כיצד להגדיל את כוחה של אלקטרומגנט

אלקטרומגנטים עובדים באותה מידה כמו מגנטים קבועים. למעשה, הם שימושיים עוד יותר, מכיוון שתוכל להפעיל ולכבות אותם. תוכלו למצוא אלקטרומגנטים בכוננים קשיחים, רמקולים ואפילו בציוד מתוחכם כמו מכונות MRI ומכונת ההדרון הגדולה של CERN בז'נבה, שוויץ. מן הסתם אתה זקוק לאלקטרומגנט חזק יותר עבור מתמודד חלקיקים מאשר עבור רמקול, אז איך מדענים מייצרים מגנטים חזקים מספיק בכדי למקד קרן אלקטרונים? התשובה היא קצת יותר מסובכת מאשר פשוט להפוך אותם לגדולים יותר, אם כי זה חלק מזה. החומרים בהם אתה משתמש, המתח שאתה מפעיל וטמפרטורת הסביבה חשובים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

כדי להגדיל את כוחו של אלקטרומגנט, אתה יכול להגביר את זרם הכוח, וישנן מספר דרכים לעשות זאת. אתה יכול גם להגדיל את מספר הפיתולים, להוריד את טמפרטורת הסביבה או להחליף את הליבה הלא מגנטית שלך בחומר פרומגנטי.

המדען הדני הנס כריסטיאן אורסטד היה האדם הראשון שהבחין כי זרם העובר דרך חוט יכול להשפיע על מצפן סמוך. במילים אחרות, הוא מייצר שדה מגנטי. אם אתה מסובב את החוט סביב ליבה ויוצר מה שמכונה סולנואיד, קצוות הליבה יקבלו קוטבים מנוגדים, ממש כמו מגנט קבוע. עוצמת השדה תלויה בגודל הזרם, במספר הפיתולים ובחומר הליבה. זה כל מה שאתה צריך לזכור אם אתה רוצה לחזק את המגנט.

על פי חוק אמפר, השדה המגנטי סביב חוט נושא זרם הוא ביחס ישר לחוזק הזרם. במילים אחרות, הגדל את חוזק הזרם ותגדיל את השדה המגנטי, ויש יותר מדרך אחת לעשות זאת:

• הגדל את המתח: חוק אוהם אומר לך שהזרם הוא פרופורציונאלי למתח, אז אם אתה מפעיל את האלקטרומגנט שלך על סוללת 6 וולט, החלף ל 12 וולט. אינך יכול להמשיך ולהגביר את המתח ללא הגבלת זמן, מכיוון שהתנגדות החוטים עולה עם הטמפרטורה עד להשגת זרם מגביל. זה מביא אותך לאפשרות הבאה.

• הורד את מד החוט: התנגדות החוטים פוחתת עם הגדלת שטח החתך, אז צמצם את מד התיל. יש לזכור שהפחתת המד היא שם נרדף להגדלת עובי החוט. אם עטפת את הסולנואיד שלך בחוט 16 מד, החלף אותו במד 14, והמגנט יהיה חזק יותר.

• הורידו את הטמפרטורה: ההתנגדות עולה עם הטמפרטורה, כך שאם אתה יכול לשמור על המגנט שלך מתחת לקפוא בטמפרטורות החדר, הוא יהיה חזק יותר מאחד בטמפרטורת החדר, אם כי ההבדל כנראה לא יהיה להיות הרבה. אולם בטמפרטורות נמוכות במיוחד, ההתנגדות כמעט נעלמת והחוטים הופכים למוליכים-על. עובדה זו מאפשרת למדענים לעצב מגנטים רבי עוצמה, כמו אלה ב- CERN.

• השתמש בחוט עם מוליכות גבוהה: ניתן גם להגביר את הזרם על ידי שדרוג לחוט עם מוליכות גבוהה יותר. חוט נחושת הוא כנראה החוט המוליך ביותר שתוכלו להשתמש בו, אך חוט כסף מוליך עוד יותר. עבור לחוט כסף, אם אתה יכול להרשות לעצמך, ויהיה לך מגנט חזק יותר.
  

כוחו של אלקטרומגנט, הידוע גם בכוח המגנט-מוטורי שלו (mmf), הוא פרופורציונלי ישירות לא רק לזרם (I), אלא גם למספר הפיתולים (n) סביב הסולנואיד. הגדלת מספר הפיתולים היא ככל הנראה הדרך הקלה ביותר להגביר את חוזקו של אלקטרומגנט. מאחר ו- mmf = nI, הכפלת מספר הפיתולים מכפילה את חוזק המגנט. זה בסדר לעטוף את החוטים בשכבות סביב ליבת הסולנואיד. השדה המגנטי אינו מושפע כאשר חוטים נמצאים במגע זה עם זה.

אם תרצה, תוכל ליצור אלקטרומגנט על ידי גלישת חוטים סביב גליל מגבת נייר משומש, אך אם ברצונך מגנט חזק, עטוף אותם במקום ליבת ברזל. ברזל הוא חומר מגנטי, והוא מתמגנט כשמפעילים את הזרם. זה נותן לך, למעשה, שני מגנטים במחיר אחד. פלדה מכילה ברזל, כך שהיא תתנהג באותה צורה, אם כי לא באותה עוצמה. שתי מתכות פרו-מגנטיות נוספות שתיתקל בהן הן ניקל וקובלט.