Cum se construiește un generator de câmp electromagnetic

Fenomenele electromagnetice sunt peste tot de la bateria telefonului dvs. mobil la sateliții care trimit date înapoi pe Pământ. Puteți descrie comportamentul electricității prin câmpuri electromagnetice, regiuni din jurul obiectelor care exercită forțe electrice și magnetice, care fac parte din aceeași forță electromagnetică.

Deoarece forța electromagnetică se găsește în atât de multe aplicații din viața de zi cu zi, puteți chiar să construiți una folosind o baterie și alte obiecte, cum ar fi sârmă de cupru sau cuie metalice, situate în jurul casei dvs. pentru a demonstra personal aceste fenomene în fizică.

•••Syed Hussain Ather

• Puteți construi un generator simplu de câmp electromagnetic (EMF) folosind sârmă de cupru și un cui de fier. Înfășurați-le și conectați-le la o sursă de curent de electrod pentru a demonstra puterea câmpului electric. Există multe posibilități pe care le puteți face pentru generatoarele EMF de dimensiuni și putere variate.

Construirea unui

Opțional, puteți utiliza agrafe metalice sau o busolă pentru a observa efectul emf. Dacă obiectul metalic este feromagnetic (cum ar fi fierul), un material care poate fi ușor magnetizat, acesta va fi mult, mult mai eficient.

1. Așezați materialele pe o suprafață neconductoare, cum ar fi lemnul sau betonul.
2. Înfășurați firul de cupru cât mai strâns în jurul obiectului metalic până când acesta este complet acoperit. Cu cât sunt mai multe bobine, cu atât va fi mai puternic generatorul de câmp.
   
3. Decupați firul de cupru astfel încât să existe părți mici ale acestuia din cap și capetele obiectului metalic.
4. Conectați un capăt al unei bucăți de sârmă izolată la cuprul care iese din capul obiectului metalic. Conectați celălalt capăt al firului izolat la un capăt al sursei de tensiune de pe sursa de alimentare variabilă.
5. Apoi, conectați un capăt al firului izolat la sursa de la sursa de alimentare variabilă.
6. Așezați câteva agrafe de hârtie lângă obiectul metalic așa cum se află la suprafață.
7. Setați cadranul de la sursa de alimentare variabilă la 0 volți.
8. Conectați sursa de alimentare și porniți-o.
9. Întoarceți încet cadranul de tensiune și urmăriți agrafe. Îi veți vedea cum reacționează la câmpul magnetic de la obiectul metalic de îndată ce este suficient de puternic de la generatorul de unghii.
10. Folosiți o busolă în mijloc pentru a nota direcția câmpului electromagnetic. Acul busolei trebuie să se alinieze cu axa bobinei atunci când curge curentul.

Electromagnetismul, una dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii, descrie modul în care apare un câmp electromagnetic creat din fluxul curentului electric.

Când un curent electric trece printr-un fir, câmpul magnetic crește odată cu bobinele firului. Acest lucru lasă să curgă mai mult curent printr-o distanță mai mică sau pe căi mai mici, care sunt mai aproape de cuiul metalic. Când curentul curge printr-un fir, câmpul electromagnetic este circular în jurul firului.

•••Syed Hussain Ather

Când curentul curge prin fir, puteți demonstra direcția câmpului magnetic folosind regula din dreapta. Această regulă înseamnă că, dacă așezați degetul mare drept în direcția curentului firului, degetele se vor ondula în direcția câmpului magnetic. Aceste reguli generale vă pot ajuta să vă amintiți direcția pe care o au aceste fenomene.

•••Syed Hussain Ather

Regula din partea dreaptă se aplică și formei solenoidului curentului din jurul obiectului metalic. Când curentul se deplasează în bucle în jurul firului, acesta generează un câmp magnetic în cuiul metalic sau în alt obiect. Acest lucru creează unelectromagnetcare interferează cu direcția busolei și poate atrage cleme de hârtie metalice către ea. Acest tip de emițător de câmp electromagnetic funcționează diferit de magneții permanenți.

Spre deosebire de magneții permanenți, electromagnetii au nevoie de un curent electric prin ele pentru a emite un câmp magnetic pentru utilizarea lor. Acest lucru permite oamenilor de știință, ingineri și alți profesioniști să le folosească pentru o gamă largă de aplicații și să le controleze puternic.

Câmpul magnetic pentru un curent indus în forma solenoidului electromagnetic poate fi calculat ca

in careBeste câmpul magnetic din Teslas,μ​_​0​ (pronunțat "mu naught") este permeabilitatea spațiului liber (o valoare constantă 1.257 x 10^-6), ​Leste lungimea obiectului metalic paralel cu câmpul șineste numărul de bucle din jurul electromagnetului. Folosind Legea lui Ampere,

puteți calcula currenult eu(în amperi).

Aceste ecuații depind îndeaproape de geometria solenoidului cu firele care se înfășoară cât mai aproape posibil în jurul cuiului metalic. Rețineți că direcția curentului este opusă fluxului de electroni. Utilizați acest lucru pentru a afla cum ar trebui să se schimbe câmpul magnetic și pentru a vedea dacă acul busolei se schimbă așa cum ați calcula sau determina folosind regula din partea dreaptă.

•••Syed Hussain Ather

Modificările legii lui Ampere depind de geometria generatorului de emf. În cazul unui electromagnet toroidal, în formă de gogoașă, câmpul

pentrunnumărul de bucle șirraza de la centru la centrul obiectelor metalice. Circumferința unui cerc (2 π r)în numitor reflectă noua lungime a câmpului magnetic care ia o formă circulară în tot toroidul. Formele generatoarelor EMF permit oamenilor de știință și inginerilor să își valorifice puterea.

Formele toroidale sunt utilizate în transformatoare, folosind bobinele înfășurate în jurul lor în diferite straturi, astfel încât, atunci când este un curent este indus prin ea, emf-ul rezultat și curentul pe care îl creează ca răspuns transferă puterea între diferiți colaci. Forma îi permite să utilizeze bobine mai scurte care reduc pierderile la rezistență sau pierderile datorate modului în care curenții sunt înfășurați. Acest lucru face ca transformatoarele toroidale să fie eficiente în modul în care utilizează energia.

Electromagnetii pot varia într-o cantitate mare de aplicații, de la mașini industriale, componente pentru computer, superconductivitate și cercetarea științifică în sine. Materialele supraconductoare nu ating practic nici o rezistență electrică la temperaturi foarte scăzute (aproape 0 Kelvin) care pot fi utilizate în echipamente științifice și medicale.

Aceasta include imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) și acceleratoarele de particule. Solenoizii sunt utilizați pentru generarea câmpurilor magnetice în imprimantele cu matrice de puncte, injectoare de combustibil și utilaje industriale. Transformatoarele toroidale, în special, au utilizări în industria medicală pentru eficiența lor în crearea dispozitivelor biomedicale.

Electromagnetii sunt folosiți și în echipamente muzicale precum difuzoare și căști, transformatoare de putere care cresc sau scad curentul tensiune de-a lungul liniilor electrice, încălzire prin inducție pentru gătit și fabricare și chiar separatoare magnetice pentru a sorta materialele magnetice de la resturi metal. Inducția pentru încălzire și gătit se bazează în special pe modul în care o forță electromotivă produce un curent ca răspuns la o schimbare a câmpului magnetic.

În cele din urmă, trenurile maglev folosesc o forță electromagnetică puternică pentru a levita un tren deasupra unei căi și electromagneti supraconductori pentru a accelera la viteze mari la viteze rapide și eficiente. În afară de aceste utilizări, puteți găsi, de asemenea, electro magneți utilizați în aplicații precum motoare, transformatoare, căști, difuzoare, magnetofoane și acceleratoare de particule.