Elektromagneten werken net zo goed als permanente magneten. Sterker nog, ze zijn nog handiger, omdat je ze aan en uit kunt zetten. U vindt elektromagneten in harde schijven, luidsprekers en zelfs in geavanceerde apparatuur zoals MRI-machines en CERN's Large Hadron Collider in Genève, Zwitserland. Je hebt duidelijk een sterkere elektromagneet nodig voor een deeltjesversneller dan voor een luidspreker, dus hoe maken wetenschappers magneten die krachtig genoeg zijn om een bundel elektronen te focussen? Het antwoord is een beetje ingewikkelder dan ze simpelweg groter te maken, hoewel dat er deel van uitmaakt. De materialen die je gebruikt, de spanning die je toepast en de omgevingstemperatuur zijn allemaal belangrijk.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Om de sterkte van een elektromagneet te vergroten, kunt u de sterktestroom verhogen, en er zijn verschillende manieren om dat te doen. Ook kunt u het aantal wikkelingen vergroten, de omgevingstemperatuur verlagen of uw niet-magnetische kern vervangen door een ferromagnetisch materiaal.
Het draait allemaal om elektromagnetische inductie
De Deense wetenschapper Hans Christian Orsted was de eerste die opmerkte dat een stroom die door een draad loopt een nabijgelegen kompas kan beïnvloeden. Met andere woorden, het genereert een magnetisch veld. Als je de draad om een kern wikkelt en een zogenaamde solenoïde vormt, zullen de uiteinden van de kern tegengestelde polariteiten aannemen, net als een permanente magneet. De sterkte van het veld hangt af van de grootte van de stroom, het aantal windingen en het kernmateriaal. Dit is alles wat u moet onthouden als u de magneet sterker wilt maken.
Stroomsterkte vergroten Mag
Volgens de wet van Ampère is het magnetische veld rond een stroomvoerende draad recht evenredig met de sterkte van de stroom. Met andere woorden, verhoog de stroomsterkte en je vergroot het magnetische veld, en er is meer dan één manier om dit te doen:
- Verhoog de spanning: De wet van Ohm vertelt je dat de stroom evenredig is met de spanning, dus als je je elektromagneet op een 6-volt batterij gebruikt, schakel dan over naar een 12-volt batterij. U kunt de spanning echter niet oneindig blijven verhogen, omdat de draadweerstand toeneemt met de temperatuur totdat een grensstroom is bereikt. Dat brengt je bij de volgende optie.
- Laat de draadmeter zakken: De draadweerstand neemt af naarmate de dwarsdoorsnede groter wordt, dus verklein de draaddikte. Houd er rekening mee dat het verkleinen van de dikte gelijk staat aan het vergroten van de draaddikte. Als je je solenoïde hebt omwikkeld met 16-gauge draad, vervang deze dan door 14-gauge en de magneet zal sterker zijn.
- Verlaag de temperatuur: Weerstand neemt toe met de temperatuur, dus als u uw magneet onder het vriespunt kunt houden temperaturen, zal het sterker zijn dan één bij kamertemperatuur, hoewel het verschil waarschijnlijk niet zal zijn veel zijn. Bij extreem lage temperaturen valt de weerstand echter bijna weg en worden de draden supergeleidend. Dit feit stelt wetenschappers in staat om superkrachtige magneten te ontwerpen, zoals die van CERN.
-
Gebruik draad met hoge geleidbaarheid: U kunt de stroom ook verhogen door te upgraden naar een draad met een hogere geleidbaarheid. Koperdraad is waarschijnlijk de meest geleidende draad die u kunt gebruiken, maar zilverdraad is nog beter geleidend. Schakel over naar zilverdraad, als je het kunt betalen, en je hebt een sterkere magneet.
Verhoog het aantal windingen
De sterkte van een elektromagneet, ook bekend als de magnetomotorische kracht (mmf), is recht evenredig met niet alleen de stroom (I), maar ook met het aantal windingen (n) rond de solenoïde. Het aantal windingen vergroten is waarschijnlijk de gemakkelijkste manier om de sterkte van een elektromagneet te vergroten. Aangezien mmf = nI, verdubbelt een verdubbeling van het aantal windingen de sterkte van de magneet. Het is prima om de draden in lagen om de magneetkern te wikkelen. Het magnetische veld wordt niet beïnvloed wanneer draden met elkaar in contact zijn.
Gebruik een ferromagnetische kern
Als je wilt, kun je een elektromagneet maken door draden om een gebruikte papieren handdoekrol te wikkelen, maar als je een sterke magneet wilt, wikkel ze dan om een ijzeren kern. IJzer is een magnetisch materiaal en het wordt gemagnetiseerd wanneer u de stroom inschakelt. Dit geeft u in feite twee magneten voor de prijs van één. Staal bevat ijzer, dus het zal zich op dezelfde manier gedragen, hoewel niet zo sterk. Twee andere ferromagnetische metalen die je tegen kunt komen zijn nikkel en kobalt.