Kuinka lisätä sähkömagneetin voimaa

Sähkömagneetit toimivat yhtä hyvin kuin kestomagneetit. Itse asiassa ne ovat vielä hyödyllisempiä, koska voit kytkeä ne päälle ja pois päältä. Löydät sähkömagneetteja kiintolevyiltä, ​​kaiuttimista ja jopa hienostuneista laitteista, kuten magneettikuvauskoneet ja CERN: n suuri Hadron Collider Genevessä, Sveitsissä. Tarvitset tietysti vahvemman sähkömagneetin hiukkasen törmäyslaitteelle kuin kaiuttimelle, joten miten tutkijat tekevät magneeteista tarpeeksi voimakkaita kohdistamaan elektronisuihkun? Vastaus on hiukan monimutkaisempi kuin yksinkertaisesti tehdä niistä isompi, vaikka se onkin osa sitä. Käyttämäsi materiaalit, käyttämäsi jännite ja ympäristön lämpötila ovat kaikki tärkeitä.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Voit lisätä sähkömagneetin voimakkuutta lisäämällä vahvuusvirtaa, ja siihen on useita tapoja. Voit myös lisätä käämien määrää, laskea ympäristön lämpötilaa tai korvata ei-magneettisen ytimen ferromagneettisella materiaalilla.

Tanskalainen tiedemies Hans Christian Orsted huomasi ensimmäisenä, että langan läpi kulkeva virta voi vaikuttaa läheiseen kompassiin. Toisin sanoen se tuottaa magneettikentän. Jos kierrät langan ytimen ympärille muodostaen ns. Solenoidin, ytimen päät ottavat vastakkaisen polariteetin, kuten kestomagneetti. Kentän voimakkuus riippuu virran suuruudesta, käämien lukumäärästä ja ydinmateriaalista. Tämä on kaikki mitä sinun on muistettava, jos haluat tehdä magneetista vahvemman.

Ampèren lain mukaan magneettikenttä virtaa kuljettavan langan ympärillä on suoraan verrannollinen virran voimakkuuteen. Toisin sanoen, lisää nykyistä voimaa ja lisäät magneettikenttää, ja tähän on enemmän kuin yksi tapa:

• Lisää jännitettä: Ohmin laki kertoo, että virta on verrannollinen jännitteeseen, joten jos käytät sähkömagneettia 6 voltin akulla, vaihda 12 voltin virtalähteeseen. Et kuitenkaan voi jatkaa jännitteen kasvua loputtomiin, koska langan vastus kasvaa lämpötilan mukana, kunnes saavutetaan rajoittava virta. Se vie sinut seuraavaan vaihtoehtoon.

• Laske lankamittari: Langan vastus pienenee poikkipinta-alan kasvaessa, joten pienennä lankamittaria. Muista, että mittarin pienentäminen on synonyymi langan paksuuden lisäämiselle. Jos olet käärittänyt solenoidin 16-ulotteisella langalla, vaihda se 14-mittariin, ja magneetti on vahvempi.

• Alenna lämpötilaa: Vastus kasvaa lämpötilan mukana, joten jos pystyt pitämään magneettisi pakkasen alapuolella lämpötiloissa, se on vahvempi kuin yksi huoneenlämmössä, vaikka ero todennäköisesti ei olla paljon. Erittäin alhaisissa lämpötiloissa vastus kuitenkin melkein häviää ja johtimista tulee superjohtavia. Tämän tosiasian avulla tutkijat voivat suunnitella uber-voimakkaita magneetteja, kuten CERN: n magneetteja.

• Käytä johtoa, jolla on korkea johtavuus: Voit myös lisätä virtaa päivittämällä johtimeksi, jolla on suurempi johtavuus. Kuparilanka on luultavasti johtavin lanka, jota voit käyttää, mutta hopealanka on vieläkin johtavampi. Vaihda hopealankaan, jos sinulla on siihen varaa, ja sinulla on vahvempi magneetti.
  

Sähkömagneetin, joka tunnetaan myös nimellä magnetomotorinen voimansa (mmf), vahvuus on suoraan verrannollinen paitsi virtaan (I) myös solenoidin ympärillä olevien käämien lukumäärään (n). Käämien määrän lisääminen on luultavasti helpoin tapa lisätä sähkömagneetin voimaa. Koska mmf = nI, käämitysten kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa magneetin lujuuden. On hienoa kääriä johdot kerroksittain solenoidiytimen ympärille. Magneettikenttä ei muutu, kun johdot ovat kosketuksessa toistensa kanssa.

Halutessasi voit tehdä sähkömagneetin kiertämällä johdot käytetyn paperipyyherullan ympärille, mutta jos haluat vahvan magneetin, kääri ne rautaytimen ympärille. Rauta on magneettinen materiaali, ja se magnetisoituu, kun kytket virran päälle. Tämä antaa sinulle itse asiassa kaksi magneettia yhden hinnalla. Teräs sisältää rautaa, joten se käyttäytyy samalla tavalla, vaikkakaan ei niin voimakkaasti. Kaksi muuta ferromagneettista metallia, joita saatat kohdata, ovat nikkeli ja koboltti.