전자석의 강도를 높이는 방법

전자석은 영구 자석처럼 작동합니다. 실제로 켜고 끌 수 있기 때문에 훨씬 더 유용합니다. 하드 드라이브, 스피커, MRI 기계 및 스위스 제네바에있는 CERN의 대형 강 입자 충돌기와 같은 정교한 장비에서도 전자석을 찾을 수 있습니다. 스피커보다 입자 충돌기에 더 강한 전자석이 필요합니다. 과학자들은 어떻게 자석을 전자빔에 집중시킬 수있을만큼 강력하게 만들까요? 대답은 단순히 그것들을 더 크게 만드는 것보다 조금 더 복잡합니다. 사용하는 재료, 적용하는 전압 및 주변 온도가 모두 중요합니다.

TL; DR (너무 김; 읽지 않음)

전자석의 강도를 높이기 위해 강도 전류를 높일 수 있으며이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 권선 수를 늘리거나 주변 온도를 낮추거나 비자 성 코어를 강자성 재료로 교체 할 수도 있습니다.

덴마크 과학자 Hans Christian Orsted는 전선을 통해 흐르는 전류가 근처의 나침반에 영향을 미칠 수 있음을 처음으로 알아 차린 사람입니다. 즉, 자기장을 생성합니다. 코어 주위에 와이어를 감아 솔레노이드를 형성하면 코어의 끝이 영구 자석처럼 반대 극성을 갖게됩니다. 필드의 강도는 전류의 크기, 권선 수 및 코어 재료에 따라 다릅니다. 자석을 더 강하게 만들고 싶다면 이것이 기억해야 할 전부입니다.

Ampère의 법칙에 따르면 전류가 흐르는 와이어 주변의 자기장은 전류의 강도에 정비례합니다. 즉, 전류 강도를 높이고 자기장을 높이면이를 수행하는 방법이 여러 가지가 있습니다.

• 전압 증가 : 옴의 법칙에 따르면 전류는 전압에 비례하므로 6 볼트 배터리로 전자석을 사용하는 경우 12 볼트 배터리로 전환하십시오. 그러나 제한 전류에 도달 할 때까지 와이어 저항이 온도에 따라 증가하기 때문에 전압을 무기한 증가시킬 수는 없습니다. 그러면 다음 옵션으로 이동합니다.

• 와이어 게이지 내리기 : 와이어 저항은 단면적이 증가함에 따라 감소하므로 와이어 게이지를 줄이십시오. 게이지를 줄이는 것은 와이어 두께를 늘리는 것과 같습니다. 솔레노이드를 16 게이지 와이어로 감싼 경우 14 게이지로 교체하면 자석이 더 강해집니다.

• 온도 낮추기 : 저항은 온도에 따라 증가하므로 자석을 영하로 유지할 수 있다면 온도 차이가 없을 수 있지만 실온에서 온도보다 강할 것입니다. 많이. 그러나 극저온에서는 저항이 거의 사라지고 전선이 초전도성이됩니다. 이 사실을 통해 과학자들은 CERN의 자석과 같은 강력한 자석을 설계 할 수 있습니다.

• 전도도가 높은 와이어 사용 : 전도성이 더 높은 전선으로 업그레이드하여 전류를 증가시킬 수도 있습니다. 구리선은 아마도 여러분이 사용할 수있는 가장 전도성이 강한 와이어 일 것입니다. 그러나 은선은 훨씬 더 전도성이 있습니다. 감당할 수있는 경우 은색 와이어로 전환하면 자석이 더 강해질 것입니다.
  

자기력 (mmf)이라고도하는 전자석의 강도는 전류 (I)뿐만 아니라 솔레노이드 주변의 권선 수 (n)에 정비례합니다. 권선 수를 늘리는 것이 전자석의 강도를 높이는 가장 쉬운 방법 일 것입니다. mmf = nI이므로 권선 수를 두 배로 늘리면 자석의 강도가 두 배가됩니다. 솔레노이드 코어 주위에 와이어를 레이어로 감싸는 것이 좋습니다. 와이어가 서로 접촉 할 때 자기장은 영향을받지 않습니다.

원하는 경우 사용한 종이 타월 롤에 전선을 감아 전자석을 만들 수 있지만 강한 자석을 원한다면 철심에 대신 감습니다. 철은 자성 물질이며 전류를 켜면 자화됩니다. 이것은 사실상 하나의 가격에 두 개의 자석을 제공합니다. 강철에는 철이 포함되어 있으므로 강하지는 않지만 동일한 방식으로 작동합니다. 다른 두 가지 강자성 금속은 니켈과 코발트입니다.