Comment construire un générateur de champ électromagnétique

Les phénomènes électromagnétiques sont partout, de la batterie de votre téléphone portable aux satellites qui renvoient des données vers la Terre. Vous pouvez décrire le comportement de l'électricité à travers les champs électromagnétiques, les régions autour des objets qui exercent des forces électriques et magnétiques, qui font toutes deux partie de la même force électromagnétique.

Parce que la force électromagnétique est présente dans de nombreuses applications de la vie quotidienne, vous pouvez même en construire une à l'aide d'une batterie et d'autres objets tels que du fil de cuivre ou des clous en métal qui traînent autour de votre maison pour démontrer ces phénomènes en physique par vous-même.

•••Syed Hussain Ather

• Vous pouvez construire un simple générateur de champ électromagnétique (emf) en utilisant du fil de cuivre et un clou en fer. Enroulez-les et connectez-les à une source de courant d'électrode pour démontrer la puissance du champ électrique. Il existe de nombreuses possibilités pour les générateurs emf de différentes tailles et puissances.

Construire ungénérateur de champ électromagnétique (fem)nécessite une bobine solénoïde de fil de cuivre (une forme d'hélice ou de spirale), un objet métallique tel qu'un clou de fer (par un générateur de clous), un fil isolant et une source de tension (telle qu'une batterie ou des électrodes) pour émettre de l'électricité courants.

Vous pouvez éventuellement utiliser des trombones en métal ou une boussole pour observer l'effet de la force électromotrice. Si l'objet métallique est ferromagnétique (comme le fer), un matériau qui peut être facilement magnétisé, il sera beaucoup, beaucoup plus efficace.

1. Placez les matériaux sur une surface non conductrice telle que du bois ou du béton.
2. Enroulez le fil de cuivre aussi étroitement que possible autour de l'objet métallique jusqu'à ce qu'il soit complètement recouvert. Plus il y a de bobines, plus le générateur de champ sera puissant.
   
3. Coupez le fil de cuivre de manière à ce qu'il y ait de petites parties de la tête et des extrémités de l'objet métallique.
4. Connectez une extrémité d'un morceau de fil isolé au cuivre dépassant de la tête de l'objet métallique. Connectez l'autre extrémité du fil isolé à une extrémité de la source de tension sur l'alimentation variable.
5. Ensuite, connectez une extrémité du fil isolé à la source de l'alimentation variable.
6. Placez quelques trombones près de l'objet métallique car il repose sur la surface.
7. Réglez le cadran de l'alimentation variable sur 0 volt.
8. Branchez l'alimentation et allumez-la.
9. Augmentez lentement la tension et observez les trombones. Vous les verrez réagir au champ magnétique de l'objet métallique dès qu'il sera suffisamment fort du générateur de clous.
10. Utilisez une boussole au milieu pour noter la direction du champ électromagnétique. L'aiguille de la boussole doit s'aligner avec l'axe de la bobine lorsque le courant circule.

L'électromagnétisme, l'une des quatre forces fondamentales de la nature, décrit comment un champ électromagnétique créé à partir du flux de courant électrique apparaît.

Lorsqu'un courant électrique traverse un fil, le champ magnétique augmente avec les bobines du fil. Cela permet à plus de courant de circuler sur une distance plus petite ou dans des chemins plus petits qui sont plus proches du clou métallique. Lorsque le courant circule dans un fil, le champ électromagnétique est circulaire autour du fil.

•••Syed Hussain Ather

Lorsque le courant traverse le fil, vous pouvez démontrer la direction du champ magnétique en utilisant la règle de la main droite. Cette règle signifie que, si vous placez votre pouce droit dans la direction du courant du fil, vos doigts s'enrouleront dans la direction du champ magnétique. Ces règles empiriques peuvent vous aider à vous souvenir de la direction que prennent ces phénomènes.

•••Syed Hussain Ather

La règle de droite s'applique également à la forme du solénoïde du courant autour de l'objet métallique. Lorsque le courant circule en boucles autour du fil, il génère un champ magnétique dans le clou métallique ou un autre objet. Cela crée unélectro-aimantqui interfère avec la direction de la boussole et peut attirer des trombones métalliques. Ce type d'émetteur de champ électromagnétique fonctionne différemment des aimants permanents.

Contrairement aux aimants permanents, les électro-aimants ont besoin d'un courant électrique à travers eux pour dégager un champ magnétique pour leurs utilisations. Cela permet aux scientifiques, ingénieurs et autres professionnels de les utiliser pour un large éventail d'applications et de les contrôler fortement.

Le champ magnétique pour un courant induit dans la forme du solénoïde de l'électromagnétique peut être calculé comme

dans lequelBest le champ magnétique en Teslas,μ​_​0​ (prononcé "mu naught") est la perméabilité de l'espace libre (une valeur constante 1,257 x 10^-6), ​Lest la longueur de l'objet métallique parallèle au champ etmest le nombre de boucles autour de l'électroaimant. En utilisant la loi d'Ampère,

vous pouvez calculer le courantje(en ampères).

Ces équations dépendent étroitement de la géométrie du solénoïde avec les fils s'enroulant aussi près que possible autour du clou métallique. Gardez à l'esprit que le sens du courant est opposé au flux d'électrons. Utilisez-le pour déterminer comment le champ magnétique devrait changer et voir si l'aiguille de la boussole change comme vous le feriez pour calculer ou déterminer à l'aide de la règle de la main droite.

•••Syed Hussain Ather

Les modifications de la loi d'Ampère dépendent de la géométrie du générateur de force électromotrice. Dans le cas d'un électro-aimant toroïdal en forme d'anneau, le champ

pourmnombre de boucles etrrayon du centre au centre des objets métalliques. La circonférence d'un cercle (2 π r)dans le dénominateur reflète la nouvelle longueur du champ magnétique qui prend une forme circulaire dans tout le tore. Les formes des générateurs emf permettent aux scientifiques et aux ingénieurs d'exploiter leur puissance.

Les formes toroïdales sont utilisées dans les transformateurs utilisent les bobines enroulées autour d'elles en différentes couches de sorte que, lorsqu'un courant est induit à travers lui, la force électromotrice résultante et le courant qu'il crée en réponse transfèrent la puissance entre différents bobines. La forme lui permet d'utiliser des bobines plus courtes qui réduisent les pertes de résistance ou les pertes dues à la façon dont les courants sont enroulés. Cela rend les transformateurs toroïdaux efficaces dans la façon dont ils utilisent l'énergie.

Les électroaimants peuvent s'étendre dans une grande quantité d'applications de machines industrielles, composants informatiques, supraconductivité et recherche scientifique elle-même. Les matériaux supraconducteurs n'atteignent pratiquement aucune résistance électrique à très basse température (proche de 0 Kelvin) qui peut être utilisé dans les équipements scientifiques et médicaux.

Cela comprend l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et les accélérateurs de particules. Les solénoïdes sont utilisés pour générer des champs magnétiques dans les imprimantes matricielles, les injecteurs de carburant et les machines industrielles. Les transformateurs toriques en particulier ont également des utilisations dans l'industrie médicale pour leur efficacité dans la création de dispositifs biomédicaux.

Les électro-aimants sont également utilisés dans les équipements musicaux tels que les haut-parleurs et les écouteurs, les transformateurs de puissance qui augmentent ou diminuent le courant tension le long des lignes électriques, chauffage par induction pour la cuisson et la fabrication et même des séparateurs magnétiques pour trier les matériaux magnétiques de la ferraille métal. L'induction pour le chauffage et la cuisson en particulier repose sur la façon dont une force électromotrice produit un courant en réponse à un changement de champ magnétique.

Enfin, les trains maglev utilisent une force électromagnétique puissante pour faire léviter un train au-dessus d'une voie et des électroaimants supraconducteurs pour accélérer à des vitesses élevées à des taux rapides et efficaces. Outre ces utilisations, vous pouvez également trouver des électro-aimants utilisés dans des applications telles que les moteurs, les transformateurs, les écouteurs, les haut-parleurs, les magnétophones et les accélérateurs de particules.