Ein elektromagnetischer Kran ist ein Kran, der die Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus nutzt, um die Kraft zu erzeugen, die zum Heben schwerer Gegenstände erforderlich ist. Der Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus ist ein großartiges Thema für wissenschaftliche Projekte, und selbst wenn ein vollelektrischer Kran Projekt für Sie etwas zu praktisch ist, können Sie die zugrunde liegenden Prinzipien mit einem einfacheren Elektromagneten testen Experiment. Welchen Ansatz Sie auch immer für das Projekt verfolgen möchten, es wird ein klarer Beweis dafür sein, dass bewegte Ladungen Magnetfelder erzeugen, eines der Schlüsselprinzipien des Elektromagnetismus.
Prinzipien des Elektromagnetismus: Der motorische Effekt
Das Prinzip, das die Arbeit eines elektromagnetischen Krans ermöglicht, besteht darin, dass eine sich bewegende elektrische Ladung ein magnetisches Feld erzeugt. Das kannst du ganz einfach mit einem Magneten und einem einfachen Stromkreis in diesem Experiment aus dem Exploratorium demonstrieren. Holen Sie sich zwischen zwei und vier kleine Scheibenmagnete (obwohl andere Magnete auch funktionieren), 60 Zentimeter bis 1 Meter Draht und ein oder zwei 1,5-V-Batterien. Ziel ist es, den Stromkreis mit dem Draht zu verbinden, der von der Seite eines Tisches oder einer anderen erhöhten Oberfläche baumelt. Befestigen Sie den Akku (oder zwei in Reihe geschaltete Akkus) mit Kreppband in der Nähe der Kante am Tisch und Kleben Sie die beiden Enden des Drahtes auf den Tisch in der Nähe der Batterie (damit die Enden die freie Batterie erreichen können) Klemmen). Der Rest des Drahtes sollte über die Tischkante baumeln.
Verbinden Sie die beiden Drahtenden mit den Polen der Batterie. Im Draht beginnt ein Strom zu fließen. Verbinden Sie nun Ihre Magnete zu einem Zylinder und bringen Sie sie in die Nähe des Drahtes. Der Draht bewegt sich, wenn Sie den Magneten näher bringen. Denn der durch den Draht fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, das mit dem Magneten wechselwirkt.
Elektromagnetisches Grundlagenexperiment: Stärke von Elektromagneten
Wenn Sie mehr experimentieren möchten, aber keinen kompletten elektromagnetischen Kran bauen möchten, ist ein einfaches Demonstration mit diesem Experiment von Study.com kann zeigen, welche Faktoren die Stärke einer Elektromagnet. Besorgen Sie sich zwei (oder mehr) Batterien, ein elektrisches Kabel, einen Nagel (mindestens 3 Zoll lang ist ideal) und mehrere Büroklammern. Sie können einen einfachen Elektromagneten herstellen, indem Sie den Draht wie eine Spule um den Nagel wickeln und dann beide Enden des Drahtes an den Polen der Batterie befestigen. Ein Wissenschaftler würde sich jedoch mit einer so einfachen Demonstration nicht zufrieden geben. Wie stark ist der Magnet? Und was würde die Stärke des Magneten beeinflussen?
Erstellen Sie einen einfachen Elektromagneten mit einer bestimmten Anzahl von Drahtwicklungen um den Nagel, sagen wir 15. Verwenden Sie für diesen ersten Test eine Batterie. Schließen Sie nun den Draht an, um den Elektromagneten zum Laufen zu bringen, und sehen Sie, wie viele Büroklammern er anheben kann. Notieren Sie die maximale Anzahl Büroklammern, die Anzahl der verwendeten Wickel und die Anzahl der verwendeten Batterien. Versuchen Sie nun den Test erneut, erhöhen Sie jedoch die Anzahl der Wicklungen, z. B. auf 30. Wie viele Büroklammern kann das Setup jetzt heben? Notieren Sie sich das Ergebnis. Versuchen Sie nun, eine weitere Batterie in Reihe mit der ersten hinzuzufügen, um die Spannung zu erhöhen, die den Stromkreis mit Strom versorgt. Kann es mehr Büroklammern heben als mit einer einzigen Batterie für eine bestimmte Anzahl von Wickeln?
Einen elektromagnetischen Kran bauen
Ein Elektrokranprojekt ist eine natürliche Fortsetzung der bisher behandelten Projekte. Das Grundprinzip, dass eine bewegte Ladung ein Magnetfeld erzeugt, erklärt, warum dies geschieht, und Sie können dies verwenden, um einen Elektromagneten herzustellen, indem Sie einen stromdurchflossenen Draht um einen metallischen Kern wickeln. Darüber hinaus haben Sie festgestellt, dass eine höhere Spannung oder mehr Drahtwicklungen die Stärke des Magneten erhöhen.
Verwenden Sie diese Ergebnisse, um Ihren eigenen elektromagnetischen Kran zu erstellen. Die tatsächliche Konstruktion Ihres Krans kann variieren, aber die Schlüsselelemente sind ein Flaschenzugsystem mit dem am Ende befestigten Elektromagneten und eine stabile Basis für Ihren Kran (siehe Ressourcen für ein Beispiel). Sie können das Experiment aus dem vorherigen Abschnitt mit Ihrem Kran wiederholen oder alternativ das Gelernte verwenden, um einen leistungsfähigeren Kran zu bauen.