Elektromagnesy działają tak samo dobrze jak magnesy trwałe. W rzeczywistości są jeszcze bardziej przydatne, ponieważ można je włączać i wyłączać. Elektromagnesy można znaleźć w dyskach twardych, głośnikach, a nawet w wyrafinowanym sprzęcie, takim jak urządzenia do rezonansu magnetycznego i Wielki Zderzacz Hadronów CERN w Genewie w Szwajcarii. Oczywiście potrzebujesz silniejszego elektromagnesu do zderzacza cząstek niż do głośnika, więc w jaki sposób naukowcy mogą stworzyć magnesy wystarczająco silne, aby skupić wiązkę elektronów? Odpowiedź jest nieco bardziej skomplikowana niż po prostu powiększanie ich, chociaż to część tego. Ważne są materiały, których używasz, stosowane napięcie i temperatura otoczenia.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Aby zwiększyć siłę elektromagnesu, możesz zwiększyć natężenie prądu i jest na to kilka sposobów. Możesz także zwiększyć liczbę uzwojeń, obniżyć temperaturę otoczenia lub wymienić niemagnetyczny rdzeń na materiał ferromagnetyczny.
Chodzi o indukcję elektromagnetyczną
Duński naukowiec Hans Christian Orsted był pierwszą osobą, która zauważyła, że prąd przepływający przez drut może wpływać na pobliski kompas. Innymi słowy, generuje pole magnetyczne. Jeśli owiniesz drut wokół rdzenia, tworząc tak zwany solenoid, końce rdzenia przyjmą przeciwne bieguny, tak jak magnes trwały. Siła pola zależy od wielkości prądu, liczby uzwojeń i materiału rdzenia. To wszystko, o czym musisz pamiętać, jeśli chcesz, aby magnes był silniejszy.
Zwiększ aktualną wielkość
Zgodnie z prawem Ampère'a pole magnetyczne wokół przewodu przewodzącego prąd jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu. Innymi słowy, zwiększ natężenie prądu, a zwiększysz pole magnetyczne, a jest na to więcej niż jeden sposób:
- Zwiększ napięcie: Prawo Ohma mówi, że prąd jest proporcjonalny do napięcia, więc jeśli używasz elektromagnesu na 6-woltowej baterii, przełącz się na 12-woltową. Nie można jednak zwiększać napięcia w nieskończoność, ponieważ rezystancja przewodu rośnie wraz z temperaturą, aż do osiągnięcia prądu granicznego. To prowadzi do następnej opcji.
- Obniż wskaźnik drutu: Rezystancja przewodu maleje wraz ze wzrostem pola przekroju, więc zmniejsz grubość przewodu. Należy pamiętać, że zmniejszenie grubości jest równoznaczne ze zwiększeniem grubości drutu. Jeśli owiłeś elektrozawór przewodem o rozmiarze 16, zastąp go przewodem o rozmiarze 14, a magnes będzie silniejszy.
- Obniż temperaturę: Opór wzrasta wraz z temperaturą, więc jeśli możesz utrzymać magnes poniżej zera temperaturach, będzie silniejszy niż w temperaturze pokojowej, chociaż różnica prawdopodobnie nie będzie być dużo. Jednak w ekstremalnie niskich temperaturach opór prawie zanika, a przewody stają się nadprzewodnikami. Fakt ten pozwala naukowcom zaprojektować niezwykle silne magnesy, takie jak te w CERN.
-
Użyj drutu o wysokiej przewodności: Możesz również zwiększyć prąd, przechodząc na przewód o wyższej przewodności. Drut miedziany jest prawdopodobnie najbardziej przewodzącym drutem, jakiego możesz użyć, ale drut srebrny jest jeszcze bardziej przewodzący. Przełącz się na srebrny drut, jeśli możesz sobie na to pozwolić, a będziesz miał silniejszy magnes.
Zwiększ liczbę uzwojeń
Siła elektromagnesu, znana również jako siła magnetomotoryczna (mmf), jest wprost proporcjonalna nie tylko do prądu (I), ale także do liczby zwojów (n) wokół elektromagnesu. Zwiększenie liczby uzwojeń to prawdopodobnie najłatwiejszy sposób na zwiększenie wytrzymałości elektromagnesu. Ponieważ mmf = nI, podwojenie liczby uzwojeń podwaja siłę magnesu. Można owinąć przewody warstwami wokół rdzenia elektromagnesu. Pole magnetyczne nie ma wpływu, gdy przewody stykają się ze sobą.
Użyj rdzenia ferromagnetycznego
Jeśli chcesz, możesz zrobić elektromagnes, owijając przewody wokół zużytej rolki ręcznika papierowego, ale jeśli chcesz mieć silny magnes, owiń je wokół żelaznego rdzenia. Żelazo jest materiałem magnetycznym i zostaje namagnesowane po włączeniu prądu. Daje to w efekcie dwa magnesy w cenie jednego. Stal zawiera żelazo, więc będzie się zachowywać w ten sam sposób, choć nie tak mocno. Dwa inne metale ferromagnetyczne, z którymi możesz się spotkać, to nikiel i kobalt.