Elektromagnetid töötavad sama hästi kui püsimagnetid. Tegelikult on need veelgi kasulikumad, sest saate neid sisse ja välja lülitada. Elektromagnetid leiate kõvakettadelt, kõlaritest ja isegi sellistest keerukatest seadmetest nagu MRI-aparaadid ja CERNi suur hadroni kollektor Šveitsis Genfis. Ilmselt vajate tahkete osakeste jaoks tugevamat elektromagnetit kui kõlaril, nii et kuidas saaksid teadlased magnetid piisavalt võimsaks elektronkiire fokusseerida? Vastus on natuke keerulisem kui lihtsalt suuremaks muutmine, ehkki see on osa sellest. Olulised on teie kasutatavad materjalid, rakendatav pinge ja ümbritsev temperatuur.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Elektromagneti tugevuse suurendamiseks võite suurendada tugevusvoolu ja selleks on mitu võimalust. Samuti saate suurendada mähiste arvu, alandada ümbritsevat temperatuuri või asendada oma mittemagnetilise südamiku ferromagnetilise materjaliga.
Kõik on seotud elektromagnetilise induktsiooniga
Taani teadlane Hans Christian Orsted oli esimene inimene, kes märkas, et läbi traadi kulgev vool võib mõjutada lähedal asuvat kompassi. Teisisõnu tekitab see magnetvälja. Kui keerate traadi südamiku ümber, moodustades nn solenoidi, on südamiku otsad vastupidise polaarsusega nagu püsimagnet. Välja tugevus sõltub voolu suurusest, mähiste arvust ja südamiku materjalist. See on kõik, mida peate meeles pidama, kui soovite magnetti tugevamaks muuta.
Suurendage praegust suurust
Ampère'i seaduse kohaselt on voolu kandva traadi ümber olev magnetväli otseselt proportsionaalne voolu tugevusega. Teisisõnu, suurendage praegust tugevust ja suurendate magnetvälja ning selleks on mitu võimalust:
- Suurendage pinget: Ohmi seadus ütleb teile, et vool on proportsionaalne pingega, nii et kui töötate oma elektromagnetiga 6-voldisel akul, lülitage 12-voldisele. Siiski ei saa te pinget lõputult suurendada, sest juhtme takistus suureneb temperatuuri abil, kuni saavutatakse piirav vool. See viib teid järgmise variandi juurde.
- Langetage juhtme gabariit: Traadi takistus väheneb ristlõikepinna suurenemisega, seega vähendage traadi gabariiti. Pidage meeles, et gabariidi vähendamine on traadi paksuse suurendamise sünonüüm. Kui olete mähkinud solenoidi 16-mõõtmelise traadiga, asendage see 14-mõõturiga ja magnet on tugevam.
- Alandage temperatuuri: Vastupidavus suureneb koos temperatuuriga, nii et kui suudate hoida oma magnetit madalamal temperatuuril temperatuuril, on see toatemperatuuril tugevam kui üks, ehkki erinevus tõenäoliselt mitte ole palju. Äärmiselt madalatel temperatuuridel aga takistus peaaegu kaob ja juhtmed muutuvad ülijuhtivaks. See asjaolu võimaldab teadlastel kujundada uber-võimsaid magneteid, nagu näiteks CERNis.
-
Kasutage kõrge juhtivusega traati: Voolu saate suurendada ka kõrgema juhtivusega juhtmeks üleminekul. Vasktraat on tõenäoliselt kõige juhtivam traat, mida saate kasutada, kuid hõbedane traat on veelgi juhtivam. Kui saate seda endale lubada, lülitage hõbedane traat ja teil on tugevam magnet.
Suurendage mähiste arvu
Elektromagneti, mida tuntakse ka kui magnetomotoorjõudu (mmf), tugevus on otseselt proportsionaalne mitte ainult voolu (I), vaid ka solenoidi ümbritsevate mähiste arvuga (n). Mähiste arvu suurendamine on ilmselt kõige lihtsam viis elektromagneti tugevuse suurendamiseks. Kuna mmf = nI, kahekordistab mähiste arvu kahekordne magneti tugevus. See on hea, kui mähkida juhtmed kihtidena ümber solenoidtuuma. Magnetväli ei muutu, kui juhtmed on üksteisega kontaktis.
Kasutage ferromagnetilist südamikku
Soovi korral saate teha elektromagneti, keerates juhtmed ümber kasutatud paberrätikurulli, kuid kui soovite tugevat magnetit, keerake need ümber rauast südamiku. Raud on magnetiline materjal ja see magnetiseerub voolu sisselülitamisel. See annab teile tegelikult kaks magnetit ühe hinnaga. Teras sisaldab rauda, nii et see käitub samamoodi, kuigi mitte nii tugevalt. Kaks teist ferromagnetilist metalli, millega võite kokku puutuda, on nikkel ja koobalt.