Solenoide

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Solenoide (del griego σωλήνας (sal) - tubería y ειδός (eidos) - similar, similar ) - un tipo de inductor .

Estructuralmente, los solenoides largos se fabrican tanto en forma de devanado de una sola capa (ver Fig.) como de múltiples capas.

Si la longitud del devanado excede significativamente el diámetro del devanado, entonces en la cavidad del solenoide, cuando se le aplica corriente eléctrica , se genera un campo magnético casi uniforme.

También conocidos comúnmente como solenoides son actuadores electromecánicos , generalmente con un núcleo ferromagnético retráctil . En tal aplicación, el solenoide casi siempre está provisto de un núcleo ferromagnético externo , comúnmente denominado yugo.

Un solenoide infinitamente largo es un solenoide cuya longitud tiende al infinito (es decir, su longitud es mucho mayor que sus dimensiones transversales).

Solenoide DC

Si la longitud del solenoide es mucho mayor que su diámetro y no se utiliza material magnético, entonces cuando la corriente fluye a través del devanado dentro de la bobina, se crea un campo magnético dirigido a lo largo del eje, que es uniforme y para corriente continua es [1 ] :

$B=\mu _{0}nI$ ( SI ) ${\ estilo de visualización \ qquad (1),}$

$B = \frac{4\pi}{c} n yo$ ( SGA ) ${\ estilo de visualización \ qquad (2),}$

donde es la permeabilidad magnética del vacío , es el número de vueltas por unidad de longitud del solenoide, es el número de vueltas, es la longitud del solenoide, es la corriente en el devanado. $\mu_0$ $n=N/l$ $norte$ $yo$ $yo$

Debido al hecho de que las dos mitades del solenoide infinito en el punto de su conexión hacen la misma contribución al campo magnético, la inducción magnética del solenoide semi-infinito en su borde es la mitad que en el volumen. Lo mismo se puede decir sobre el campo en los bordes de un solenoide finito pero suficientemente largo [1] :

$B_{\mathrm {KP} }={\frac {1}{2}}\mu_{0}nI$ ( SI ) ${\ estilo de visualización \ qquad (3).}$

Cuando fluye la corriente, el solenoide almacena energía igual al trabajo que se debe realizar para establecer la corriente actual . El valor de esta energía es $yo$

E_{\mathrm {coxp} }={{\Psi I} \sobre 2}={{LI^{2}} \sobre 2}\qquad (4),

donde está el enlace de flujo , es el flujo magnético en el solenoide, es la inductancia del solenoide. $\Psi = N \Phi$ $\Fi$ $L$

Cuando la corriente cambia en el solenoide, surge la fem de autoinducción , cuyo valor

\varepsilon =-L{dI \over dt}\qquad (5)

Inductancia de solenoide

La inductancia del solenoide se expresa de la siguiente manera:

L = \mu_0 n^2 V\! = \frac{\mu_0}{4\pi}\frac{z^2}{l}

( SI )

{\ estilo de visualización \ qquad (6),}

L = 4\pi n^2 V\! = \frac{z^2}{l}

( SGA )

{\ estilo de visualización \ qquad (7),}

donde es la permeabilidad magnética del vacío , es el número de vueltas por unidad de longitud del solenoide, es el número de vueltas, es el volumen del solenoide, es la longitud del conductor enrollado alrededor del solenoide, es la sección transversal área del solenoide, es la longitud del solenoide, es el diámetro de la vuelta. $\mu_0$ $n=N/l$ $norte$ $V=Sl$ $z=\pi dN$ $S=\pi d^2/4$ $yo$ $d$

Sin el uso de material magnético, la inducción magnética dentro del solenoide es virtualmente constante e igual a $B$

B=\mu _{0}{\frac {N}{l}}I=\mu _{0}nI\qquad (8),

¿ Dónde está la fuerza actual? Despreciando los efectos de borde en los extremos del solenoide, encontramos que el enlace de flujo a través de la bobina es igual a la inducción magnética multiplicada por el área de la sección transversal y el número de vueltas : $yo$ $\psi$ $B$ $S$ $norte$

\displaystyle \Psi =BSN=\mu _{0}N^{2}IS/l=\mu _{0}n^{2}VI=LI\qquad (9).

De aquí sigue la fórmula para la inductancia del solenoide.

\displaystyle L=\mu _{0}N^{2}S/l=\mu _{0}n^{2}V\qquad (10),

equivalente a las dos fórmulas anteriores.

Solenoide AC

Con corriente alterna, el solenoide crea un campo magnético alterno. Si el solenoide se usa como electroimán , entonces en la corriente alterna cambia la magnitud de la fuerza de atracción. En el caso de una armadura hecha de material magnético blando, la dirección de la fuerza de atracción no cambia. En el caso de una armadura magnética, la dirección de la fuerza cambia. En corriente alterna, el solenoide tiene una resistencia compleja , cuyo componente activo está determinado por la resistencia activa del devanado, y el componente reactivo está determinado por la inductancia del devanado.

Aplicación

Los solenoides de CC se utilizan con mayor frecuencia como unidad de potencia de traslación. A diferencia de los electroimanes convencionales , proporciona un gran recorrido. La característica de potencia depende de la estructura del sistema magnético (núcleo y caja) y puede ser casi lineal.

Los solenoides accionan tijeras para cortar boletos y cheques en cajas registradoras, lengüetas de cerraduras, válvulas en motores, sistemas hidráulicos, etc. Uno de los ejemplos más famosos es el “relé de tracción” de un motor de arranque de automóvil. Los solenoides han recibido una amplia distribución en el sector energético, habiendo encontrado una amplia aplicación en accionamientos de interruptores automáticos de alta tensión.

Los solenoides de CA se utilizan como inductor para el calentamiento por inducción en hornos de crisol de inducción .

Nota

↑ 1 2 Savelyev I. V. (1982), p. 148–152.

Fuentes

Savelyev I.V. Curso de física general. — V. 2. Electricidad y magnetismo. Ondas. Óptica.

Véase también

diccionarios y enciclopedias	Gran danés Gran catalán gran noruego gran ruso Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	TIERRA : 4191387-5