Hvordan bygge en elektromagnetisk feltgenerator

Elektromagnetiske fenomener er overalt fra mobiltelefonens batteri til satellittene som sender data tilbake til jorden. Du kan beskrive oppførselen til elektrisitet gjennom elektromagnetiske felt, regioner rundt gjenstander som utøver elektriske og magnetiske krefter, som begge er en del av den samme elektromagnetiske kraften.

Fordi den elektromagnetiske kraften finnes i så mange applikasjoner i hverdagen, kan du til og med bygge en med et batteri og andre gjenstander som kobbertråd eller metallspiker som ligger rundt huset ditt for å demonstrere disse fenomenene i fysikk for deg selv.

•••Syed Hussain Ather

• Du kan bygge en enkel elektromagnetisk feltgenerator (emf) ved hjelp av kobbertråd og en jernspiker. Pakk dem rundt og koble dem til en elektrodestrømkilde for å demonstrere kraften til det elektriske feltet. Det er mange muligheter du kan gjøre for emf-generatorer av ulik størrelse og kraft.

Å bygge enelektromagnetisk felt (emf) generatorkrever en magnetventil av kobbertråd (en spiralform eller spiralform), en metallgjenstand som en jernspiker (for en spikegenerator), isolerende ledning og spenningskilde (for eksempel et batteri eller elektroder) for å avgi elektrisk strømmer.

Du kan eventuelt bruke binders av metall eller et kompass for å observere effekten av emgen. Hvis metallobjektet er ferromagnetisk (for eksempel jern), et materiale som lett kan magnetiseres, vil det være mye, mye mer effektivt.

1. Plasser materialene på en ikke-ledende overflate som tre eller betong.
2. Vikle kobbertråden så tett som mulig rundt metallgjenstanden til den er helt dekket. Jo flere spoler, jo sterkere blir feltgeneratoren.
   
3. Klipp kobbertråden slik at det er små deler av den fra hodet og endene av metallgjenstanden.
4. Koble den ene enden av et stykke isolert ledning til kobberet som stikker ut fra hodet på metallgjenstanden. Koble den andre enden av den isolerte ledningen til den ene enden av spenningskilden på den variable strømforsyningen.
5. Koble deretter den ene enden av den isolerte ledningen til kilden på den variable strømforsyningen.
6. Plasser noen binders i nærheten av metallgjenstanden mens den ligger på overflaten.
7. Sett bryteren på den variable strømforsyningen til 0 volt.
8. Koble strømforsyningen til og slå den på.
9. Snu spenningshjulet sakte opp og se på binders. Du vil se dem reagere på magnetfeltet fra metallobjektet så snart det er sterkt nok fra neglegeneratoren.
10. Bruk et kompass i midten for å notere retningen til det elektromagnetiske feltet. Kompassnålen skal justeres med spolenes akse når strømmen flyter.

Elektromagnetisme, en av de fire grunnleggende naturkreftene, beskriver hvordan et elektromagnetisk felt opprettet fra strømmen av elektrisk strøm oppstår.

Når en elektrisk strøm strømmer gjennom en ledning, øker magnetfeltet med ledningens spoler. Dette lar mer strøm strømme gjennom en mindre avstand eller i mindre baner som er nærmere metallspikeren. Når strøm strømmer gjennom en ledning, er det elektromagnetiske feltet sirkulært rundt ledningen.

•••Syed Hussain Ather

Når strøm strømmer gjennom ledningen, kan du demonstrere retningen på magnetfeltet ved hjelp av høyre regel. Denne regelen betyr at hvis du plasserer høyre tommel i retning av ledningens strøm, vil fingrene dine krølle seg i retning av magnetfeltet. Disse tommelfingerreglene kan hjelpe deg med å huske retningen som disse fenomenene har.

•••Syed Hussain Ather

Høyreregelen gjelder også solenoidformen til strømmen rundt metallgjenstanden. Når strøm går i løkker rundt ledningen, genererer den et magnetfelt i metallspikeren eller andre gjenstander. Dette skaper enelektromagnetsom forstyrrer kompassretningen og kan tiltrekke seg metallklipp til den. Denne typen emitter av elektromagnetisk felt fungerer annerledes enn permanente magneter.

I motsetning til permanente magneter trenger elektromagneter en elektrisk strøm gjennom dem for å avgi et magnetfelt for deres bruk. Dette gjør at forskere, ingeniører og andre fagpersoner kan bruke dem til et bredt spekter av applikasjoner og kontrollere dem tungt.

Magnetfeltet for en indusert strøm i magnetformen til den elektromagnetiske kan beregnes som

derBer magnetfeltet i Teslas,μ​_​0​ (uttalt "mu naught") er permeabiliteten til ledig plass (en konstant verdi 1,257 x 10^-6), ​Ler lengden på metallgjenstanden parallelt med feltet ogner antall løkker rundt elektromagneten. Ved å bruke Ampere's Law,

du kan beregne current jeg(i forsterkere).

Disse ligningene avhenger nært av magnetens geometri med ledningene som vikles rundt så nært som mulig rundt metallspikeren. Husk at strømretningen er motsatt strømmen av elektroner. Bruk dette for å finne ut hvordan magnetfeltet skal endres, og se om kompassnålen endres slik du ville beregne eller bestemme ved hjelp av høyre håndregel.

•••Syed Hussain Ather

Ampere's lovendringer avhenger av geometrien til emf-generatoren. I tilfelle av en toroidal, smultringformet elektromagnet, feltet

tilnantall løkker ogrradius fra sentrum til sentrum av metallgjenstandene. Omkretsen til en sirkel (2 π r)i nevneren gjenspeiler den nye lengden på magnetfeltet som tar en sirkulær form gjennom hele toroiden. Formene til emf-generatorer lar forskere og ingeniører utnytte kraften.

Toroidale former brukes i transformatorer, bruk spolene viklet rundt dem i forskjellige lag slik at når en strøm blir indusert gjennom den, den resulterende emf og strøm som den skaper som svar overfører kraft mellom forskjellige spoler. Formen lar den bruke kortere spoler som reduserer tapene til motstand eller tap på grunn av strømmen blir viklet. Dette gjør toroidetransformatorer effektive i hvordan de bruker energi.

Elektromagneter kan variere i mange applikasjoner fra industrimaskiner, datamaskinkomponenter, superledningsevne og vitenskapelig forskning. Superledende materialer oppnår praktisk talt ingen elektrisk motstand ved veldig lave temperaturer (nær 0 Kelvin) som kan brukes i vitenskapelig og medisinsk utstyr.

Dette inkluderer magnetisk resonansavbildning (MRI) og partikkelakseleratorer. Solenoider brukes til å generere magnetiske felt i matriseskrivere, drivstoffinjektorer og industrielle maskiner. Spesielt toroidetransformatorer har også bruk i medisinsk industri for effektivitet i å lage biomedisinske enheter.

Elektromagneter brukes også i musikkutstyr som høyttalere og øretelefoner, strømtransformatorer som øker eller reduserer strømmen spenning langs kraftledninger, induksjonsoppvarming for matlaging og produksjon og til og med magnetiske separatorer for å sortere magnetiske materialer fra skrap metall. Spesielt induksjonen for oppvarming og matlaging er avhengig av hvordan en elektromotorisk kraft produserer en strøm som svar på en endring i magnetfeltet.

Til slutt bruker maglev-tog en sterk elektromagnetisk kraft for å sveve et tog over et spor og superledende elektromagneter for å akselerere til høye hastigheter med raske, effektive hastigheter. Bortsett fra disse bruksområdene, kan du også finne elektromagneter som brukes i applikasjoner som motorer, transformatorer, hodetelefoner, høyttalere, båndopptakere og partikkelakseleratorer.