Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Elektronik

Sådan øges styrken af ​​en Electromagnet

Elektromagneter fungerer lige så godt som permanente magneter. Faktisk er de endnu mere nyttige, fordi du kan slå dem til og fra. Du finder elektromagneter i harddiske, højttalere og endda i sofistikeret udstyr som MR-maskiner og CERNs Large Hadron Collider i Genève, Schweiz. Du har naturligvis brug for en stærkere elektromagnet til en partikel collider end du gør for en højttaler, så hvordan gør forskere magneter stærke nok til at fokusere en stråle af elektroner? Svaret er lidt mere kompliceret end blot at gøre dem større, selv om det er en del af det. De materialer du bruger, den spænding du anvender og omgivelsestemperaturen er alle vigtige.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

For at øge styrken af ​​en elektromagnet, skal du kan øge styrken strøm, og der er flere måder at gøre. Du kan også øge antallet af viklinger, sænke omgivelsestemperaturen eller udskifte din ikke-magnetiske kerne med et ferromagnetisk materiale.

Det handler om elektromagnetisk induktion

Den danske videnskabsmand Hans Christian Orsted var den første person at bemærke, at en strøm, der løber gennem en ledning, kan påvirke et nærliggende kompas. Med andre ord genererer det et magnetfelt. Hvis du leder ledningen rundt om en kerne, der danner det, der kaldes en magnet, vil enderne af kernen antage modsatte polariteter, ligesom en permanent magnet. Feltets styrke afhænger af størrelsen af ​​strømmen, antallet af viklinger og kernematerialet. Dette er alt hvad du behøver at huske, hvis du vil gøre magneten stærkere.

Forøg strømstyrken

Ifølge Ampers lov er magnetfeltet omkring en strømbærende tråd direkte proportional med styrken af ​​strømmen. Med andre ord, øg den nuværende styrke, og du øger magnetfeltet, og der er mere end en måde at gøre dette på:

  • Forøg spændingen: Ohms lov fortæller dig, at strømmen er proportional med spændingen, så hvis du kører din elektromagnet på et 6 volt batteri, skift til en 12 volt en. Du kan imidlertid ikke holde øget spænding på ubestemt tid, men fordi trådmodstanden stiger med temperatur, indtil en begrænsende strøm opnås. Det bringer dig til den næste mulighed.


  • Sænk Wire Gauge: Trådmodstanden falder med stigende tværsnitsareal, så reducer wiren. Husk at reducere måleren er synonymt med at øge trådtykkelsen. Hvis du har pakket din magnet med 16 gauge ledning, skal du udskifte den med 14 gauge, og magneten bliver stærkere.


  • Sænk temperaturen: Modstanden stiger med temperaturen, så hvis du kan holde din magnet ved lavere temperaturer, vil den være stærkere end en ved stuetemperatur, selv om forskellen nok har vundet ' t være meget. Ved ekstremt lave temperaturer forsvinder modstanden næsten, og ledningerne bliver superledende. Denne kendsgerning gør det muligt for forskere at designe magtfulde magneter, som dem på CERN.


  • Brug ledninger med høj ledningsevne: Du kan også øge strømmen ved at opgradere til en ledning med højere ledningsevne . Kobletråd er nok den mest ledende ledning, du kan bruge, men sølvtråd er endnu mere ledende. Skift til sølvtråd, hvis du har råd til det, og du får en stærkere magnet.


    Forøg antallet af viklinger

    Styrken af ​​en elektromagnet, også kendt som dens magnetomotoriske kraft (mmf), er direkte proportional med ikke kun strømmen (I) , men også antallet af viklinger (n) omkring solenoiden. Forøgelse af antallet af viklinger er nok den nemmeste måde at øge styrken af ​​en elektromagnet på. Da mmf = nI fordobler antallet af viklinger fordobles magnetens styrke. Det er fint at pakke ledningerne i lag omkring magnetkernen. Magnetfeltet er upåvirket, når ledninger er i kontakt med hinanden.

    Brug en ferromagnetisk kerne

    Hvis du vil, kan du lave en elektromagnet ved at indpakke ledninger omkring en brugt papirhåndklæderulle , men hvis du vil have en stærk magnet, skal du wrap dem omkring en jernkerne i stedet. Jern er et magnetisk materiale, og det bliver magnetiseret, når du tænder strømmen. Dette giver dig i virkeligheden to magneter til prisen på en. Stål indeholder jern, så det opfører sig på samme måde, men ikke så stærkt. To andre ferromagnetiske metaller, du måske kommer på tværs af, er nikkel og kobolt.