Sådan øges styrken af ​​en elektromagnet

Elektromagneter fungerer lige så godt som permanente magneter. Faktisk er de endnu mere nyttige, fordi du kan tænde og slukke for dem. Du finder elektromagneter i harddiske, højttalere og endda i sofistikeret udstyr som MR-maskiner og CERNs store Hadron Collider i Genève, Schweiz. Du har naturligvis brug for en stærkere elektromagnet til en partikelkollider, end du gør for en højttaler, så hvordan laver forskere magneter kraftige nok til at fokusere en elektronstråle? Svaret er lidt mere kompliceret end blot at gøre dem større, selvom det er en del af det. De anvendte materialer, den spænding, du anvender, og den omgivende temperatur er alle vigtige.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

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

Den danske videnskabsmand Hans Christian Orsted var den første person, der bemærkede, at en strøm, der løber gennem en ledning, kan påvirke et nærliggende kompas. Med andre ord genererer det et magnetfelt. Hvis du vikler ledningen omkring en kerne og danner det, der kaldes en solenoid, vil kernens ender antage modsatte polariteter, ligesom en permanent magnet. Markens styrke afhænger af strømens størrelse, antallet af viklinger og kernematerialet. Dette er alt hvad du behøver at huske, hvis du vil gøre magneten stærkere.

Ifølge Ampères lov er magnetfeltet omkring en strømførende ledning direkte proportional med strømens styrke. Med andre ord øges den aktuelle 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, skal du skifte til en 12 volt. Du kan dog ikke fortsætte med at øge spændingen på ubestemt tid, fordi ledningsmodstanden stiger med temperaturen, indtil en begrænsende strøm opnås. Det bringer dig til den næste mulighed.

• Sænk ledningsmåleren: Trådmodstanden falder med stigende tværsnitsareal, så reducer trådmåleren. Husk, at reduktion af måleren er synonymt med at øge trådtykkelsen. Hvis du har pakket din magnetventil 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 under frysepunktet temperaturer, vil den være stærkere end en ved stuetemperatur, selvom forskellen sandsynligvis ikke vil være meget. Ved ekstremt lave temperaturer forsvinder modstanden næsten, og ledningerne bliver superledende. Denne kendsgerning gør det muligt for forskere at designe uber-stærke magneter, som dem på CERN.

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

Styrken af ​​en elektromagnet, også kendt som dens magnetkraft (mmf), er direkte proportional med ikke kun strømmen (I), men også antallet af viklinger (n) omkring solenoiden. At øge antallet af viklinger er sandsynligvis den nemmeste måde at øge styrken på en elektromagnet på. Da mmf = nI, fordobler antallet af viklinger, magneten. Det er fint at vikle ledningerne i lag rundt om magnetkernen. Magnetfeltet påvirkes ikke, når ledningerne er i kontakt med hinanden.

Hvis du vil, kan du lave en elektromagnet ved at pakke ledninger rundt om en brugt papirhåndklædrulle, men hvis du vil have en stærk magnet, skal du vikle dem rundt om en jernkerne i stedet. Jern er et magnetisk materiale, og det magnetiseres, når du tænder for strømmen. Dette giver dig faktisk to magneter til prisen for en. Stål indeholder jern, så det opfører sig på samme måde, men ikke så stærkt. To andre ferromagnetiske metaller, som du måske støder på, er nikkel og cobalt.