Elektromagneter fungerer like bra som permanente magneter. De er faktisk enda mer nyttige, fordi du kan slå dem på og av. Du finner elektromagneter i harddisker, høyttalere og til og med i sofistikert utstyr som MR-maskiner og CERNs Large Hadron Collider i Genève, Sveits. Du trenger åpenbart en sterkere elektromagnet for en partikkelkollider enn du gjør for en høyttaler, så hvordan lager forskere magneter kraftige nok til å fokusere en elektronstråle? Svaret er litt mer komplisert enn å bare gjøre dem større, selv om det er en del av det. Materialene du bruker, spenningen du bruker og omgivelsestemperaturen er viktige.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
For å øke styrken til en elektromagnet kan du øke styrkestrømmen, og det er flere måter å gjøre det på. Du kan også øke antall viklinger, senke omgivelsestemperaturen eller erstatte den ikke-magnetiske kjernen med et ferromagnetisk materiale.
Det handler om elektromagnetisk induksjon
Den danske forskeren Hans Christian Orsted var den første personen som la merke til at en strøm som går gjennom en ledning kan påvirke et nærliggende kompass. Med andre ord genererer det et magnetfelt. Hvis du vikler ledningen rundt en kjerne og danner det som kalles en solenoid, vil endene på kjernen anta motsatte polariteter, akkurat som en permanent magnet. Feltets styrke avhenger av strømens størrelse, antall viklinger og kjernematerialet. Dette er alt du trenger å huske hvis du vil gjøre magneten sterkere.
Øk strømstyrken
I følge Ampères lov er magnetfeltet rundt en strømførende ledning direkte proporsjonal med strømens styrke. Med andre ord øker du strømstyrken, og du øker magnetfeltet, og det er mer enn en måte å gjøre dette på:
- Øk spenningen: Ohms lov forteller deg at strømmen er proporsjonal med spenningen, så hvis du kjører elektromagneten på et 6-volts batteri, bytt til en 12-volts. Du kan ikke fortsette å øke spenningen på ubestemt tid, fordi ledningsmotstanden øker med temperaturen til en begrensende strøm oppnås. Det bringer deg til neste alternativ.
- Senk ledningsmåleren: Trådmotstanden synker med økende tverrsnittsareal, så reduser trådmåleren. Husk at å redusere måleren er synonymt med å øke trådtykkelsen. Hvis du har pakket solenoiden din med 16-gauge ledning, bytter du den ut med 14-gauge, så blir magneten sterkere.
- Senk temperaturen: Motstanden øker med temperaturen, så hvis du kan holde magneten din under frysepunktet temperaturer, vil den være sterkere enn en ved romtemperatur, selv om forskjellen sannsynligvis ikke vil være mye. Ved ekstremt lave temperaturer forsvinner imidlertid motstand nesten og ledningene blir superledende. Dette faktum gjør det mulig for forskere å designe uber-kraftige magneter, som de på CERN.
-
Bruk ledning med høy ledningsevne: Du kan også øke strømmen ved å oppgradere til en ledning med høyere ledningsevne. Kobbertråd er sannsynligvis den mest ledende ledningen du kan bruke, men sølvtråd er enda mer ledende. Bytt til sølvtråd, hvis du har råd til det, og du har en sterkere magnet.
Øk antall viklinger
Styrken til en elektromagnet, også kjent som dens magnetmotorkraft (mmf), er direkte proporsjonal med ikke bare strømmen (I), men også antall viklinger (n) rundt solenoiden. Å øke antall viklinger er sannsynligvis den enkleste måten å øke styrken til en elektromagnet. Siden mmf = nI, dobler antall viklinger doblingen av magneten. Det er greit å vikle ledningene i lag rundt magnetkjernen. Magnetfeltet påvirkes ikke når ledninger er i kontakt med hverandre.
Bruk en ferromagnetisk kjerne
Hvis du vil, kan du lage en elektromagnet ved å pakke ledninger rundt en brukt papirhåndklærull, men hvis du vil ha en sterk magnet, kan du vikle dem rundt en jernkjerne i stedet. Jern er et magnetisk materiale, og det blir magnetisert når du slår på strømmen. Dette gir deg faktisk to magneter til prisen av en. Stål inneholder jern, så det vil oppføre seg på samme måte, men ikke så sterkt. To andre ferromagnetiske metaller du kan komme over er nikkel og kobolt.