EN elektromagnet Det er en enhet som produserer magnetisme fra elektrisk strøm. Hvis den elektriske strømmen opphører, forsvinner også magnetfeltet. I 1820 ble det oppdaget at en elektrisk strøm produserer et magnetfelt i omgivelsene. Fire år senere ble den første elektromagneten oppfunnet og bygget.
Den første elektromagneten besto av en jernhestesko malt med isolasjonslakk, og atten omdreininger av kobbertråd uten elektrisk isolasjon ble viklet rundt den..
Moderne elektromagneter kan ha forskjellige former avhengig av sluttbruken som skal gis til dem; og det er kabelen som er isolert med lakk og ikke jernkjernen. Den vanligste formen på jernkjernen er den sylindriske hvorpå den isolerte kobbertråden er viklet.
En elektromagnet kan lages med bare viklingen som produserer et magnetfelt, men jernkjernen multipliserer feltets intensitet.
Når elektrisk strøm passerer gjennom viklingen av en elektromagnet, blir jernkjernen magnetisert. Det vil si at de indre magnetiske øyeblikkene til materialet justeres og legges sammen, forsterker det totale magnetfeltet..
Magnetisme som sådan har vært kjent i hvert fall siden 600 f.Kr., da den greske Thales of Miletus snakker i detalj om magneten. Magnetitt, et jernmineral, produserer magnetisme naturlig og permanent.
Artikkelindeks
En utvilsom fordel med elektromagneter er at magnetfeltet kan etableres, økes, reduseres eller fjernes ved å kontrollere den elektriske strømmen. Ved produksjon av permanente magneter er elektromagneter nødvendige.
Nå hvorfor skjer dette? Svaret er at magnetisme er iboende for materie som for elektrisitet, men begge fenomenene manifesterer seg bare under visse forhold..
Imidlertid kan kilden til magnetfeltet sies å være elektriske ladninger eller elektrisk strøm. Innvendig materie, på atom- og molekylært nivå, produseres disse strømningene som produserer magnetiske felt i alle retninger som avbryter hverandre. Dette er grunnen til at materialer normalt ikke viser magnetisme..
Den beste måten å forklare det på er å tenke at det er små magneter (magnetiske øyeblikk) i materien som peker i alle retninger, slik at deres makroskopiske effekt avbrytes..
I ferromagnetiske materialer kan magnetiske momenter justeres og danne regioner som kalles magnetiske domener. Når et eksternt felt brukes, justeres disse domenene.
Når det eksterne feltet fjernes, går ikke disse domenene tilbake til sin opprinnelige tilfeldige posisjon, men forblir delvis justert. På denne måten blir materialet magnetisert og danner en permanent magnet..
En elektromagnet består av:
- En vikling av kabelisolert med lakk.
- En jernkjerne (valgfritt).
- En strømkilde som kan være direkte eller vekslende.
Viklingen er lederen som strømmen som produserer magnetfeltet passerer gjennom og vikles i form av en fjær.
I svingete er svingene eller svingene vanligvis veldig tett sammen. Derfor er det ekstremt viktig at ledningen som viklingen er laget med har elektrisk isolasjon, noe som oppnås med en spesiell lakk. Hensikten med lakken er at selv når spolene er gruppert og berører hverandre, forblir de elektrisk isolerte og strømmen fortsetter sin spiralgang.
Jo tykkere viklingslederen er, desto mer strøm vil kabelen tåle, men begrenser det totale antall svinger som kan vikles. Det er av denne grunn at mange elektromagnetsspoler bruker en tynn ledning.
Det produserte magnetfeltet vil være proporsjonalt med strømmen som passerer gjennom viklingslederen og også proporsjonalt med tettheten av svingene. Dette betyr at jo flere svinger per lengdeenhet plasseres, desto større intensitet får du i feltet..
Jo strammere viklingen svinger, jo større er antallet som vil passe i en gitt lengde, og øker densiteten og dermed det resulterende feltet. Dette er en annen grunn til at elektromagneter bruker kabelisolert med lakk i stedet for plast eller annet materiale, noe som vil gi tykkelse.
I en solenoid eller sylindrisk elektromagnet som den som er vist i figur 2, vil intensiteten til magnetfeltet bli gitt av følgende forhold:
B = μ⋅n⋅I
Hvor B er magnetfeltet (eller magnetisk induksjon), som i enheter av det internasjonale systemet måles i Tesla, μ er den magnetiske permeabiliteten til kjernen, n er tettheten av svinger eller antall omdreininger per meter og til slutt strømmen I sirkulerer gjennom viklingen som måles i ampere (A).
Den magnetiske permeabiliteten til jernkjernen avhenger av legeringen og er vanligvis mellom 200 og 5000 ganger permeabiliteten til luft. Det resulterende feltet multipliseres med den samme faktoren i forhold til en elektromagnet uten jernkjerne. Luftens permeabilitet er omtrent lik vakuumet, som er μ0= 1,26 × 10-6 T * m / A.
For å forstå operasjonen til en elektromagnet er det nødvendig å forstå magnetismens fysikk.
La oss starte med en enkel rett ledning som bærer en strøm I, denne strømmen produserer et magnetfelt B rundt ledningen.
Magnetfeltlinjene rundt den rette ledningen er konsentriske sirkler rundt ledningen. Feltlinjene overholder høyre håndregel, det vil si hvis tommelen på høyre hånd peker i strømretningen, vil de andre fire fingrene på høyre hånd indikere sirkulasjonsretningen til magnetfeltlinjene..
Magnetfeltet på grunn av en rett ledning i en avstand r fra det er:
Anta at vi bøyer ledningen slik at den danner en sirkel eller sløyfe, så kommer magnetfeltlinjene på innsiden av den sammen og peker alt i samme retning, legger til og styrker. Inne i Løkke eller sirkel feltet er mer intens enn i den ytre delen, der feltlinjene skiller seg og svekkes.
Det resulterende magnetfeltet i midten av en sløyfe med radius til som bærer en strøm jeg er:
Effekten multipliserer hvis hver gang vi bøyer kabelen slik at den har to, tre, fire, ... og mange svinger. Når vi vikler kabelen i form av en fjær med veldig tette spoler, er magnetfeltet inni fjæren jevnt og veldig intens, mens det på utsiden er praktisk talt null..
Anta at vi vikler kabelen i en spiral på 30 omdreininger i 1 cm lang og 1 cm i diameter. Dette gir en tetthet på svinger på 3000 omdreininger per meter.
I en ideell solenoid er magnetfeltet i den gitt av:
Oppsummert, våre beregninger for en kabel som bærer 1 ampere strøm og beregner magnetfeltet i mikroteslas, alltid 0,5 cm fra kabelen i forskjellige konfigurasjoner:
Men hvis vi tilfører spiralen en jernkjerne med relativ permittivitet på 100, multipliseres feltet 100 ganger, det vil si 0,37 Tesla.
Det er også mulig å beregne kraften som den magnetiske elektromagneten utøver på et snitt av jernkjernen i tverrsnitt TIL:
Forutsatt et metningsmagnetisk felt på 1,6 Tesla, vil kraften per kvadratmeter seksjon av jernkjernearealet som utøves av elektromagneten være 10 ^ 6 Newton tilsvarende 10 ^ 5 kg kraft, det vil si 0,1 tonn per kvadratmeter tverrsnitt.
Dette betyr at en elektromagnet med et metningsfelt på 1,6 Tesla utøver en kraft på 10 kg på en 1 cm jernkjerne.to tverrsnitt.
Elektromagneter er en del av mange dingser og enheter. For eksempel er de til stede inne:
- Elektriske motorer.
- Alternatorer og dynamoer.
- Høyttalere.
- Elektromekaniske reléer eller brytere.
- Elektriske bjeller.
- Magnetventiler for strømningskontroll.
- Datamaskinharddisker.
- Skrap metall løftekraner.
- Metalseparatorer fra kommunalt avfall.
- Elektriske tog- og lastebilbremser.
- Kjernemagnetisk resonansbildemaskiner.
Og mange flere enheter.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.