Kā palielināt elektromagnēta izturību

Elektromagnēti darbojas tikpat labi kā pastāvīgie magnēti. Patiesībā tie ir vēl noderīgāki, jo jūs varat tos ieslēgt un izslēgt. Elektromagnētus atradīsit cietajos diskos, skaļruņos un pat izsmalcinātās iekārtās, piemēram, MRI aparātos un CERN lielajā Hadron Collider Ženēvā, Šveicē. Jums daļiņu kolektoram acīmredzami nepieciešams spēcīgāks elektromagnēts nekā skaļrunim, tad kā zinātnieki padara magnētus pietiekami jaudīgus, lai koncentrētu elektronu kūli? Atbilde ir nedaudz sarežģītāka nekā vienkārši padarīt tos lielākus, lai gan tas ir daļa no tā. Svarīgi ir jūsu izmantotie materiāli, izmantotais spriegums un apkārtējā temperatūra.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Lai palielinātu elektromagnēta izturību, varat palielināt stiprības strāvu, un to var izdarīt vairākos veidos. Jūs varat arī palielināt tinumu skaitu, pazemināt apkārtējās vides temperatūru vai nomainīt savu nemagnētisko serdi ar feromagnētisku materiālu.

Dāņu zinātnieks Hanss Kristians Orsteds bija pirmais, kurš pamanīja, ka strāva, kas iet caur vadu, var ietekmēt tuvumā esošo kompasu. Citiem vārdiem sakot, tas rada magnētisko lauku. Ja vijat stiepli ap serdi, veidojot tā saukto solenoīdu, kodola galiem būs pretēja polaritāte, tāpat kā pastāvīgam magnētam. Lauka stiprums ir atkarīgs no strāvas lieluma, tinumu skaita un serdes materiāla. Tas ir viss, kas jums jāatceras, ja vēlaties padarīt magnētu stiprāku.

Saskaņā ar Ampēra likumu magnētiskais lauks ap strāvu vadošo vadu ir tieši proporcionāls strāvas stiprumam. Citiem vārdiem sakot, palieliniet pašreizējo stiprumu un palieliniet magnētisko lauku, un to var izdarīt vairāk nekā vienā veidā:

• Palieliniet spriegumu: Ohma likums jums saka, ka strāva ir proporcionāla spriegumam, tādēļ, ja elektromagnētu darbināt ar 6 voltu akumulatoru, pārejiet uz 12 voltu. Tomēr jūs nevarat pastāvīgi palielināt spriegumu, jo stieples pretestība palielinās līdz temperatūrai, līdz tiek sasniegta ierobežojošā strāva. Tas noved pie nākamās iespējas.

• Nolaidiet vadu mērītāju: Vada pretestība samazinās, palielinoties šķērsgriezuma laukumam, tāpēc samaziniet stieples mērierīci. Paturiet prātā, ka gabarīta samazināšana ir sinonīms stieples biezuma palielināšanai. Ja solenoīdu esat iesaiņojis ar 16 gabarītu vadu, nomainiet to ar 14 gabarītu, un magnēts būs stiprāks.

• Pazemināt temperatūru: Pretestība palielinās līdz ar temperatūru, tādēļ, ja jūs varat uzturēt savu magnētu zem sasalšanas temperatūrā, tas būs stiprāks nekā viens istabas temperatūrā, lai gan atšķirība, iespējams, nebūs esi daudz. Tomēr ārkārtīgi zemā temperatūrā pretestība gandrīz izzūd, un vadi kļūst īpaši vadoši. Šis fakts ļauj zinātniekiem izstrādāt īpaši spēcīgus magnētus, piemēram, CERN.

• Izmantojiet vadu ar augstu vadītspēju: Jūs varat arī palielināt strāvu, jauninot uz vadu ar lielāku vadītspēju. Vara stieple, iespējams, ir visvadītākā vads, kuru varat izmantot, bet sudraba stieple ir vēl vadošāka. Pārejiet uz sudraba stiepli, ja to varat atļauties, un jums būs stiprāks magnēts.
  

Elektromagnēta, kas pazīstams arī kā tā magnētiskais spēks (mmf), stiprums ir tieši proporcionāls ne tikai strāvai (I), bet arī tinumu skaitam (n) ap solenoīdu. Tinumu skaita palielināšana, iespējams, ir vienkāršākais veids, kā palielināt elektromagnēta izturību. Tā kā mmf = nI, divkāršojot tinumu skaitu, magnēta stiprums tiek dubultots. Ir labi ietīt vadus slāņos ap solenoīda kodolu. Magnētiskais lauks netiek ietekmēts, ja vadi saskaras viens ar otru.

Ja vēlaties, varat izgatavot elektromagnētu, aptinot vadus ap lietotu papīra dvieļu ruļļu, bet, ja vēlaties spēcīgu magnētu, tā vietā aptiniet tos ap dzelzs serdi. Dzelzs ir magnētisks materiāls, un tas kļūst magnetizēts, ieslēdzot strāvu. Tas faktiski dod divus magnētus par viena cenu. Tērauds satur dzelzi, tāpēc tas izturēsies tāpat, kaut arī ne tik stipri. Divi citi feromagnētiskie metāli, ar kuriem jūs varētu saskarties, ir niķelis un kobalts.