A elektromagnet Jedná se o zařízení, které vyrábí magnetismus z elektrického proudu. Pokud elektrický proud ustane, zmizí také magnetické pole. V roce 1820 bylo objeveno, že elektrický proud produkuje ve svém okolí magnetické pole. O čtyři roky později byl vynalezen a vyroben první elektromagnet.
První elektromagnet sestával ze železné podkovy natřené izolačním lakem a kolem něj bylo navinuto osmnáct závitů měděného drátu bez elektrické izolace..
Moderní elektromagnety mohou mít různé tvary v závislosti na konečném použití, které jim bude dáno; a je to kabel izolovaný lakem a ne železné jádro. Nejběžnějším tvarem železného jádra je válcový tvar, na který je navinut izolovaný měděný drát.
Elektromagnet může být vyroben pouze s vinutím produkujícím magnetické pole, ale železné jádro znásobuje intenzitu pole.
Když elektrický proud prochází vinutím elektromagnetu, železné jádro se zmagnetizuje. To znamená, že vnitřní magnetické momenty materiálu se vyrovnají a sčítají, čímž zesilují celkové magnetické pole..
Magnetismus jako takový je znám přinejmenším od roku 600 před naším letopočtem, kdy řecký Thales z Milétu podrobně mluví o magnetu. Magnetit, železný minerál, vytváří magnetismus přirozeně a trvale.
Rejstřík článků
Nepochybnou výhodou elektromagnetů je, že magnetické pole může být vytvářeno, zvyšováno, snižováno nebo odstraňováno ovládáním elektrického proudu. Při výrobě permanentních magnetů jsou nutné elektromagnety.
Proč se to teď děje? Odpověď je, že magnetismus je vlastní hmotě, stejně jako elektřině, ale oba jevy se projevují pouze za určitých podmínek..
Lze však říci, že zdrojem magnetického pole jsou pohybující se elektrické náboje nebo elektrický proud. Uvnitř hmoty se na atomové a molekulární úrovni produkují tyto proudy, které vytvářejí magnetické pole ve všech směrech, které se navzájem ruší. Proto materiály obvykle nevykazují magnetismus..
Nejlepší způsob, jak to vysvětlit, je myslet si, že uvnitř hmoty jsou malé magnety (magnetické momenty), které směřují do všech směrů, takže jejich makroskopický efekt je zrušen..
Ve feromagnetických materiálech se magnetické momenty mohou srovnávat a vytvářet oblasti zvané magnetické domény. Když se použije externí pole, tyto domény se zarovnají.
Když je externí pole odstraněno, tyto domény se nevracejí do své původní náhodné polohy, ale zůstávají částečně zarovnané. Tímto způsobem se materiál zmagnetizuje a vytvoří permanentní magnet..
Elektromagnet se skládá z:
- Vinutí kabelu izolované lakem.
- Železné jádro (volitelně).
- Zdroj proudu, který může být přímý nebo střídavý.
Vinutí je vodič, kterým prochází proud, který vytváří magnetické pole, a je navinut ve formě pružiny.
Při vinutí jsou otáčky nebo otáčky obvykle velmi blízko u sebe. Proto je nesmírně důležité, aby drát, kterým je vinutí vyrobeno, měl elektrickou izolaci, což je dosaženo speciálním lakováním. Účelem lakování je to, že i když jsou cívky seskupeny a navzájem se dotýkají, zůstávají elektricky izolované a proud pokračuje ve svém spirálovitém průběhu.
Čím silnější je vodič vinutí, tím více proudu kabel vydrží, ale omezuje celkový počet závitů, které lze navinout. Z tohoto důvodu používá mnoho elektromagnetických cívek tenký vodič.
Vyrobené magnetické pole bude úměrné proudu, který prochází vodičem vinutí, a také úměrné hustotě závitů. To znamená, že čím více otáček na jednotku délky je umístěno, tím větší je intenzita pole..
Čím těsnější se vinutí otáčí, tím větší je počet, který se vejde na danou délku, což zvyšuje jejich hustotu a tím i výsledné pole. To je další důvod, proč elektromagnety používají kabel izolovaný lakem místo plastu nebo jiného materiálu, který by přidal tloušťku.
V solenoidovém nebo válcovém elektromagnetu, jako je ten, který je znázorněn na obrázku 2, bude intenzita magnetického pole dána následujícím vztahem:
B = μ⋅n⋅I
Kde B je magnetické pole (nebo magnetická indukce), které se v jednotkách mezinárodního systému měří v Tesle, μ je magnetická permeabilita jádra, n je hustota závitů nebo počet závitů na metr a nakonec proud I cirkulující ve vinutí, které se měří v ampérech (A).
Magnetická permeabilita železného jádra závisí na jeho slitině a je obvykle mezi 200 a 5 000násobkem propustnosti vzduchu. Výsledné pole se vynásobí stejným faktorem vzhledem k elektromagnetu bez železného jádra. Propustnost vzduchu je přibližně stejná jako pro vakuum, které je μ0= 1,26 × 10-6 T * m / A.
Abychom porozuměli fungování elektromagnetu, je nutné porozumět fyzice magnetismu.
Začněme jednoduchým přímým vodičem, který nese proud I, tento proud vytváří magnetické pole B kolem drátu.
Čáry magnetického pole kolem přímého drátu jsou soustředné kruhy kolem olověného drátu. Polní čáry jsou v souladu s pravidlem pravé ruky, to znamená, že pokud palec pravé ruky ukazuje ve směru proudu, ostatní čtyři prsty pravé ruky označují směr oběhu čar magnetického pole..
Magnetické pole způsobené přímým vodičem ve vzdálenosti r od něj je:
Předpokládejme, že ohneme drát tak, aby tvořil kruh nebo smyčku, poté se magnetické siločáry na vnitřní straně spojí dohromady a všechny budou směřovat stejným směrem, přidáním a zesílením. Uvnitř smyčka nebo kroužit pole je intenzivnější než ve vnější části, kde se siločáry oddělují a oslabují.
Výsledné magnetické pole ve středu smyčky o poloměru na který nese proud I je:
Efekt se znásobí, když pokaždé ohneme kabel tak, aby měl dvě, tři, čtyři, ... a mnoho zatáček. Když navíjíme kabel ve formě pružiny s velmi blízkými cívkami, magnetické pole uvnitř pružiny je rovnoměrné a velmi intenzivní, zatímco na vnější straně je prakticky nulové..
Předpokládejme, že navijeme kabel ve spirále o 30 otáčkách v délce 1 cm a průměru 1 cm. To dává hustotu otáček 3000 otáček na metr.
V ideálním solenoidu je magnetické pole uvnitř dáno vztahem:
Shrnuto, naše výpočty pro kabel, který nese 1 ampér proudu a výpočet magnetického pole v mikrotelasách, vždy 0,5 cm od kabelu v různých konfiguracích:
Ale pokud k spirále přidáme železné jádro s relativní permitivitou 100, pak se pole vynásobí 100krát, to je 0,37 Tesla.
Je také možné vypočítat sílu, kterou elektromagnetický elektromagnet působí na část železného jádra průřezu NA:
Za předpokladu nasycení magnetického pole 1,6 Tesla bude síla na část čtverečního metru oblasti železného jádra vyvíjená elektromagnetem 10 ^ 6 Newtonů, což odpovídá síle 10 ^ 5 kilogramů, což je 0,1 tuny na čtvereční metr průřezu.
To znamená, že elektromagnet se saturačním polem 1,6 Tesla vyvíjí na 10 cm železné jádro sílu 10 kg.dva průřez.
Elektromagnety jsou součástí mnoha gadgetů a zařízení. Jsou například přítomni uvnitř:
- Elektrické motory.
- Alternátory a dynama.
- Řečníci.
- Elektromechanická relé nebo spínače.
- Elektrické zvonky.
- Elektromagnetické ventily pro regulaci průtoku.
- Pevné disky počítače.
- Zvedací jeřáby na kovový šrot.
- Separátory kovů z komunálního odpadu.
- Elektrické brzdy vlaku a nákladního vozu.
- Stroje pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance.
A mnoho dalších zařízení.
Zatím žádné komentáře