Come costruire un generatore di campi elettromagnetici

I fenomeni elettromagnetici sono ovunque, dalla batteria del telefono cellulare ai satelliti che inviano i dati alla Terra. Puoi descrivere il comportamento dell'elettricità attraverso i campi elettromagnetici, regioni intorno agli oggetti che esercitano forze elettriche e magnetiche, che fanno entrambe parte della stessa forza elettromagnetica.

Poiché la forza elettromagnetica si trova in così tante applicazioni nella vita di tutti i giorni, puoi persino costruirne una usando una batteria e altri oggetti come filo di rame o chiodi di metallo in giro per casa per dimostrare questi fenomeni in fisica per te stesso.

•••Syed Hussain Ather

• Puoi costruire un semplice generatore di campo elettromagnetico (EMF) usando un filo di rame e un chiodo di ferro. Avvolgili e collegali a una sorgente di corrente a elettrodi per dimostrare la potenza del campo elettrico. Ci sono molte possibilità che puoi fare per generatori di fem di varie dimensioni e potenza.

Costruire e

Puoi opzionalmente utilizzare graffette metalliche o una bussola per osservare l'effetto della fem. Se l'oggetto metallico è ferromagnetico (come il ferro), un materiale che può essere facilmente magnetizzato, sarà molto, molto più efficace.

1. Posizionare i materiali su una superficie non conduttiva come legno o cemento.
2. Avvolgi il filo di rame il più strettamente possibile attorno all'oggetto di metallo finché non è completamente coperto. Più bobine, più forte sarà il generatore di campo.
   
3. Agganciare il filo di rame in modo che ci siano piccole parti dalla testa e dalle estremità dell'oggetto metallico.
4. Collegare un'estremità di un pezzo di filo isolato al rame che sporge dalla testa dell'oggetto metallico. Collegare l'altra estremità del cavo isolato a un'estremità della sorgente di tensione sull'alimentatore variabile.
5. Quindi, collegare un'estremità del cavo isolato alla sorgente sull'alimentatore variabile.
6. Posiziona alcune graffette vicino all'oggetto di metallo mentre giace sulla superficie.
7. Impostare il quadrante dell'alimentatore variabile su 0 volt.
8. Collega l'alimentatore e accendilo.
9. Alzate lentamente il selettore di tensione e osservate le graffette. Li vedrai reagire al campo magnetico dell'oggetto metallico non appena è abbastanza forte dal generatore di chiodi.
10. Usa una bussola nel mezzo per annotare la direzione del campo elettromagnetico. L'ago della bussola dovrebbe allinearsi con l'asse della bobina quando scorre la corrente.

L'elettromagnetismo, una delle quattro forze fondamentali della natura, descrive come nasce un campo elettromagnetico creato dal flusso di corrente elettrica.

Quando una corrente elettrica scorre attraverso un filo, il campo magnetico aumenta con le bobine del filo. Ciò consente a più corrente di fluire attraverso una distanza minore o in percorsi più piccoli che sono più vicini al chiodo metallico. Quando la corrente scorre attraverso un filo, il campo elettromagnetico è circolare attorno al filo.

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Quando la corrente scorre attraverso il filo, puoi dimostrare la direzione del campo magnetico usando la regola della mano destra. Questa regola significa che, se metti il ​​pollice destro nella direzione della corrente del filo, le tue dita si piegheranno nella direzione del campo magnetico. Queste regole pratiche possono aiutarti a ricordare la direzione che hanno questi fenomeni.

•••Syed Hussain Ather

La regola della mano destra si applica anche alla forma del solenoide della corrente attorno all'oggetto metallico. Quando la corrente viaggia in anelli attorno al filo, genera un campo magnetico nel chiodo metallico o in un altro oggetto. Questo crea unelettromagneteche interferisce con la direzione della bussola e può attirare su di essa graffette metalliche. Questo tipo di emettitore di campo elettromagnetico funziona in modo diverso dai magneti permanenti.

A differenza dei magneti permanenti, gli elettromagneti hanno bisogno di una corrente elettrica attraverso di loro per emettere un campo magnetico per i loro usi. Ciò consente a scienziati, ingegneri e altri professionisti di utilizzarli per un'ampia gamma di applicazioni e di controllarli pesantemente.

Il campo magnetico per una corrente indotta nella forma del solenoide dell'elettromagnetico può essere calcolato come

in qualeBè il campo magnetico in Tesla,μ​_​0​ (pronunciato "mu naught") è la permeabilità dello spazio libero (un valore costante 1.257 x 10^-6), ​lè la lunghezza dell'oggetto metallico parallela al campo enè il numero di spire attorno all'elettromagnete. Usando la legge di Ampere,

puoi calcolare la correntet io(in ampere).

Queste equazioni dipendono strettamente dalla geometria del solenoide con i fili che si avvolgono il più vicino possibile al chiodo metallico. Tieni presente che la direzione della corrente è opposta al flusso di elettroni. Usa questo per capire come dovrebbe cambiare il campo magnetico e vedere se l'ago della bussola cambia come si calcola o si determina usando la regola della mano destra.

•••Syed Hussain Ather

Le modifiche alla legge di Ampere dipendono dalla geometria del generatore di fem. Nel caso di un elettromagnete toroidale a forma di ciambella, il campo

pernnumero di loop erraggio dal centro al centro degli oggetti metallici. La circonferenza di un cerchio (2 π r)nel denominatore riflette la nuova lunghezza del campo magnetico che assume una forma circolare in tutto il toroide. Le forme dei generatori di fem consentono a scienziati e ingegneri di sfruttare la loro potenza.

Le forme toroidali sono utilizzate nei trasformatori utilizzano le bobine avvolte attorno a loro in diversi strati in modo tale che, quando una corrente viene indotto attraverso di esso, la fem e la corrente risultanti che crea in risposta trasferiscono potenza tra diversi bobine. La forma consente di utilizzare bobine più corte che riducono le perdite a resistenza o le perdite dovute al modo in cui le correnti sono avvolte. Ciò rende i trasformatori toroidali efficienti nel modo in cui utilizzano l'energia.

Gli elettromagneti possono spaziare in una grande quantità di applicazioni da macchinari industriali, componenti di computer, superconduttività e ricerca scientifica stessa. I materiali superconduttori non raggiungono praticamente alcuna resistenza elettrica a temperature molto basse (vicine a 0 Kelvin) che possono essere utilizzate in apparecchiature scientifiche e mediche.

Ciò include la risonanza magnetica (MRI) e gli acceleratori di particelle. I solenoidi sono utilizzati per generare campi magnetici in stampanti a matrice di punti, iniettori di carburante e macchinari industriali. I trasformatori toroidali, in particolare, trovano impiego anche nell'industria medica per la loro efficienza nella creazione di dispositivi biomedici.

Gli elettromagneti vengono utilizzati anche in apparecchiature musicali come altoparlanti e auricolari, trasformatori di potenza che aumentano o diminuiscono la corrente tensione lungo le linee elettriche, riscaldamento a induzione per la cottura e la produzione e persino separatori magnetici per separare i materiali magnetici dai rottami metallo. L'induzione per il riscaldamento e la cottura in particolare si basa su come una forza elettromotrice produce una corrente in risposta a una variazione del campo magnetico.

Infine, i treni a levitazione magnetica utilizzano una forte forza elettromagnetica per far levitare un treno sopra un binario e elettromagneti superconduttori per accelerare ad alta velocità a velocità elevate ed efficienti. Oltre a questi usi, puoi anche trovare elettromagneti utilizzati in applicazioni come motori, trasformatori, cuffie, altoparlanti, registratori a nastro e acceleratori di particelle.