- Millise kujuga on vooluga pooli magnetväli?
- Mida nimetatakse elektromagnetiks ja kus elektromagneteid kasutatakse?
Vooluga pooli magnetväli
Paljudes elektriseadmetes kasutatakse magnetvälja tekitajana vooluga poole. Poolis on traat keritud tihedalt plast- või papptorule. Mähise otste ühendamisel vooluallikaga tekib selles elektrivool ja poolis ning selle ümber magnetväli.
Vooluga pooli magnetvälja jõujooni saab vaadelda lihtsa katseseadme abil. Siledapinnalisse plaati on tehtud kaks paralleelset augurida, millest on läbi tõmmatud traat.
Sellisel viisil saadud pool on nii hõre, et võib näha magnetvälja jõujooni ka pooli sees. Kui horisontaalselt paigutatud plaadile raputada peenikest rauapuru ja tekitada poolis elektrivool, paigutub rauapuru piki vooluga pooli magnetvälja jõujooni.
Juhul, kui pooli pikkus on oluliselt suurem pooli läbimõõdust, on magnetvälja jõujooned pooli sees paralleelsed. Pooli kummagi otsa juures jõujooned kõverduvad. Need väljuvad pooli ühest otsast ja suubuvad teise. Seega võime öelda, et vooluga pooli magnetvälja jõujooned on kinnised kõverad (vt joonis ülal).
1. Millise kujuga on vooluga pooli magnetvälja jõujooned?
Magnetvälja jõujoonte suuna saab määrata magnetnõelte abil, mis tuleb paigutada pooli lähedale. Kui pooli ühe otsa juures pöördub magnetnõel pooli poole lõunapoolusega, siis teise otsa juures põhjapoolusega. Seega on vooluga pooli üks ots magnetiliseks põhjapooluseks, teine aga lõunapooluseks. Magnetvälja jõujooned väljuvad pooli otsast, mis on põhjapooluseks, ja suubuvad pooli otsas, mis on lõunapooluseks (vt joonis ülal). Kui muuta voolu suund poolis vastupidiseks, pöörduvad ka magnetnõelad 180° võrra. Kumb pooli ots on põhja-, kumb lõunapooluseks, sõltub voolu suunast poolis.
2. Millest sõltub, kummas vooluga pooli otsas on magnetiline põhja-, kummas lõunapoolus?
Elektromagnet
Vooluga pooli magnetvälja saab tugevdada, kui paigutada pooli sisse raudsüdamik. Veendume selles katse abil. Sobiva pooli saamiseks kerime pliiatsi ümber tihedasti mõnikümmend keerdu traati. Mähise otste ühendamisel taskulambipatareiga tekib poolis vool ja pooli ümber magnetväli. Kui lähendada vooluga pool rauapurule, tõmbab see enda külge vaid veidi rauapuru.
Vooluga pooli mõju rauapurule suureneb märgatavalt, kui paigutada pooli sisse pliiatsi asemel sobiva läbimõõduga raudnael. Raudsüdamikuga pool tõmbab enda külge nii palju rauapuru, et pooli otsa tekib suur ja kähar rauapurust „pintsel”.
Raudsüdamikuga pooli mõju raudesemetele on suurem, sest vooluga pooli magnetväljas raudsüdamik magneetub. Kuna raudsüdamiku magnetväli on samasuunaline vooluga pooli magnetväljaga, siis raudsüdamiku magnetväli tugevdab pooli magnetvälja.
3. Miks vooluga pooli magnetväli tugevneb, kui pooli asetada raudsüdamik?
Raudsüdamikuga pooli nimetatakse elektromagnetiks. Sõltuvalt mähise otstele rakendatud pingest võib voolutugevus elektromagneti mähises olla erinev. Muutes voolutugevust mähises, muutub ka elektromagneti magnetväli. Mida suurem on voolutugevus mähises, seda tugevam on elektromagneti magnetväli. Magnetvälja tugevus oleneb ka keerdude arvust pooli mähises. Elektromagneti magnetväli on seda tugevam, mida rohkem traadikeerde on poolis.
4. Mida nimetatakse elektromagnetiks ja millest sõltub selle magnetvälja tugevus?
Elektromagnetil on püsimagnetiga võrreldes rida eeliseid: tema magnetvälja tugevust ja suunda saab muuta voolu tugevuse ja suuna muutmise teel, voolu väljalülitamisel kaob ka elektromagneti magnetväli.
Elektromagneteid valmistatakse erineva kuju ja suurusega. Neid kasutatakse elektrimootorites ja elektrivoolugeneraatorites. Kuna elektromagnetiga võib tõsta väga suure massiga koormisi, kasutatakse neid kraanades terasest ja malmist toodete, vanaraua jm tõstmiseks ning ümberpaigutamiseks. Et elektromagneti magnetväli kaob pärast voolu katkestamist poolis, on elektromagnetid leidnud endale koha telefonides, kõlarites, elektromagnetreleedes jne.
5. Kus kasutatakse elektromagneteid?
- suurema voolutugevusega elektromagnetis
- väiksema voolutugevusega elektromagnetis
- mõlemas sama tugev
Kasulik teada!
Elektromagnetrelee
Suured elektrimootorid või elektromagnetid asuvad sageli kohtades, kuhu inimesel on raske juurde pääseda. Sellised seadmed lülitatakse tööle tavaliselt juhtimispuldist. Kuna võimsates elektriseadmetes on voolutugevus väga suur, siis tuleks seadmest juhtimispuldini vedada jämedad juhtmed, mis võtavad palju ruumi, on rasked ja kohmakad ning mille valmistamiseks kulub palju metalli.
Võimsate elektriseadmete elektrivõrku lülitamiseks kasutatakse seadmel paiknevat elektromagnetreleed. Elektromagnetrelee põhilisteks osadeks on elektromagnet, raudplaadike ehk ankur töövooluringi lüliti kontaktidega ja vedru.
Elektromagneti mähis M on läbi lüliti L ühendatud vooluallikaga. Kui lüliti on suletud, on mähises elektrivool. Elektromagneti südamik S on magneetunud ning tõmmanud enda külge ankru A. Ankru küljes on isoleermaterjalist liistul töövooluringi lüliti liikuv kontakt K, mis suleb ja avab vooluringi, milles on elektritarviti (näiteks elektrimootor). Kui vool lüliti L abil elektromagneti mähises katkestada, demagneetub südamik S, vedru V tõmbab ankru südamikust eemale ja katkestab voolu ka elektrimootori vooluringis.
Voolutugevus elektromagneti mähises on palju väiksem kui elektrimootoris. Seetõttu võib elektromagnetrelee juhtimispuldis asuva lülitiga L ühendada peenikeste juhtmete abil, mis on kerged ja painduvad. Selliste juhtmete külge ühendatud juhtimispulti võib vajaduse korral viia ka ühest kohast teise.
Elektromagnetrelee töökontaktidega võib ühendada suvalise elektriseadme. Releed kasutatakse ka näiteks suurte saalide valgustussüsteemi sisse- ja väljalülitamiseks. Ka releed ennast saab juhtida mingi teise seadme abil. Selleks võib olla näiteks kell. Kell lülitab relee ja koos sellega elektriseadme tööle just etteantud ajahetkel.
Elektromagnetreleed võib käivitada ka fotoelemendi valgustamisel tekkiva nõrga voolu (fotovoolu) abil. Selliseid releesid nimetatakse fotoreleedeks. Fotoreleed võib kasutada näiteks õues olevate valgustite automaatseks sisse- ja väljalülitamiseks. Pimeduse saabudes sulgub releed juhtiv vooluring ja relee lülitab valgustid tööle. Hommikul koidu ajal avanevad releed juhtiva vooluringi kontaktid ning kustuvad ka kõik õues olevad valgustid.
Fotoreleesid võib paigutada tööpinkide juurde töölistele ohutu töökeskkonna loomiseks. Kui inimene viib oma käe kogemata näiteks stantsi alla, katkestab ta ohtliku koha ees oleva valgusvihu, fotoelemendile enam valgust ei lange ning fotorelee lülitab tööpingi vooluringist välja.
Metallide soojuspaisumist kasutatakse termoreleedes. Termorelee on elektromagnetrelee, mille vooluringi juhitakse termolüliti abil. Soojuspaisumise tulemusena sulguvad teatud kindlal temperatuuril elektromagnetreleed juhtiva termolüliti kontaktid. Elektromagnetrelee hakkab tööle ning paneb omakorda tööle mingi elektriseadme.
Tänapäeval kasutatakse elektromagnetreleesid põhiliselt suure voolutugevusega elektriseadmete juhtimiseks. Väikese voolutugevuse korral kasutatakse pooljuhtseadmeid. Elektromagnetrelee eeliseks on suur töökindlus. Igas pesumasinas ja külmikus, aga ka autos, on elektromagnetrelee kindlasti olemas.
6. Millistest osadest koosneb elektromagnetrelee ja kuidas see töötab?
Küsimused
- Kuidas muutuvad vooluga pooli magnetomadused, kui voolu suund poolis muuta vastupidiseks?
- Miks on elektromagneti poolis raudsüdamik?
- Joonisel esitatud elektromagneti mähis on keritud isolatsioonikihiga traadist. Kas mähis võib olla tehtud ka isoleerimata traadist? Põhjenda.
- Paljudes seadmetes eelistatakse elektromagnetit püsimagnetile. Miks?
- Seleta, kuidas töötab joonisel kujutatud elektrikõlisti.
- Kas elektrikõlisti töös muutub midagi, kui voolu suund kõlisti mähises muuta vastupidiseks? Põhjenda vastust.
- Pärast voolu väljalülitamist ei eraldunud osa raualaaste kraana elektromagnetist. Mida peaks tegema kraanajuht, et elektromagnetist eralduksid kõik raualaastud?
- Tänapäeva autodes lülitatakse autovalgustid ja mitmed teised elektritarvitid sisse ja välja releede vahendusel. Paljudel autodel paiknevad esilaternate releed valgustite lähedal mootoriruumis. Möödunud sajandi algul toodetud autodes releesid ei kasutatud, kasutati otselülitust. Mis kasu on autodes releedest? Miks releed paiknevad auto mootoriruumis, mõned isegi elektritarvitite läheduses?
