So bauen Sie einen elektromagnetischen Feldgenerator

Elektromagnetische Phänomene sind überall, von der Batterie Ihres Handys bis hin zu den Satelliten, die Daten zur Erde senden. Sie können das Verhalten von Elektrizität durch elektromagnetische Felder beschreiben, Bereiche um Objekte, die elektrische und magnetische Kräfte ausüben, die beide Teil derselben elektromagnetischen Kraft sind.

Da die elektromagnetische Kraft in so vielen Anwendungen des täglichen Lebens zu finden ist, können Sie sogar eine mit einer Batterie bauen und andere Gegenstände wie Kupferdraht oder Metallnägel, die in Ihrem Haus herumliegen, um diese Phänomene in der Physik selbst zu demonstrieren.

•••Syed Hussain Ather

• Sie können einen einfachen Generator für ein elektromagnetisches Feld (EMK) aus Kupferdraht und einem Eisennagel bauen. Wickeln Sie sie um und schließen Sie sie an eine Elektrodenstromquelle an, um die Kraft des elektrischen Felds zu demonstrieren. Es gibt viele Möglichkeiten, die Sie für EMK-Generatoren unterschiedlicher Größe und Leistung herstellen können.

Gebäude undGenerator für elektromagnetische Felder (EMK)erfordert eine Magnetspule aus Kupferdraht (Helix- oder Spiralform), einen Metallgegenstand wie einen Eisennagel (für einen Nagelgenerator), Isolierdraht und eine Spannungsquelle (wie eine Batterie oder Elektroden) zur Abgabe von elektrischem Ströme.

Sie können optional Metallbüroklammern oder einen Kompass verwenden, um die Wirkung der EMK zu beobachten. Wenn das Metallobjekt ferromagnetisch ist (z. B. Eisen), ein Material, das leicht magnetisiert werden kann, ist es viel, viel effektiver.

1. Legen Sie die Materialien auf eine nicht leitende Oberfläche wie Holz oder Beton.
2. Wickeln Sie den Kupferdraht so fest wie möglich um das Metallobjekt, bis es vollständig bedeckt ist. Je mehr Spulen, desto stärker ist der Feldgenerator.
   
3. Schneiden Sie den Kupferdraht so ab, dass kleine Teile davon vom Kopf und den Enden des Metallgegenstands entfernt sind.
4. Verbinden Sie ein Ende eines isolierten Drahtes mit dem Kupfer, das aus dem Kopf des Metallgegenstandes herausragt. Verbinden Sie das andere Ende des isolierten Drahtes mit einem Ende der Spannungsquelle der variablen Stromversorgung.
5. Verbinden Sie dann ein Ende des isolierten Drahts mit der Quelle der variablen Stromversorgung.
6. Platzieren Sie ein paar Büroklammern in der Nähe des Metallobjekts, wenn es auf der Oberfläche liegt.
7. Stellen Sie den Drehknopf an der variablen Stromversorgung auf 0 Volt.
8. Stecken Sie das Netzteil ein und schalten Sie es ein.
9. Drehen Sie den Spannungsregler langsam nach oben und beobachten Sie die Büroklammern. Sie werden sehen, wie sie auf das Magnetfeld des Metallgegenstandes reagieren, sobald es stark genug vom Nagelgenerator ist.
10. Verwenden Sie einen Kompass in der Mitte, um die Richtung des elektromagnetischen Feldes zu notieren. Die Kompassnadel sollte bei Stromfluss mit der Achse der Spule ausgerichtet sein.

Elektromagnetismus, eine der vier Grundkräfte der Natur, beschreibt, wie ein elektromagnetisches Feld entsteht, das aus dem Fluss von elektrischem Strom entsteht.

Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, nimmt das Magnetfeld mit den Spulen des Drahtes zu. Dadurch kann mehr Strom über eine kleinere Distanz oder in kleineren Pfaden fließen, die näher am Metallnagel liegen. Wenn Strom durch einen Draht fließt, ist das elektromagnetische Feld kreisförmig um den Draht herum.

•••Syed Hussain Ather

Wenn Strom durch den Draht fließt, können Sie mit der Rechte-Hand-Regel die Richtung des Magnetfelds nachweisen. Diese Regel bedeutet, dass sich Ihre Finger in Richtung des Magnetfelds kräuseln, wenn Sie Ihren rechten Daumen in Richtung des Stroms des Drahtes legen. Diese Faustregeln können Ihnen helfen, sich an die Richtung zu erinnern, die diese Phänomene haben.

•••Syed Hussain Ather

Die Rechte-Hand-Regel gilt auch für die Magnetform des Stroms um das Metallobjekt. Wenn der Strom in Schleifen um den Draht fließt, erzeugt er ein Magnetfeld im Metallnagel oder einem anderen Objekt. Dadurch entsteht einElektromagnetdas die Kompassrichtung stört und Metallbüroklammern anziehen kann. Diese Art von elektromagnetischen Feldsendern funktioniert anders als Permanentmagnete.

Im Gegensatz zu Permanentmagneten benötigen Elektromagnete einen elektrischen Strom durch sie, um ein Magnetfeld für ihre Verwendung abzugeben. Dies ermöglicht Wissenschaftlern, Ingenieuren und anderen Fachleuten, sie für eine Vielzahl von Anwendungen zu verwenden und sie stark zu kontrollieren.

Das Magnetfeld für einen induzierten Strom in der Magnetform des Elektromagneten kann berechnet werden als

in welchemBist das Magnetfeld in Teslas,μ​_​0​ (ausgesprochen "mu naught") ist die Durchlässigkeit des freien Raums (ein konstanter Wert von 1,257 x 10^-6), ​List die Länge des Metallobjekts parallel zum Feld undneinist die Anzahl der Schleifen um den Elektromagneten. Unter Verwendung des Ampere-Gesetzes

Sie können den Strom berechnen calculatet ich(in Ampere).

Diese Gleichungen hängen eng von der Geometrie des Solenoids ab, wobei die Drähte so nah wie möglich um den Metallnagel herum gewickelt werden. Beachten Sie, dass die Stromrichtung dem Elektronenfluss entgegengesetzt ist. Verwenden Sie dies, um herauszufinden, wie sich das Magnetfeld ändern sollte, und sehen Sie, ob sich die Kompassnadel ändert, wie Sie es mit der Rechts-Hand-Regel berechnen oder bestimmen würden.

•••Syed Hussain Ather

Änderungen des Ampere-Gesetzes hängen von der Geometrie des EMK-Generators ab. Bei einem toroidförmigen, donutförmigen Elektromagneten ist das Feld

zumneinAnzahl der Schleifen undrRadius von der Mitte zur Mitte der Metallobjekte. Der Umfang eines Kreises (2 π r)im Nenner spiegelt die neue Länge des Magnetfelds wider, das im gesamten Toroid eine kreisförmige Form annimmt. Die Formen von EMK-Generatoren ermöglichen es Wissenschaftlern und Ingenieuren, ihre Kraft zu nutzen.

In Transformatoren werden toroidale Formen verwendet, bei denen die Spulen in verschiedenen Schichten so gewickelt sind, dass bei einem Strom a wird dadurch induziert, die resultierende EMK und der Strom, die als Reaktion erzeugt werden, übertragen Leistung zwischen verschiedenen Spulen. Die Form ermöglicht kürzere Spulen, die die Widerstandsverluste oder Verluste aufgrund der Art und Weise, wie die Ströme gewickelt sind, reduzieren. Dies macht Ringkerntransformatoren effizient in der Energienutzung.

Elektromagnete können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von Industriemaschinen, Computerkomponenten, Supraleitung und der wissenschaftlichen Forschung selbst. Supraleitende Materialien erreichen bei sehr niedrigen Temperaturen (nahe 0 Kelvin) praktisch keinen elektrischen Widerstand, der in wissenschaftlichen und medizinischen Geräten verwendet werden kann.

Dazu gehören Magnetresonanztomographie (MRT) und Teilchenbeschleuniger. Magnete werden zur Erzeugung von Magnetfeldern in Nadeldruckern, Einspritzdüsen und Industriemaschinen verwendet. Insbesondere Ringkerntransformatoren werden aufgrund ihrer Effizienz bei der Herstellung biomedizinischer Geräte auch in der medizinischen Industrie verwendet.

Elektromagnete werden auch in Musikgeräten wie Lautsprechern und Ohrhörern verwendet, Leistungstransformatoren, die den Strom erhöhen oder verringern Spannung an Stromleitungen, Induktionserwärmung zum Kochen und Herstellen und sogar Magnetabscheider zum Sortieren von magnetischen Materialien aus Schrott Metall. Die Induktion zum Erhitzen und Kochen beruht insbesondere darauf, wie eine elektromotorische Kraft als Reaktion auf eine Änderung des Magnetfelds einen Strom erzeugt.

Schließlich verwenden Magnetschwebebahnen eine starke elektromagnetische Kraft, um einen Zug über einem Gleis schweben zu lassen, und supraleitende Elektromagnete, um mit schnellen, effizienten Geschwindigkeiten auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Abgesehen von diesen Anwendungen finden Sie auch Elektromagnete, die in Anwendungen wie Motoren, Transformatoren, Kopfhörern, Lautsprechern, Tonbandgeräten und Teilchenbeschleunigern verwendet werden.