Jak zbudować generator pola elektromagnetycznego?

Zjawiska elektromagnetyczne występują wszędzie, od baterii telefonu komórkowego po satelity, które wysyłają dane z powrotem na Ziemię. Zachowanie elektryczności można opisać za pomocą pól elektromagnetycznych, obszarów wokół obiektów, które wywierają siły elektryczne i magnetyczne, które są częścią tej samej siły elektromagnetycznej.

Ponieważ siła elektromagnetyczna znajduje zastosowanie w tak wielu zastosowaniach w życiu codziennym, możesz nawet zbudować taki przy użyciu baterii i inne przedmioty, takie jak drut miedziany lub metalowe gwoździe leżące wokół twojego domu, aby samemu zademonstrować te zjawiska w fizyce.

•••Syed Hussain Ather

• Możesz zbudować prosty generator pola elektromagnetycznego (emf) za pomocą drutu miedzianego i żelaznego gwoździa. Owiń je i podłącz do źródła prądu elektrody, aby zademonstrować moc pola elektrycznego. Istnieje wiele możliwości dla generatorów emf o różnej wielkości i mocy.

Budowanie igenerator pola elektromagnetycznego (emf)

Możesz opcjonalnie użyć metalowych spinaczy do papieru lub kompasu, aby obserwować efekt emf. Jeśli metalowy przedmiot jest ferromagnetyczny (np. żelazo), materiał, który można łatwo namagnesować, będzie o wiele, znacznie bardziej skuteczny.

1. Umieść materiały na nieprzewodzącej powierzchni, takiej jak drewno lub beton.
2. Zwiń miedziany drut tak ciasno, jak to tylko możliwe, wokół metalowego przedmiotu, aż zostanie całkowicie pokryty. Im więcej cewek, tym silniejszy będzie generator pola.
   
3. Przytnij drut miedziany tak, aby były małe części z głowy i końców metalowego przedmiotu.
4. Podłącz jeden koniec kawałka izolowanego drutu do miedzi wystającej z głowy metalowego przedmiotu. Podłącz drugi koniec izolowanego przewodu do jednego końca źródła napięcia na zasilaczu o zmiennej mocy.
5. Następnie podłącz jeden koniec izolowanego przewodu do źródła na zasilaczu o zmiennej mocy.
6. Umieść kilka spinaczy do papieru w pobliżu metalowego przedmiotu, który leży na powierzchni.
7. Ustaw pokrętło na zmiennym zasilaniu na 0 woltów.
8. Podłącz zasilacz i włącz go.
9. Powoli obróć pokrętło napięcia i obserwuj spinacze. Zobaczysz, jak reagują na pole magnetyczne z metalowego przedmiotu, gdy tylko jest wystarczająco silne z generatora gwoździ.
10. Użyj kompasu na środku, aby zanotować kierunek pola elektromagnetycznego. Igła kompasu powinna zrównać się z osią cewki, gdy płynie prąd.

Elektromagnetyzm, jedna z czterech podstawowych sił natury, opisuje, w jaki sposób powstaje pole elektromagnetyczne wytworzone z przepływu prądu elektrycznego.

Kiedy prąd elektryczny przepływa przez drut, pole magnetyczne wzrasta wraz z cewkami drutu. Pozwala to na przepływ większej ilości prądu na mniejszą odległość lub na mniejszych ścieżkach, które są bliżej metalowego gwoździa. Kiedy prąd przepływa przez przewód, pole elektromagnetyczne jest okrągłe wokół przewodu.

•••Syed Hussain Ather

Kiedy prąd przepływa przez przewód, możesz zademonstrować kierunek pola magnetycznego za pomocą reguły prawej ręki. Ta zasada oznacza, że ​​jeśli umieścisz prawy kciuk w kierunku prądu przewodu, twoje palce będą zwijać się w kierunku pola magnetycznego. Te ogólne zasady mogą pomóc Ci zapamiętać kierunek, w jakim te zjawiska mają.

•••Syed Hussain Ather

Zasada prawej ręki dotyczy również kształtu solenoidu prądu wokół metalowego przedmiotu. Kiedy prąd płynie pętlami wokół drutu, wytwarza pole magnetyczne w metalowym gwoździu lub innym przedmiocie. To tworzyelektromagnesktóry koliduje z kierunkiem kompasu i może przyciągać do niego metalowe spinacze. Ten typ emitera pola elektromagnetycznego działa inaczej niż magnesy trwałe.

W przeciwieństwie do magnesów trwałych, elektromagnesy potrzebują przez nie prądu elektrycznego, aby wytworzyć pole magnetyczne do swoich zastosowań. Pozwala to naukowcom, inżynierom i innym profesjonalistom używać ich do wielu różnych zastosowań i intensywnie je kontrolować.

Pole magnetyczne dla prądu indukowanego w kształcie solenoidu elektromagnetycznego można obliczyć jako

w którymbjest pole magnetyczne w Teslach,μ​_​0​ (wymawiane „mu naught”) to przepuszczalność wolnej przestrzeni (stała wartość 1,257 x 10^-6), ​Ljest długością metalowego przedmiotu równoległego do pola inieto liczba pętli wokół elektromagnesu. Korzystanie z prawa Ampere'a,

możesz obliczyć walutyt ja(w amperach).

Równania te ściśle zależą od geometrii elektromagnesu, przy czym druty owijają się jak najbliżej metalowego gwoździa. Należy pamiętać, że kierunek prądu jest przeciwny do przepływu elektronów. Użyj tego, aby dowiedzieć się, jak powinno zmienić się pole magnetyczne i sprawdzić, czy igła kompasu zmienia się tak, jak obliczasz lub określasz za pomocą reguły prawej ręki.

•••Syed Hussain Ather

Zmiany prawa Ampere'a zależą od geometrii generatora emf. W przypadku elektromagnesu toroidalnego w kształcie pierścienia pole

dlanieliczba pętli irpromień od środka do środka metalowych przedmiotów. Obwód koła (2 π r)w mianowniku odzwierciedla nową długość pola magnetycznego, które przybiera okrągły kształt w całym toroidzie. Kształty generatorów emf pozwalają naukowcom i inżynierom wykorzystać ich moc.

Toroidalne kształty są używane w transformatorach, używaj cewek owiniętych wokół nich w różnych warstwach, tak że gdy prąd jest indukowany przez niego, powstały emf i prąd, który wytwarza w odpowiedzi, przenoszą moc między różnymi cewki. Kształt pozwala na zastosowanie krótszych cewek, które zmniejszają straty do rezystancji lub straty wynikające ze sposobu nawijania prądów. To sprawia, że ​​transformatory toroidalne efektywnie wykorzystują energię.

Elektromagnesy mogą mieć wiele zastosowań, począwszy od maszyn przemysłowych, komponentów komputerowych, nadprzewodnictwa i samych badań naukowych. Materiały nadprzewodzące praktycznie nie osiągają oporności elektrycznej w bardzo niskich temperaturach (zbliżonych do 0 Kelvina), które mogą być stosowane w sprzęcie naukowym i medycznym.

Obejmuje to obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i akceleratory cząstek. Solenoidy są wykorzystywane do generowania pól magnetycznych w drukarkach igłowych, wtryskiwaczach paliwa i maszynach przemysłowych. W szczególności transformatory toroidalne mają również zastosowanie w przemyśle medycznym ze względu na ich wydajność w tworzeniu urządzeń biomedycznych.

Elektromagnesy znajdują również zastosowanie w sprzęcie muzycznym, takim jak głośniki i słuchawki, transformatory zasilające zwiększające lub zmniejszające prąd napięcie wzdłuż linii energetycznych, ogrzewanie indukcyjne do gotowania i produkcji, a nawet separatory magnetyczne do sortowania materiałów magnetycznych od złomu metal. Indukcja do ogrzewania i gotowania opiera się w szczególności na tym, jak siła elektromotoryczna wytwarza prąd w odpowiedzi na zmianę pola magnetycznego.

Wreszcie, pociągi maglev wykorzystują silną siłę elektromagnetyczną do unoszenia pociągu nad torami, a elektromagnesy nadprzewodzące przyspieszają do dużych prędkości z szybkimi i wydajnymi prędkościami. Oprócz tych zastosowań można również znaleźć elektromagnesy stosowane w aplikacjach takich jak silniki, transformatory, słuchawki, głośniki, magnetofony i akceleratory cząstek.