Hogyan lehet növelni az elektromágnes erejét

Az elektromágnesek ugyanúgy működnek, mint az állandó mágnesek. Valójában még hasznosabbak, mert be- és kikapcsolhatja őket. Elektromágneseket talál a merevlemezeken, a hangszórókon és még olyan kifinomult berendezésekben is, mint az MRI-gépek és a CERN nagy hadronütközője Genfben, Svájcban. Nyilvánvalóan erősebb elektromágnesre van szüksége egy részecskeütközőhöz, mint egy hangszóróhoz, akkor hogyan tehetik a tudósok a mágneseket elég erősekké ahhoz, hogy fókuszálják az elektronnyalábot? A válasz egy kicsit bonyolultabb, mint egyszerűen nagyobbá tenni őket, bár ez is része. Az Ön által használt anyagok, az alkalmazott feszültség és a környezeti hőmérséklet egyaránt fontos.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

Az elektromágnes erősségének növelése érdekében növelheti az erősség áramát, és erre többféle lehetőség van. Emellett növelheti a tekercsek számát, csökkentheti a környezeti hőmérsékletet, vagy a nem mágneses magját ferromágneses anyaggal helyettesítheti.

Hans Christian Orsted dán tudós volt az első, aki észrevette, hogy a vezetéken átfutó áram hatással lehet a közeli iránytűre. Más szavakkal, mágneses teret generál. Ha a huzalt egy mag köré tekeri, és úgynevezett mágnesszelepet képez, a mag végei ellentétes polaritással rendelkeznek, akárcsak egy állandó mágnes. A tér erőssége függ az áram nagyságától, a tekercsek számától és a mag anyagától. Csak erre kell emlékeznie, ha erősebbé akarja tenni a mágnest.

Ampère törvénye szerint az áramvezeték körüli mágneses mező egyenesen arányos az áram erősségével. Más szavakkal: növelje az áram erősségét és növelje a mágneses teret, és ennek többféle módja van:

• Növelje a feszültséget: Ohm törvénye azt mondja, hogy az áram arányos a feszültséggel, ezért ha az elektromágnesét 6 voltos akkumulátorral üzemelteti, váltson egy 12 voltosra. A feszültséget azonban nem lehet korlátlanul növelni, mert a huzal ellenállása a hőmérséklet függvényében növekszik, amíg el nem éri a korlátozó áramot. Ezzel eljuthat a következő lehetőséghez.

• Engedje le a huzalmérőt: A huzalellenállás csökken a keresztmetszet növekedésével, ezért csökkentse a huzalméretet. Ne feledje, hogy a nyomtáv csökkentése egyet jelent a huzal vastagságának növelésével. Ha a szolenoidot 16-os nyomtávú vezetékkel csomagolta, cserélje ki 14-es mérővel, és a mágnes erősebb lesz.

• Csökkentse a hőmérsékletet: Az ellenállás a hőmérséklet függvényében növekszik, tehát ha mágnesét fagypont alatt tudja tartani hőmérsékletnél erősebb lesz, mint szobahőmérsékleten, bár a különbség valószínűleg nem legyen sok. Rendkívül alacsony hőmérsékleten azonban az ellenállás szinte eltűnik, és a vezetékek szupervezetővé válnak. Ez a tény lehetővé teszi a tudósok számára, hogy uber-erős mágneseket tervezzenek, például a CERN-ben.

• Használjon nagy vezetőképességű huzalt: Növelheti az áramot, ha magasabb vezetőképességű vezetékre vált. A rézhuzal valószínűleg a leginkább vezető vezeték, amelyet használhat, de az ezüst huzal még vezetőbb. Válts át ezüsthuzalra, ha megengeded magadnak, és erősebb mágnesed lesz.
  

Az elektromágnes, más néven magnetomotoros ereje (mmf) erőssége egyenesen arányos nemcsak az árammal (I), hanem a mágnesszelep körüli tekercsek számával (n) is. A tekercsek számának növelése valószínűleg a legegyszerűbb módszer az elektromágnes erősségének növelésére. Mivel mmf = nI, a tekercsek számának megkétszerezése megduplázza a mágnes erejét. Rendben, ha a vezetékeket rétegekben tekerjük a mágnesszelep köré. A mágneses mező nem változik, ha a huzalok egymással érintkeznek.

Ha akarja, elektromágnest készíthet úgy, hogy egy használt papírtörlő tekercs köré tekeri a vezetékeket, de ha erős mágnest szeretne, akkor inkább tekerje őket egy vasmag köré. A vas mágneses anyag, és mágnesessé válik, amikor bekapcsolja az áramot. Ez tulajdonképpen két mágnest ad egy áron. Az acél vasat tartalmaz, ezért ugyanúgy fog viselkedni, bár nem olyan erősen. Két másik ferromágneses fém, amellyel találkozhat, a nikkel és a kobalt.