Kako povećati snagu elektromagneta

Elektromagneti djeluju jednako dobro kao i trajni magneti. Zapravo su još korisniji jer ih možete uključivati ​​i isključivati. Elektromagnete ćete pronaći u tvrdim diskovima, zvučnicima, pa čak i u sofisticiranoj opremi poput MRI uređaja i velikog hadronskog sudarača CERN-a u Ženevi u Švicarskoj. Očito vam je potreban jači elektromagnet za sudarač čestica nego za zvučnik, pa kako znanstvenici čine magnete dovoljno snažnim da fokusiraju snop elektrona? Odgovor je malo složeniji od jednostavnog povećanja, iako je to dio toga. Važni su materijali koje koristite, napon koji primjenjujete i temperatura okoline.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Da biste povećali snagu elektromagneta, možete povećati struju jačine, a to možete učiniti na nekoliko načina. Također možete povećati broj namota, smanjiti temperaturu okoline ili zamijeniti svoju nemagnetsku jezgru fero-magnetskim materijalom.

Danski znanstvenik Hans Christian Orsted prva je osoba koja je primijetila da struja koja prolazi žicom može utjecati na obližnji kompas. Drugim riječima, stvara magnetsko polje. Ako namotate žicu oko jezgre, tvoreći takozvani solenoid, krajevi jezgre poprimit će suprotne polaritete, baš poput trajnog magneta. Snaga polja ovisi o veličini struje, broju namota i materijalu jezgre. To je sve što trebate upamtiti ako želite ojačati magnet.

Prema Ampèreovom zakonu, magnetsko polje oko žice koja nosi struju izravno je proporcionalno jačini struje. Drugim riječima, povećajte trenutnu jakost i povećavate magnetsko polje, a to postoji više od jednog načina:

• Povećajte napon: Ohmov zakon kaže vam da je struja proporcionalna naponu, pa ako svoj elektromagnet koristite na 6-voltnoj bateriji, prebacite se na 12-voltnu. Međutim, ne možete neprestano povećavati napon, jer se otpor žice povećava s temperaturom dok se ne postigne granična struja. To vas dovodi do sljedeće opcije.

• Spustite mjerač žice: Otpor žice smanjuje se s povećanjem površine presjeka, pa smanjite mjerač žice. Imajte na umu da je smanjenje mjerača sinonim za povećanje debljine žice. Ako ste svoj magnetni omotali žicom kolosijeka 16, zamijenite ga kotačem 14, i magnet će biti jači.

• Smanjite temperaturu: Otpor se povećava s temperaturom, pa ako možete održavati svoj magnet ispod smrzavanja temperatura, bit će jača od one na sobnoj temperaturi, iako razlika vjerojatno neće biti mnogo. Na ekstremno niskim temperaturama, otpor gotovo nestaje i žice postaju superprovodljive. Ova činjenica omogućuje znanstvenicima da dizajniraju uber-moćne magnete, poput onih u CERN-u.

• Koristite žicu visoke vodljivosti: Također možete povećati struju nadogradnjom na žicu s većom vodljivošću. Bakrena žica je vjerojatno najprovodljiva žica koju možete koristiti, ali srebrna žica je još provodnija. Prebacite se na srebrnu žicu, ako si to možete priuštiti, i imat ćete jači magnet.
  

Snaga elektromagneta, poznata i kao njegova magnetomotorna sila (mmf), izravno je proporcionalna ne samo struji (I), već i broju namota (n) oko solenoida. Povećanje broja namota vjerojatno je najlakši način za povećanje snage elektromagneta. Budući da je mmf = nI, udvostručavanje broja namotaja udvostručuje snagu magneta. U redu je omotati žice u slojevima oko jezgre solenoida. Magnetsko polje nema utjecaja kad su žice u međusobnom kontaktu.

Ako želite, možete izraditi elektromagnet omotajući žice oko upotrijebljenog svitka papirnatih ručnika, ali ako želite jak magnet, omotajte ih umjesto željezne jezgre. Željezo je magnetski materijal i magnetizira se kad uključite struju. To vam zapravo daje dva magneta po cijeni jednog. Čelik sadrži željezo, pa će se ponašati na isti način, iako ne tako snažno. Još dva fero-magnetska metala na koja biste mogli naići su nikal i kobalt.