Πώς να αυξήσετε την ισχύ ενός ηλεκτρομαγνήτη

Οι ηλεκτρομαγνήτες λειτουργούν όπως και οι μόνιμοι μαγνήτες. Στην πραγματικότητα, είναι ακόμη πιο χρήσιμα, επειδή μπορείτε να τα ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε. Θα βρείτε ηλεκτρομαγνήτες σε σκληρούς δίσκους, ηχεία και ακόμη και σε εξελιγμένο εξοπλισμό όπως μηχανές μαγνητικής τομογραφίας και το μεγάλο Hadron Collider του CERN στη Γενεύη της Ελβετίας. Προφανώς χρειάζεστε έναν ισχυρότερο ηλεκτρομαγνήτη για ένα συγκολλητή σωματιδίων από ό, τι για ένα ηχείο, οπότε πώς οι επιστήμονες κάνουν τους μαγνήτες αρκετά ισχυρούς για να εστιάσουν μια δέσμη ηλεκτρονίων; Η απάντηση είναι λίγο πιο περίπλοκη από το να τις κάνουμε μεγαλύτερες, αν και αυτό είναι μέρος αυτής. Τα υλικά που χρησιμοποιείτε, η τάση που εφαρμόζετε και η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι όλα σημαντικά.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Για να αυξήσετε την ισχύ ενός ηλεκτρομαγνήτη, μπορείτε να αυξήσετε το ρεύμα ισχύος και υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να το κάνετε αυτό. Μπορείτε επίσης να αυξήσετε τον αριθμό των περιελίξεων, να μειώσετε τη θερμοκρασία περιβάλλοντος ή να αντικαταστήσετε τον μη μαγνητικό σας πυρήνα με ένα σιδηρομαγνητικό υλικό.

Ο Δανός επιστήμονας Hans Christian Orsted ήταν το πρώτο άτομο που παρατήρησε ότι ένα ρεύμα που διέρχεται από ένα καλώδιο μπορεί να επηρεάσει μια κοντινή πυξίδα. Με άλλα λόγια, δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Εάν τυλίξετε το καλώδιο γύρω από έναν πυρήνα, σχηματίζοντας αυτό που ονομάζεται σωληνοειδές, τα άκρα του πυρήνα θα έχουν αντίθετες πολικότητες, όπως ένας μόνιμος μαγνήτης. Η ισχύς του πεδίου εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος, τον αριθμό των περιελίξεων και το υλικό πυρήνα. Αυτό είναι το μόνο που πρέπει να θυμάστε εάν θέλετε να κάνετε τον μαγνήτη ισχυρότερο.

Σύμφωνα με το νόμο της Ampère, το μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα καλώδιο μεταφοράς ρεύματος είναι άμεσα ανάλογο με την ισχύ του ρεύματος. Με άλλα λόγια, αυξήστε την τρέχουσα ισχύ και αυξάνετε το μαγνητικό πεδίο και υπάρχουν περισσότεροι από ένας τρόποι για να το κάνετε αυτό:

• Αυξήστε την τάση: Ο νόμος του Ohm σας λέει ότι το ρεύμα είναι ανάλογο με την τάση, οπότε αν χρησιμοποιείτε τον ηλεκτρομαγνήτη σας σε μια μπαταρία 6 volt, μεταβείτε σε μια τάση 12 volt. Ωστόσο, δεν μπορείτε να συνεχίσετε να αυξάνετε την τάση επ 'αόριστον, επειδή η αντίσταση του καλωδίου αυξάνεται με τη θερμοκρασία έως ότου επιτευχθεί περιοριστικό ρεύμα. Αυτό σας φέρνει στην επόμενη επιλογή.

• Χαμηλώστε το Wire Gauge: Η αντίσταση των καλωδίων μειώνεται με την αύξηση της διατομής, μειώστε έτσι το εύρος του καλωδίου. Λάβετε υπόψη ότι η μείωση του μετρητή είναι συνώνυμη με την αύξηση του πάχους του καλωδίου. Εάν έχετε τυλίξει το σωληνοειδές σας με καλώδιο 16 gauge, αντικαταστήστε το με 14-gauge και ο μαγνήτης θα είναι ισχυρότερος.

• Μειώστε τη θερμοκρασία: Η αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία, οπότε αν μπορείτε να διατηρήσετε τον μαγνήτη σας κάτω από την κατάψυξη θερμοκρασίες, θα είναι ισχυρότερη από μία σε θερμοκρασία δωματίου, αν και η διαφορά πιθανώς δεν θα είναι να είσαι πολύ. Σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, ωστόσο, η αντίσταση σχεδόν εξαφανίζεται και τα καλώδια γίνονται εξαιρετικά αγώγιμα. Αυτό το γεγονός επιτρέπει στους επιστήμονες να σχεδιάσουν μαγνήτες με ισχυρή ισχύ, όπως αυτοί στο CERN.

• Χρησιμοποιήστε καλώδιο με υψηλή αγωγιμότητα: Μπορείτε επίσης να αυξήσετε το ρεύμα αναβαθμίζοντας σε καλώδιο με υψηλότερη αγωγιμότητα. Το σύρμα χαλκού είναι ίσως το πιο αγώγιμο σύρμα που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, αλλά το ασημένιο σύρμα είναι ακόμη πιο αγώγιμο. Μεταβείτε σε ασημένιο σύρμα, αν μπορείτε να το αντέξετε οικονομικά, και θα έχετε έναν ισχυρότερο μαγνήτη.
  

Η ισχύς ενός ηλεκτρομαγνήτη, επίσης γνωστή ως η μαγνητοκινητική του δύναμη (mmf), είναι ευθέως ανάλογη όχι μόνο του ρεύματος (Ι), αλλά και του αριθμού των περιελίξεων (η) γύρω από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Η αύξηση του αριθμού των περιελίξεων είναι ίσως ο ευκολότερος τρόπος για να αυξηθεί η ισχύς ενός ηλεκτρομαγνήτη. Δεδομένου ότι mmf = nI, ο διπλασιασμός του αριθμού των περιελίξεων διπλασιάζει την ισχύ του μαγνήτη. Είναι ωραίο να τυλίγετε τα καλώδια σε στρώματα γύρω από τον πυρήνα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας. Το μαγνητικό πεδίο δεν επηρεάζεται όταν τα καλώδια έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.

Εάν θέλετε, μπορείτε να φτιάξετε έναν ηλεκτρομαγνήτη τυλίγοντας σύρματα γύρω από ένα μεταχειρισμένο ρολό χαρτοπετσέτας, αλλά εάν θέλετε έναν ισχυρό μαγνήτη, τυλίξτε τα γύρω από έναν σίδηρο πυρήνα αντ 'αυτού. Ο σίδηρος είναι μαγνητικό υλικό και μαγνητίζεται όταν ενεργοποιείτε το ρεύμα. Αυτό σας δίνει, στην πραγματικότητα, δύο μαγνήτες στην τιμή ενός. Ο χάλυβας περιέχει σίδηρο, οπότε θα συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο, αν και όχι τόσο έντονα. Δύο άλλα σιδηρομαγνητικά μέταλλα που μπορεί να συναντήσετε είναι το νικέλιο και το κοβάλτιο.