En elektromagnetisk kran er en kran, der bruger forbindelsen mellem elektricitet og magnetisme til at producere den krævede kraft til at løfte tunge genstande. Forbindelsen mellem elektricitet og magnetisme er et godt emne for videnskabelige projekter, og selvom en fuld elektrisk kran projektet er lidt for praktisk for dig, du kan teste principperne bag det med en enklere elektromagnet eksperiment. Uanset hvilken tilgang du vil tage til projektet, vil det være en klar demonstration af, at bevægelige ladninger genererer magnetfelter, et af nøgleprincipperne for elektromagnetisme.
Principper for elektromagnetisme: motoreffekten
Princippet, der gør det muligt for en elektromagnetisk kran at arbejde, er at en elektrisk ladning i bevægelse genererer et magnetfelt. Du kan demonstrere dette let med en magnet og et simpelt elektrisk kredsløb i dette eksperiment fra Exploratorium. Få mellem to og fire små diskmagneter (selvom andre magneter også fungerer), 60 til 1 meter ledning og et eller to 1,5 V batterier. Målet er at forbinde kredsløbet med ledningen, der hænger ud fra siden af et bord eller en anden hævet overflade. Sæt batteriet (eller to batterier, der er tilsluttet i serie) til bordet med maskeringstape, tæt på kanten og tape de to ender af ledningen til bordet i nærheden af batteriet (så enderne kan nå det frie batteri terminaler). Den resterende del af ledningen skal dingle ned over kanten af bordet.
Tilslut de to ender af ledningen til polerne på batteriet. En strøm begynder at strømme i ledningen. Forbind nu dine magneter sammen som en cylinder og bring dem tæt på ledningen. Ledningen bevæger sig, når du bringer magneten tæt på den. Dette skyldes, at strømmen, der strømmer gennem ledningen, genererer et magnetfelt, der interagerer med magneten.
Grundlæggende elektromagneteksperiment: Styrke af elektromagneter
Hvis du vil have mere af et eksperiment, men ikke ønsker at lave en komplet elektromagnetisk kran, en simpel demonstration med dette eksperiment fra Study.com kan afsløre, hvilke faktorer der påvirker styrken af et elektromagnet. Få to (eller flere) batterier, nogle elektriske ledninger, et søm (mindst 3 tommer langt er ideelt) og flere papirclips. Du kan fremstille en grundlæggende elektromagnet ved at vikle ledningen omkring neglen som en spole og derefter fastgøre begge ender af ledningen til batteriets terminaler. En videnskabsmand ville dog ikke være tilfreds med en sådan simpel demonstration. Hvor stærk er magneten? Og hvad ville påvirke, hvor stærk magneten er?
Opret en grundlæggende elektromagnet med et sæt antal trådindpakninger omkring neglen, siger 15. Brug et batteri til denne første test. Tilslut nu ledningen for at få elektromagneten til at fungere, og se hvor mange papirclips den kan løfte op. Noter det maksimale antal papirclips, antallet af anvendte emballager og antallet af anvendte batterier. Prøv nu testen igen, men øg f.eks. Antallet af indpakninger til 30. Hvor mange papirclips kan opsætningen løftes nu? Noter resultatet nede. Prøv nu at tilføje et andet batteri i serie med det første for at øge spændingen, der driver kredsløbet. Kan det løfte flere papirclips end det kunne med et enkelt batteri til et givet antal omslag?
Fremstilling af en elektromagnetisk kran
Et elektrisk kranprojekt er en naturlig fortsættelse af de hidtil dækkede projekter. Det grundlæggende princip, at en bevægende ladning genererer et magnetfelt, forklarer, hvorfor det sker, og du kan bruge dette til at fremstille en elektromagnet ved at vikle en strømførende ledning omkring en metallisk kerne. Derudover har du fundet ud af, at en større spænding eller flere omviklinger af ledning øger magnetens styrke.
Brug disse resultater til at oprette din egen elektromagnetiske kran. Den faktiske konstruktion af din kran kan variere, men nøgleelementerne er et remskivesystem med elektromagneten fastgjort til enden og en stabil base til din kran (se Ressourcer for et eksempel). Du kan replikere eksperimentet fra det foregående afsnit med din kran eller alternativt bruge det, du lærte, til at lave en mere kraftfuld kran.