Hvordan man bygger en elektromagnetisk feltgenerator

Elektromagnetiske fænomener er overalt fra din mobiltelefons batteri til satellitterne, der sender data tilbage til Jorden. Du kan beskrive opførsel af elektricitet gennem elektromagnetiske felter, områder omkring objekter, der udøver elektriske og magnetiske kræfter, som begge er en del af den samme elektromagnetiske kraft.

Fordi den elektromagnetiske kraft findes i så mange applikationer i hverdagen, kan du endda bygge en med et batteri og andre genstande såsom kobbertråd eller metalspik, der ligger rundt i dit hus for at demonstrere disse fænomener i fysikken for dig selv.

•••Syed Hussain Ather

• Du kan bygge en simpel elektromagnetisk feltgenerator ved hjælp af kobbertråd og en jernspik. Sæt dem rundt og tilslut dem til en elektrodestrømkilde for at demonstrere kraften i det elektriske felt. Der er mange muligheder, du kan gøre for emf-generatorer af forskellig størrelse og effekt.

Bygning af enelektromagnetisk felt (emf) generatorkræver en magnetventil af kobbertråd (en spiral- eller spiralform), en metalgenstand såsom et jernspik (til en sømgenerator), isolerende ledning og spændingskilde (såsom et batteri eller elektroder) til at udsende elektrisk strømme.

Du kan eventuelt bruge metal papirclips eller et kompas til at observere effekten af ​​emf. Hvis metalgenstanden er ferromagnetisk (såsom jern), et materiale der let kan magnetiseres, vil det være meget, meget mere effektivt.

1. Placer materialerne på en ikke-ledende overflade såsom træ eller beton.
2. Rul kobbertråden så tæt som muligt omkring metalgenstanden, indtil den er helt dækket. Jo flere spoler, jo stærkere vil feltgeneratoren være.
   
3. Klip kobbertråden, så der er små dele af den fra hovedet og enderne af metalgenstanden.
4. Tilslut den ene ende af et stykke isoleret ledning til kobberet, der stikker ud fra metalobjektets hoved. Tilslut den anden ende af den isolerede ledning til den ene ende af spændingskilden på den variable strømforsyning.
5. Tilslut derefter den ene ende af den isolerede ledning til kilden på den variable strømforsyning.
6. Anbring et par papirclips i nærheden af ​​metalgenstanden, da den ligger på overfladen.
7. Indstil drejeknappen på den variable strømforsyning til 0 volt.
8. Tilslut strømforsyningen og tænd for den.
9. Drej spændingshjulet langsomt op og se papirclipsene. Du vil se dem reagere på magnetfeltet fra metalgenstanden, så snart den er stærk nok fra neglegeneratoren.
10. Brug et kompas i midten til at notere retningen af ​​det elektromagnetiske felt. Kompassnålen skal justeres med spolens akse, når strømmen strømmer.

Elektromagnetisme, en af ​​de fire grundlæggende naturkræfter, beskriver hvordan et elektromagnetisk felt skabt af strømmen af ​​elektrisk strøm opstår.

Når en elektrisk strøm strømmer gennem en ledning, øges magnetfeltet med trådens spoler. Dette lader mere strøm strømme gennem en mindre afstand eller i mindre stier, der er tættere på metalspik. Når strøm strømmer gennem en ledning, er det elektromagnetiske felt cirkulært omkring ledningen.

•••Syed Hussain Ather

Når strøm strømmer gennem ledningen, kan du demonstrere magnetfeltets retning ved hjælp af højre regel. Denne regel betyder, at hvis du placerer din højre tommelfinger i retning af ledningens strøm, krøller dine fingre i retning af magnetfeltet. Disse tommelfingerregler kan hjælpe dig med at huske den retning, som disse fænomener har.

•••Syed Hussain Ather

Højre-reglen gælder også for solenoidformen af ​​strømmen omkring metalgenstanden. Når strøm bevæger sig i løkker rundt om ledningen, genererer det et magnetfelt i metalspik eller anden genstand. Dette skaber enelektromagnetder forstyrrer kompassretningen og kan tiltrække metalpapirclips til det. Denne type emitter af elektromagnetisk felt fungerer forskelligt fra permanente magneter.

I modsætning til permanente magneter har elektromagneter brug for en elektrisk strøm gennem dem for at afgive et magnetfelt til deres brug. Dette giver forskere, ingeniører og andre fagfolk mulighed for at bruge dem til en bred vifte af applikationer og kontrollere dem stærkt.

Magnetfeltet for en induceret strøm i elektromagnetisk magnetform kan beregnes som

hvoriBer magnetfeltet i Teslas,μ​_​0​ (udtalt "mu intet") er permeabiliteten af ​​frit rum (en konstant værdi 1,257 x 10^-6), ​Ler længden af ​​metalgenstande parallelt med feltet ogner antallet af sløjfer omkring elektromagneten. Ved hjælp af Ampere's lov,

du kan beregne current jeg(i forstærkere).

Disse ligninger afhænger nøje af magnetens geometri, hvor ledningerne vikles så tæt som muligt rundt om metalspik. Husk, at strømretningen er modsat strømmen af ​​elektroner. Brug dette til at finde ud af, hvordan magnetfeltet skal ændre sig, og se om kompassnålen ændres, som du ville beregne eller bestemme ved hjælp af højre håndregel.

•••Syed Hussain Ather

Ampere's lovændringer afhænger af emf-generatorens geometri. I tilfælde af en toroidal, doughnutformet elektromagnet, feltet

tilnantal sløjfer ogrradius fra centrum til centrum af metalgenstandene. Omkredsen af ​​en cirkel (2 π r)i nævneren afspejler den nye længde af magnetfeltet, der tager en cirkulær form i hele toroiden. Formerne på emf-generatorer lader forskere og ingeniører udnytte deres magt.

Toroide former bruges i transformere, hvor spolerne vikles omkring dem i forskellige lag, så når en strøm induceres gennem det, den resulterende emf og strøm, som det skaber som svar, overfører magt mellem forskellige spoler. Formen lader det bruge kortere spoler, der reducerer tabene til modstand eller tab på grund af den måde, hvorpå strømmen vikles. Dette gør toroidetransformatorer effektive i, hvordan de bruger energi.

Elektromagneter kan variere i en lang række applikationer fra industrielle maskiner, computerkomponenter, superledningsevne og selve videnskabelig forskning. Superledende materialer opnår stort set ingen elektrisk modstand ved meget lave temperaturer (tæt på 0 Kelvin), der kan bruges i videnskabeligt og medicinsk udstyr.

Dette inkluderer magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og partikelacceleratorer. Solenoider bruges til at generere magnetfelter i dot matrix printere, brændstofinjektorer og industrielle maskiner. Især toroidetransformatorer har også anvendelser i den medicinske industri for deres effektivitet ved oprettelse af biomedicinske enheder.

Elektromagneter bruges også i musikalsk udstyr såsom højttalere og øretelefoner, strømtransformatorer, der øger eller formindsker strømmen spænding langs kraftledninger, induktionsopvarmning til madlavning og fremstilling og endda magnetiske separatorer til sortering af magnetiske materialer fra skrot metal. Induktionen til opvarmning og madlavning er især afhængig af, hvordan en elektromotorisk kraft producerer en strøm som reaktion på en ændring i magnetfeltet.

Endelig bruger maglev-tog en stærk elektromagnetisk kraft til at svæve et tog over et spor og superledende elektromagneter for at accelerere til høje hastigheder ved hurtige og effektive hastigheder. Bortset fra disse anvendelser kan du også finde elektromagneter, der bruges i applikationer som motorer, transformere, hovedtelefoner, højttalere, båndoptagere og partikelacceleratorer.