трубы 3 они изолируются при помощи текстолитовой втулки 11. Каждая секция соединяется с кольцом и наматывается в противоположном направлении по

отношению к соседней. Секция состоит из одного слоя электротехнической медной ленты которая наматывается вместе с лентой кабельной бумаги Для равномерного натяжения лент намотка осуществляется под нагрузкой 100—200 н. Между соседними секциями имеется зазор в который улучшает охлаждение магнитопровода, а во избежание касаний секций друг с другом в зазор помещаются прутики 12 размером сделанные из изоляционного материала. Снаружи секции скрепляются хомутиками 13. В каждой секции имеется 256 витков, так что общее число витков равно 2048 при коэффициенте заполнения 0,7. Охлаждение магнита осуществляется при помощи вентилятора и простой системы водяного охлаждения. Для этой цели между секциями бифилярно наматывается полиэтиленовая трубка сечением и длиной которая заполняет весь зазор между секциями. Через эти трубки пропускается вода. Такое охлаждение позволяет пропускать непрерывно через обмотки ток до 30 а (при этом медные ленты нагреваются до 60°). Общее сопротивление обмотки равно 4 ом, а расход мощности составляет при 80 в. Если через обмотку пропускать ток 30 а при напряжении в то электромагнит может находиться в рабочем состоянии около 30 мин. Магнитопровод, сердечники и полюсные наконечники изготавливаются из лучших сортов магнитомягкой электротехнической стали. Вес электромагнита вместе с обмоткой составляет 6000 н. Зависимость магнитного поля в зазоре от силы тока определялась для плоских полюсных наконечников диаметром причем расстояние между полюсами изменялось от 10 до Конусные наконечники имели диаметр Измерения магнитного поля проводились для разных углов конуса Как показал опыт, для диаметра конусных наконечников наиболее выгоден угол 60°. Для этот угол составляет 45—50°. Максимальное значение

Рис. 7. Общий вид электромагнита

напряженяости магнитного поля при силе тока через обмотку катушки в 30 а и при зазоре между полюсными наконечниками равно приблизительно Лабораторный электромагнит физической лаборатории АН СССР имеет сравнительно небольшие размеры, удобен в эксплуатации и может быть использован при исследовании магнитных свойств вещества в широком температурном интервале.

Электромагнит лаборатории магнетизма НИИЧермета [23]. В лаборатории магнетизма НИИЧермета сконструирован более мощный электромагнит, чем описанные выше. Этот электромагнит дает возможность получать при зазоре магнитное поле до Основной частью электромагнита (рис. 7) является ярмо диаметром На сердечники, имеющие в основании наматывается обмотка из прямоугольного провода сечением Электромагнит помещается на вращающемся столе, на котором имеются съемные устройства. К электромагниту прилагается набор различных наконечников, которые навинчиваются на подвижные керны диаметром Магнитопровод электромагнита изготовляется из лучших сортов магнитомягкой электротехнической стали. Используя железные сердечники, можно получать следующие значения величины напряженности магнитного поля (см. табл. 2).

Таблица 2 (см. скан)

В заключение рассмотрим электромагнит, описанный в работе [79]. Ярмо этого магнита состоит из восьми литых стальных балок, которые располагаются в двух горизонтальных плоскостях, расстояние между ними составляет а длина каждой балки Суммарное поперечное сечение ярма равно а его вес н. Балки опираются на раму, внутри которой размещены боковые плиты, имеющие полюса. Плиты могут свободно двигаться по направляющим.

На плитах расположены полюса конусной формы. Длина их а наименьший диаметр В каждом полюсе имеется отверстие диаметром где располагается передвижной керн, заканчивающийся съемным полюсным наконечником. Головки наконечников изготовляются из пермендюра диаметром с углом раствора 120°. Общий вес ярма с полюсами составляет 96- 104 н. Электромагнит имеет четьте намагничивающие катушки.

каждая из которых весит 12-104 н. Для намотки катушек используется полый провод квадратного сечения размером и диаметром внутреннего отверстия Общее число витков составляет 1250, а максимальный ток равен 400 а. При 500 000 ампер-витков магнит потребляет мощность Максимальная длина магнита а высота равна общий вес 120- 104 н.

Электромагниты, описанные в работах [4, 19, 32, 33, 44, 45, 110], позволяют получать напряженность магнитного поля до Конструкции электромагнитов можно найти также в работах [34—37 75, 113—115].