A elektromagnet Det är en enhet som producerar magnetism från elektrisk ström. Om den elektriska strömmen upphör försvinner också magnetfältet. 1820 upptäcktes att en elektrisk ström producerar ett magnetfält i sin omgivning. Fyra år senare uppfanns och byggdes den första elektromagneten.
Den första elektromagneten bestod av en järnhästsko målad med isoleringslack, och arton varv av koppartråd utan elektrisk isolering lindades runt den..
Moderna elektromagneter kan ha olika former beroende på den slutanvändning som kommer att ges till dem; och det är kabeln som är isolerad med lack och inte järnkärnan. Den vanligaste formen på järnkärnan är den cylindriska, på vilken den isolerade koppartråden lindas.
En elektromagnet kan tillverkas med bara lindningen som producerar ett magnetfält, men järnkärnan multiplicerar fältets intensitet.
När elektrisk ström passerar genom en elektromagnets lindning magnetiseras järnkärnan. Det vill säga materialets inneboende magnetiska ögonblick inriktas och läggs samman och intensifierar det totala magnetfältet..
Magnetism som sådan har varit känd åtminstone sedan 600 f.Kr., när den grekiska Thales of Miletus talar i detalj om magneten. Magnetit, ett järnmineral, producerar magnetism naturligt och permanent.
Artikelindex
En otvivelaktig fördel med elektromagneter är att magnetfältet kan upprättas, ökas, minskas eller tas bort genom att styra den elektriska strömmen. Vid tillverkning av permanentmagneter är elektromagneter nödvändiga.
Varför händer det nu? Svaret är att magnetism är inneboende för materia som för elektricitet, men båda fenomenen manifesterar sig bara under vissa förhållanden..
Emellertid kan magnetfältets källa sägas vara rörliga elektriska laddningar eller elektrisk ström. Inuti materien, på atom- och molekylär nivå, produceras dessa strömmar som producerar magnetfält i alla riktningar som avbryter varandra. Det är därför material normalt inte visar magnetism..
Det bästa sättet att förklara det är att tänka att det finns små magneter (magnetiska ögonblick) inuti materien som pekar i alla riktningar, så deras makroskopiska effekt avbryts..
I ferromagnetiska material kan magnetiska moment anpassas och bilda regioner som kallas magnetiska domäner. När ett externt fält används anpassas dessa domäner.
När det externa fältet tas bort återgår dessa domäner inte till sin ursprungliga slumpmässiga position utan förblir delvis inriktade. På detta sätt magnetiseras materialet och bildar en permanentmagnet..
En elektromagnet består av:
- En lindning av kabel isolerad med lack.
- En järnkärna (tillval).
- En strömkälla som kan vara direkt eller växlande.
Lindningen är den ledare genom vilken strömmen som producerar magnetfältet passerar och lindas i form av en fjäder.
Vid lindning är svängarna eller svängarna vanligtvis mycket nära varandra. Det är därför det är extremt viktigt att den tråd som lindningen görs har elektrisk isolering, vilket uppnås med en speciell lack. Syftet med lacken är att även när spolarna är grupperade och rör varandra förblir de elektriskt isolerade och strömmen fortsätter sin spiralförlopp.
Ju tjockare lindningsledaren är, desto mer ström tål kabeln men begränsar det totala antalet varv som kan lindas. Det är av denna anledning som många elektromagnetsspolar använder en tunn tråd.
Magnetfältet som produceras kommer att vara proportionellt mot strömmen som passerar genom lindningsledaren och också proportionellt mot varvtätheten. Detta betyder att ju fler varv per längdenhet placeras, desto större blir fältets intensitet..
Ju stramare lindningen svänger, desto större blir antalet som passar i en given längd, vilket ökar densiteten och därmed det resulterande fältet. Detta är en annan anledning till att elektromagneter använder kabelisolerad med lack istället för plast eller annat material, vilket skulle ge tjockleken.
I en solenoid eller cylindrisk elektromagnet som den som visas i figur 2 kommer magnetfältets intensitet att ges av följande förhållande:
B = μ⋅n⋅I
Där B är magnetfältet (eller magnetisk induktion), som i enheter i det internationella systemet mäts i Tesla, är μ den magnetiska permeabiliteten för kärnan, n är varvtätheten eller antalet varv per meter och slutligen strömmen I cirkulerar genom lindningen som mäts i ampere (A).
Den magnetiska permeabiliteten hos järnkärnan beror på dess legering och är vanligtvis mellan 200 och 5000 gånger luftens permeabilitet. Det resulterande fältet multipliceras med samma faktor med avseende på den för en elektromagnet utan en järnkärna. Luftens permeabilitet är ungefär lika med ett vakuum, vilket är μ0= 1,26 × 10-6 T * m / A.
För att förstå hur en elektromagnet fungerar är det nödvändigt att förstå magnetismens fysik.
Låt oss börja med en enkel rak ledning som bär en ström I, den här strömmen producerar ett magnetfält B runt ledningen.
Magnetfältlinjerna runt den raka ledningen är koncentriska cirklar runt ledningstråden. Fältlinjerna överensstämmer med den högra regeln, det vill säga om tummen på den högra handen pekar i strömriktningen, kommer de andra fyra fingrarna på högerhand att indikera magnetfältlinjernas cirkulationsriktning..
Magnetfältet på grund av en rak ledning på ett avstånd r från det är:
Anta att vi böjer tråden så att den bildar en cirkel eller slinga, så kommer magnetfältlinjerna på insidan av den att peka alla i samma riktning, lägga till och förstärka. Inuti slinga eller cirkel fältet är mer intensivt än i den yttre delen, där fältlinjerna separeras och försvagas.
Det resulterande magnetfältet i mitten av en krets med radie till som bär en ström jag är:
Effekten multipliceras om varje gång vi böjer kabeln så att den har två, tre, fyra, ... och många varv. När vi lindar kabeln i form av en fjäder med mycket nära spolar är magnetfältet inuti fjädern enhetligt och mycket intensivt, medan det på utsidan är praktiskt taget noll..
Antag att vi lindar kabeln i en spiral på 30 varv i 1 cm lång och 1 cm i diameter. Detta ger en varvtäthet på 3000 varv per meter.
I en idealisk solenoid ges magnetfältet inuti av:
Sammanfattningsvis, våra beräkningar för en kabel som bär 1 ampere ström och beräknar magnetfältet i mikroteslas, alltid 0,5 cm från kabeln i olika konfigurationer:
Men om vi lägger till en järnkärna med relativ permittivitet på 100 till spiralen multipliceras fältet 100 gånger, det vill säga 0,37 Tesla.
Det är också möjligt att beräkna den kraft som den magnetiska elektromagneten utövar på en sektion av järnkärnan med tvärsnitt TILL:
Om vi antar ett mättnadsmagnetiskt fält på 1,6 Tesla kommer kraften per kvadratmeter av järnkärnan som utövas av elektromagneten att vara 10 ^ 6 Newton motsvarande 10 ^ 5 kg kraft, det vill säga 0,1 ton per kvadratmeter tvärsnitt.
Detta innebär att en elektromagnet med ett mättnadsfält på 1,6 Tesla utövar en kraft på 10 kg på en 1 cm järnkärna.två tvärsnitt.
Elektromagneter är en del av många prylar och enheter. Till exempel är de närvarande inuti:
- Elektriska motorer.
- Generatorer och dynamos.
- Högtalare.
- Elektromekaniska reläer eller omkopplare.
- Elektriska klockor.
- Magnetventiler för flödesreglering.
- Datorns hårddiskar.
- Lyftkranar för metallskrot.
- Metallseparatorer från kommunalt avfall.
- Elektriska tåg- och lastbilsbromsar.
- Kärnmagnetresonansbildningsmaskiner.
Och många fler enheter.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.