תופעות אלקטרומגנטיות נמצאות בכל מקום החל מסוללת הטלפון הסלולרי שלכם ועד לוויינים המחזירים נתונים לכדור הארץ. ניתן לתאר את התנהגות החשמל דרך שדות אלקטרומגנטיים, אזורים סביב אובייקטים המפעילים כוחות חשמליים ומגנטיים, אשר שניהם הם חלק מאותו כוח אלקטרומגנטי.
מכיוון שהכוח האלקטרומגנטי נמצא בכל כך הרבה יישומים בחיי היומיום, אתה יכול אפילו לבנות כזה באמצעות סוללה ו חפצים אחרים כגון חוטי נחושת או מסמרים ממתכת המונחים סביב ביתך כדי להדגים בעצמך תופעות אלה בפיזיקה.
•••סייד חוסיין את'ר
בנה מחולל EMF
טיפים
ניתן לבנות מחולל שדה אלקטרומגנטי פשוט (EMF) באמצעות חוט נחושת ומסמר ברזל. עוטפים אותם ומחברים אותם למקור זרם אלקטרודה כדי להדגים את כוח השדה החשמלי. ישנן אפשרויות רבות שתוכלו ליצור עבור מחוללי EMF בגודל ובעוצמה שונים.
בנייתמחולל שדה אלקטרומגנטי (EMF)דורש סליל סולנואיד של חוט נחושת (סליל או צורה ספירלית), אובייקט מתכתי כמו מסמר ברזל (עבור מחולל ציפורניים), חוט בידוד ומקור מתח (כגון סוללה או אלקטרודות) לפליטת חשמל זרמים.
באפשרותך להשתמש באטעי נייר מתכתיים או במצפן בכדי להתבונן בהשפעת EMF. אם אובייקט המתכת הוא פרומגנטי (כמו ברזל), חומר שניתן למגנט בקלות, הוא יהיה הרבה יותר יעיל.
- הניחו את החומרים על משטח שאינו מוליך כמו עץ או בטון.
- סליל את חוט הנחושת בחוזקה ככל האפשר סביב חפץ המתכת עד שהוא מכוסה לחלוטין. ככל שיש יותר סלילים, כך מחולל השדה יהיה חזק יותר.
- מהדקים את חוט הנחושת כך שיהיו חלקים קטנים ממנו מהראש ומהקצוות של אובייקט המתכת.
- חבר קצה אחד של פיסת חוט מבודד לנחושת הבולטת מראשו של אובייקט המתכת. חבר את הקצה השני של החוט המבודד לקצה אחד של מקור המתח באספקת החשמל המשתנה.
- לאחר מכן, חבר קצה אחד של החוט המבודד למקור על ספק הכוח המשתנה.
- הנח כמה אטבים ליד חפץ המתכת כשהוא מונח על המשטח.
- כוון את החוגה על ספק הכוח המשתנה ל -0 וולט.
- חבר את ספק הכוח והפעל אותו.
- סובב לאט את חיוג המתח וצפה במהדקי הנייר. תראה אותם מגיבים לשדה המגנטי מאובייקט המתכת ברגע שהוא חזק מספיק ממחולל הציפורניים.
- השתמש במצפן באמצע כדי לציין את כיוון השדה האלקטרומגנטי. מחט המצפן צריכה להתיישר עם ציר הסליל כאשר הזרם זורם.
פיזיקה של מחוללי EMF
אלקטרומגנטיות, אחד מארבעת כוחות הטבע הבסיסיים, מתארת כיצד נוצר שדה אלקטרומגנטי שנוצר מזרימת הזרם החשמלי.
כאשר זרם חשמלי זורם דרך חוט, השדה המגנטי גדל עם סלילי החוט. זה מאפשר לזרם יותר זרם דרך מרחק קטן יותר או בנתיבים קטנים יותר שקרובים יותר לציפורן המתכתית. כאשר זרם זורם דרך חוט, השדה האלקטרומגנטי מעגלי סביב החוט.
•••סייד חוסיין את'ר
כאשר זרם זורם דרך החוט, ניתן להדגים את כיוון השדה המגנטי באמצעות הכלל הימני. כלל זה אומר שאם אתה מציב את האגודל הימני לכיוון זרם החוט, האצבעות שלך יתכרבלו לכיוון השדה המגנטי. כללי אצבע אלה יכולים לעזור לך לזכור את הכיוון שיש לתופעות אלה.
•••סייד חוסיין את'ר
הכלל הימני חל גם על צורת הסולנואיד של הזרם סביב אובייקט המתכת. כאשר זרם נע בלולאות סביב החוט, הוא יוצר שדה מגנטי בציפורן המתכתית או בחפץ אחר. זה יוצראלקטרומגנטשמפריע לכיוון המצפן ויכול למשוך אליו מהדקי נייר מתכתיים. סוג זה של פולט שדה אלקטרומגנטי פועל באופן שונה ממגנטים קבועים.
שלא כמו מגנטים קבועים, אלקטרומגנטים זקוקים לזרם חשמלי דרכם בכדי להפיץ שדה מגנטי לשימושם. זה מאפשר למדענים, מהנדסים ובעלי מקצוע אחרים להשתמש בהם למגוון רחב של יישומים ולשלוט בהם בכבדות.
שדה מגנטי של מחוללי EMF
ניתן לחשב את השדה המגנטי לזרם המושרה בצורת הסולנואיד של האלקטרומגנטית
B = \ mu_0 nL
בובהוא השדה המגנטי בטסלס,μ0 (מבוטא "mu naught") הוא החדירות של שטח פנוי (ערך קבוע 1.257 x 10-6), להוא אורך אובייקט המתכת המקביל לשדה ונהוא מספר הלולאות סביב האלקטרומגנט. תוך שימוש בחוק אמפר,
B = \ frac {\ mu_0 I} {L}
אתה יכול לחשב את הזרםלא אני(במגברים).
משוואות אלה תלויות מקרוב בגיאומטריה של הסולנואיד כשהחוטים עוטפים קרוב ככל האפשר סביב מסמר המתכת. זכור כיוון הזרם מנוגד לזרם האלקטרונים. השתמש בזה בכדי להבין כיצד שדה מגנטי צריך להשתנות ולראות אם מחט המצפן משתנה כפי שתחשב או תקבע באמצעות הכלל הימני.
מחוללי EMF אחרים
•••סייד חוסיין את'ר
שינויים בחוק אמפר תלויים בגיאומטריה של מחולל ה- EMF. במקרה של אלקטרומגנט טורואיד בצורת סופגנייה, השדה
B = \ frac {\ mu_0 nI} {2 \ pi r}
לנמספר לולאות וררדיוס ממרכז למרכז חפצי המתכת. היקף מעגל (2 π r)במכנה משקף את אורכו החדש של השדה המגנטי שלובש צורה מעגלית ברחבי הטורואיד. צורותיהם של מחוללי EMF מאפשרות למדענים ומהנדסים לרתום את כוחם.
משתמשים בצורות טורואידליות בשנאים משתמשים בסלילים הפצועים סביבם בשכבות שונות כך שכאשר זרם נגרמת דרכו, ה- emf והזרם שנוצר כתוצאה בתגובה מעביר כוח בין שונה סלילים. הצורה מאפשרת לו להשתמש בסלילים קצרים יותר שמפחיתים את ההפסדים להתנגדות או לאובדן בגלל דרך הזרימה של הזרמים. זה הופך את השנאים הטורואידים ליעילים באופן השימוש באנרגיה.
שימושים אלקטרומגנטיים
אלקטרומגנטים יכולים לנוע בכמות גדולה של יישומים ממכונות תעשייתיות, מרכיבי מחשב, מוליכות-על ומחקר מדעי עצמו. חומרים מוליכים-על אינם משיגים כמעט התנגדות חשמלית בטמפרטורות נמוכות מאוד (קרוב ל -0 קלווין) שניתן להשתמש בהם בציוד מדעי ורפואי.
זה כולל הדמיית תהודה מגנטית (MRI) ומאיצי חלקיקים. סולנואידים משמשים ליצירת שדות מגנטיים במדפסות מטריקס, מזרקי דלק ומכונות תעשייתיות. במיוחד לשנאים טורואידליים יש שימושים בתעשייה הרפואית ליעילותם ביצירת מכשירים ביו-רפואיים.
אלקטרומגנטים משמשים גם בציוד מוזיקלי כמו רמקולים ואוזניות, שנאי כוח המגדילים או מקטינים את הזרם מתח לאורך קווי חשמל, חימום אינדוקציה לבישול וייצור ואפילו מפרידים מגנטיים למיון חומרים מגנטיים מגרוטאות מַתֶכֶת. האינדוקציה לחימום ובישול בפרט מסתמכת על האופן שבו כוח אלקטרומוטורי מייצר זרם בתגובה לשינוי בשדה המגנטי.
לבסוף, רכבות מגלב משתמשות בכוח אלקטרומגנטי חזק כדי לרחף רכבת מעל מסילה ואלקטרומגנטים מוליכים-על כדי להאיץ למהירות גבוהה בקצב מהיר ויעיל. מלבד השימושים הללו, תוכלו למצוא גם אלקטרומגנטים המשמשים ביישומים כמו מנועים, שנאים, אוזניות, רמקולים, מקליטים ומאיצי חלקיקים.