История электромагнитного телеграфа

Электромагнит

Андре Мари Ампер, проводя опыты с катушкой (соленоидом), показал эквивалентность ее магнитного поля полю постоянного магнита Соленоид (от греч. solen - трубка и eidos - вид) - прово­лочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля.

Исследования магнитного поля кругового тока привели Ампера к мысли, что постоянный магнетизм объясняется существованием элементарных круговых токов, обтекающих частицы, из кото­рых состоят магниты.

 

Магнетизм - одно из проявлений электричества. Как создать магнитное поле внутри катушки? Можно ли изменять это поле?

Катушка состоит из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают.

Цепь, содержащая катушку, реостат и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении - ослабевает.

Магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, |веденное внутрь катушки, усиливает ее магнитное действие.

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом. Электромагнит - одна из основных деталей многих технических приборов.

Выводы:

Ø если по катушке проходит электрический ток, то катушка
становится магнитом;

Ø магнитное действие катушки можно усилить или ослабить:
изменяя число витков катушки;

Ø изменяя силу тока, проходящую по катушке;

Ø вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.

Обмотки электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопровода изготавливают из магнитно-мягких материалов - обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов.

Электромагнит - устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока.

Подумай и ответь

1. Можно ли намотанную на гвоздь проволоку назвать электромагнитом? (Да.)

2. От чего зависят магнитные свойства электромагнита? (От
силы тока, от количества витков, от магнитных свойств сердечника, от формы и размеров катушки.)

3. По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его в
два раза. Как изменились магнитные свойства электромагнита? (Уменьшились в 2 раза.)

 Вильям Стержен (1783-1850) - английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).

Электромагнит, продемонстрированный Стерженом 23 мая 1825 г., выглядел как согнутый в подкову, лакированный, железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные маг­ниты такой же массы.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стержена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

Джозеф Генри (1797-1878) - американский физик, усовершен­ствовал электромагнит.

В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а са­му проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Дж. Генри исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита. Создал магнит в 29 кг, удерживающий гигантский по тем временам вес - 936 кг.

На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без креплений. Как они это делают?

Дугообразный электромагнит удерживает якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом. Прямоугольные электромагниты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.

Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна «железяка» не упадет. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.

На одном американском заводе электромагнит поднимал железные болванки.

Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось, ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления: после того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается.

Электромагнитные траверсы используются для перемещения длинномерных грузов.

В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность - до 64 тонн, а отрывное усилие - до 128 тонн.

В основном, область применения электромагнитов - электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Полезные свойства электромагнитов:

Ø быстро размагничиваются при выключении тока,

Ø возможно изготовление электромагнитов любых размеров,

Ø при работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи.

Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей, в магнитофонах.

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам.

Электромагниты однофазные переменного тока предназначены для дистанционного управления исполнительными механизмами различного промышленного и бытового назначения. Электромагниты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков. Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппарате, в электрическом звонке, электродвигателе, трансформаторе, электромагнитном реле и во многих других устройствах.

В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступа­тельного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Это электромагниты грузоподъёмных машин, электромагниты муфт сцепления и тормозов, электро­магниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, вы­ключателях, электроизмерительных приборах и так далее.

Брайан Твейтс, генеральный директор компании Walker Magnetics, с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя «Книги рекордов Гиннеса» из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.

Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Размеры электромагнита, превосходящие высоту 4-этажного здания, составляют 12x12x12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Московская область.

 

3 человека на компьютерах выполняют работу «Решалкин» по теме «Электромагнит» с сайта Fizika.ru

История электромагнитного телеграфа

В мире электромагнитный телеграф был изобретён русским учёным и дипломатом Павлом Львовичем Шиллингом в 1832 г. Находясь в командировке в Китае и других странах, он остро ощущал потребность в быстродействующем средстве связи. В телеграфном аппарате им использовано свойство магнитной стрелки отклоняться в ту или другую сторону в зависимости от направления тока, проходящего по проводу.

Аппарат Шиллинга состоял из двух частей: передатчика и приёмника. Два телеграфных аппарата проводниками соединялись между собой и с электрической батареей. Передатчик имел 16 клавиш. Если нажимали на белые клавиши, ток шёл в одну сторону, если на чёрные — в другую. Эти импульсы тока достигали по проводам приёмника, который имел шесть катушек; возле каждой катушки на нити подвешивали две магнитные стрелки и небольшой диск (см. левый рис.). Одну сторону диска окрашивали чёрной краской, другую – белой.

В зависимости от направления тока в катушках магнитные стрелки поворачивались в ту или другую сторону, и телеграфист, принимающий сигнал, видел чёрные или белые кружки. Если ток в катушку не поступал, то диск был виден ребром. Для своего аппарата Шиллинг разработал азбуку. Аппараты Шиллинга работали на первой в мире телеграфной линии, построенной изобретателем в Петербурге в 1832 г, между Зимним дворцом и кабинетами некоторых министров.

В 1837 г. американец Самуил Морзе сконструировал телеграфный аппарат, записывающий сигналы (см. правый рис.). В 1844 г. была открыта первая телеграфная линия, оборудованная аппаратами Морзе между Вашингтоном и Балтимором.

Электромагнитный телеграф Морзе и разработанная им система записи сигналов в виде точек и тире получили широкое распространение. Однако аппарат Морзе имел серьезные недостатки: переданную телеграмму необходимо расшифровать, а затем записать; мала скорость передачи.

Первый в мире буквопечатающий аппарат изобрёл в 1850 г. русский учёный Борис Семенович Якоби. В этом аппарате имелось печатающее колесо, которое вращалось с такой же скоростью, как и колесо другого аппарата, установленного на соседней станции (см. нижний рис.). На ободах обоих колес были выгравированы буквы, цифры и знаки, смачиваемые краской. Под колёсами аппаратов располагали электромагниты, а между якорями электромагнитов и колёсами протягивали бумажные ленты.

Например, надо передать букву «А». Когда на обоих колёсах буква А располагалась внизу, на одном из аппаратов нажимали ключ и замыкали цепь. Якоря электромагнитов притягивались к сердечникам и прижимали к колёсам обоих аппаратов бумажные ленты. На лентах одновременно отпечатывалась буква А. Для передачи любой другой буквы надо «поймать» момент, когда нужная буква будет находиться на колесах обоих аппаратов внизу, и нажать ключ.

Какие необходимы условия для правильной передачи в аппарате Якоби? Первое – колёса должны вращаться с одинаковой скоростью; второе – на колёсах обоих аппаратов одинаковые буквы должны занимать в любой момент одинаковые положения в пространстве. Эти принципы использовались и в телеграфных аппаратах последних моделей.

Над усовершенствованием телеграфной связи работали многие изобретатели. Были телеграфные аппараты, которые передавали и принимали десятки тысяч слов в час, но они сложны и громоздки. Большое распространение в своё время получили телетайпы – буквопечатающие телеграфные аппараты с клавиатурой как у пишущей машинки. В настоящее время телеграфные аппараты не используются, их вытеснила телефонная, сотовая и интернет-связь.