Elektromagnetski su fenomeni svugdje, od baterije vašeg mobitela do satelita koji podatke šalju natrag na Zemlju. Možete opisati ponašanje električne energije kroz elektromagnetska polja, područja oko predmeta koji djeluju električne i magnetske sile, koje su obje iste elektromagnetske sile.
Budući da se elektromagnetska sila nalazi u toliko mnogo slučajeva u svakodnevnom životu, možete je čak i izraditi pomoću baterije i drugi predmeti poput bakrene žice ili metalnih čavala koji leže oko vaše kuće kako biste sami pokazali ove pojave u fizici.
•••Syed Hussain Ather
Izgradite EMF generator
Savjeti
Možete izgraditi jednostavan generator elektromagnetskog polja (EMS) pomoću bakrene žice i željeznog čavla. Omotajte ih i spojite na izvor struje elektrode da biste demonstrirali snagu električnog polja. Mnogo je mogućnosti koje možete stvoriti za emf generatore različite veličine i snage.
Izgradnjagenerator elektromagnetskog polja (emf)potrebna je magnetna zavojnica od bakrene žice (zavojnica ili spiralni oblik), metalni predmet poput željeznog čavla (za generator čavala), izolacijska žica i izvor napona (poput baterije ili elektroda) za emitiranje električne energije struje.
Po želji možete upotrijebiti metalne spajalice ili kompas kako biste promatrali učinak emf. Ako je metalni predmet feromagnetski (kao što je željezo), materijal koji se lako može magnetizirati, bit će mnogo, puno učinkovitiji.
- Postavite materijale na neprovodnu površinu poput drveta ili betona.
- Bakrenu žicu namotajte što čvršće oko metalnog predmeta dok potpuno ne pokrije. Što više zavojnica, to će generator polja biti jači.
- Pričvrstite bakrenu žicu tako da je ima malih dijelova s glave i krajeva metalnog predmeta.
- Spojite jedan kraj dijela izolirane žice na bakar koji viri iz glave metalnog predmeta. Drugi kraj izolirane žice spojite na jedan kraj izvora napona na promjenjivom napajanju.
- Zatim spojite jedan kraj izolirane žice na izvor na promjenjivom napajanju.
- Stavite nekoliko spajalica u blizini metalnog predmeta dok leži na površini.
- Postavite točkić na promjenjivom napajanju na 0 volti.
- Priključite napajanje i uključite ga.
- Polako okrenite kotačić za napon i gledajte spajalice. Vidjet ćete kako reagiraju na magnetsko polje metalnog predmeta čim ono postane dovoljno snažno od generatora noktiju.
- Kompasom u sredini zabilježite smjer elektromagnetskog polja. Igla kompasa trebala bi se poravnati s osi zavojnice kad struja teče.
Fizika EMF generatora
Elektromagnetizam, jedna od četiri temeljne sile prirode, opisuje kako nastaje elektromagnetsko polje stvoreno iz protoka električne struje.
Kad električna struja teče kroz žicu, magnetsko polje raste s zavojnicama žice. To omogućuje da više struje teče kroz manju udaljenost ili manjim putovima koji su bliži metalnom čavlu. Kad struja teče kroz žicu, elektromagnetsko polje je kružno oko žice.
•••Syed Hussain Ather
Kad struja teče kroz žicu, možete pokazati smjer magnetskog polja pomoću desnog pravila. Ovo pravilo znači da će se, ako desni palac postavite u smjeru struje žice, prsti uviti u smjeru magnetskog polja. Ova osnovna pravila mogu vam pomoći da se sjetite smjera u kojem imaju ove pojave.
•••Syed Hussain Ather
Pravilo s desne strane također se odnosi na oblik magnetske struje oko metalnog predmeta. Kada struja putuje u petljama oko žice, ona stvara magnetsko polje u metalnom čavlu ili drugom predmetu. Ovo stvaraelektromagnetkoji ometa smjer kompasa i na njega može privući metalne spajalice. Ova vrsta odašiljača elektromagnetskog polja djeluje drugačije od trajnih magneta.
Za razliku od trajnih magneta, elektromagneti trebaju električnu struju kroz njih kako bi odavali magnetsko polje za svoju upotrebu. To omogućuje znanstvenicima, inženjerima i drugim stručnjacima da ih koriste za širok spektar primjena i snažno kontroliraju.
Magnetsko polje EMF generatora
Magnetsko polje za induciranu struju u obliku elektromagnetskog elektromagneta može se izračunati kao
B = \ mu_0 nL
u kojemBje magnetsko polje u Tesli,μ0 (izgovara se "mu ništa") je propusnost slobodnog prostora (konstantna vrijednost 1,257 x 10-6), Lje duljina metalnog predmeta paralelnog polju inje broj petlji oko elektromagneta. Koristeći Ampereov zakon,
B = \ frac {\ mu_0 I} {L}
možete izračunati valutut ja(u pojačalima).
Te jednadžbe usko ovise o geometriji solenoida s žicama koje se omotavaju što je moguće bliže oko metalnog čavla. Imajte na umu da je smjer struje suprotan protoku elektrona. Upotrijebite ovo da biste shvatili kako bi se magnetsko polje trebalo mijenjati i vidjeli hoće li se mijenjati igla kompasa kako biste izračunali ili odredili pomoću desnog pravila.
Ostali EMF generatori
•••Syed Hussain Ather
Promjene Ampereova zakona ovise o geometriji emf generatora. U slučaju toroidnog elektromagneta u obliku krafne, polje
B = \ frac {\ mu_0 nI} {2 \ pi r}
zanbroj petlji irpolumjer od središta do središta metalnih predmeta. Opseg kruga (2 π r)u nazivniku odražava novu duljinu magnetskog polja koje poprima kružni oblik u cijelom toroidu. Oblici emf generatora omogućavaju znanstvenicima i inženjerima da iskoriste svoju snagu.
Toroidni oblici koriste se u transformatorima, a zavojnice oko njih namotane su u različitim slojevima, tako da, kad struja kroz njega se inducira, rezultirajući emf i struja koje stvara kao odgovor prenose snagu između različitih zavojnice. Oblik mu omogućuje upotrebu kraćih zavojnica koje smanjuju gubitke na otporu ili gubitke zbog načina namotavanja struja. To toroidne transformatore čini učinkovitima u načinu na koji koriste energiju.
Upotreba elektromagneta
Elektromagneti se mogu široko primjenjivati u industrijskim strojevima, računalnim komponentama, superprovodljivosti i samim znanstvenim istraživanjima. Superprovodljivi materijali praktički ne postižu električni otpor na vrlo niskim temperaturama (blizu 0 Kelvina) koji se mogu koristiti u znanstvenoj i medicinskoj opremi.
To uključuje snimanje magnetske rezonancije (MRI) i ubrzivače čestica. Solenoidi se koriste za stvaranje magnetskih polja u matričnim printerima, mlaznicama za gorivo i industrijskim strojevima. Toroidni transformatori posebno se također koriste u medicinskoj industriji zbog svoje učinkovitosti u stvaranju biomedicinskih uređaja.
Elektromagneti se također koriste u glazbenoj opremi poput zvučnika i slušalica, energetskih transformatora koji povećavaju ili smanjuju struju napon duž dalekovoda, indukcijsko grijanje za kuhanje i proizvodnju, pa čak i magnetski separatori za razvrstavanje magnetskih materijala iz otpada metal. Indukcija za grijanje i kuhanje posebno se oslanja na to kako elektromotorna sila stvara struju kao odgovor na promjenu magnetskog polja.
Konačno, maglev vlakovi koriste snažnu elektromagnetsku silu za levitaciju vlaka iznad pruge, a superprovodljivi elektromagneti za ubrzanje do velikih brzina brzim, učinkovitim brzinama. Osim ove upotrebe, možete pronaći i elektromagnete koji se koriste u aplikacijama poput motora, transformatora, slušalica, zvučnika, magnetofona i akceleratora čestica.