Electro-magneții funcționează la fel de bine ca magneții permanenți. De fapt, sunt și mai utile, deoarece le puteți activa și dezactiva. Veți găsi electro-magneți pe hard disk-uri, difuzoare și chiar și în echipamente sofisticate, cum ar fi mașinile RMN și Large Hadron Collider de la CERN, la Geneva, Elveția. Evident, aveți nevoie de un electromagnet mai puternic pentru un colizor de particule decât pentru un difuzor, deci cum oamenii de știință fac magneți suficient de puternici pentru a focaliza un fascicul de electroni? Răspunsul este puțin mai complicat decât simplificarea lor, deși asta face parte din el. Materialele pe care le utilizați, tensiunea pe care o aplicați și temperatura ambiantă sunt toate importante.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Pentru a crește puterea unui electromagnet, puteți crește curentul de rezistență și există mai multe modalități de a face acest lucru. De asemenea, puteți crește numărul de înfășurări, puteți reduce temperatura ambiantă sau puteți înlocui miezul nemagnetic cu un material fero-magnetic.
Este vorba de inducție electromagnetică
Savantul danez Hans Christian Orsted a fost prima persoană care a observat că un curent care trece printr-un fir poate afecta o busolă din apropiere. Cu alte cuvinte, generează un câmp magnetic. Dacă înfășurați firul în jurul unui miez, formând ceea ce se numește solenoid, capetele miezului își vor asuma polarități opuse, la fel ca un magnet permanent. Puterea câmpului depinde de magnitudinea curentului, de numărul de înfășurări și de materialul de bază. Acesta este tot ce trebuie să vă amintiți dacă doriți să faceți magnetul mai puternic.
Creșteți magnitudinea curentă
Conform Legii lui Ampère, câmpul magnetic din jurul unui fir purtător de curent este direct proporțional cu puterea curentului. Cu alte cuvinte, creșteți intensitatea curentă și creșteți câmpul magnetic și există mai multe modalități de a face acest lucru:
- Creșteți tensiunea: Legea lui Ohm vă spune că curentul este proporțional cu tensiunea, deci, dacă rulați electromagnetul pe o baterie de 6 volți, comutați pe una de 12 volți. Cu toate acestea, nu puteți continua să creșteți tensiunea la nesfârșit, deoarece rezistența firului crește odată cu temperatura până când se atinge un curent limitat. Aceasta vă duce la următoarea opțiune.
- Coborâți indicatorul de sârmă: Rezistența firului scade odată cu creșterea suprafeței secțiunii transversale, deci reduceți ecartamentul firului. Rețineți că reducerea ecartamentului este sinonimă cu creșterea grosimii firului. Dacă v-ați înfășurat solenoidul cu fir de calibru 16, înlocuiți-l cu calibru 14, iar magnetul va fi mai puternic.
- Scadeți temperatura: Rezistența crește odată cu temperatura, deci dacă puteți menține magnetul sub îngheț temperaturile, va fi mai puternică decât una la temperatura camerei, deși probabil că diferența nu va fi fii mult. Cu toate acestea, la temperaturi extrem de scăzute, rezistența aproape dispare, iar firele devin supraconductoare. Acest fapt le permite oamenilor de știință să proiecteze magneți puternici, precum cei de la CERN.
-
Utilizați sârmă cu conductivitate ridicată: De asemenea, puteți crește curentul actualizând la un fir cu o conductivitate mai mare. Sârmă de cupru este probabil cea mai conductivă sârmă pe care o puteți folosi, dar sârmă de argint este și mai conductivă. Treceți la sârmă de argint, dacă vă puteți permite, și veți avea un magnet mai puternic.
Măriți numărul de înfășurări
Puterea unui electromagnet, cunoscută și sub numele de forța sa magnetomotivă (mmf), este direct proporțională nu numai cu curentul (I), ci și cu numărul de înfășurări (n) din jurul solenoidului. Creșterea numărului de înfășurări este probabil cea mai ușoară cale de a crește puterea unui electromagnet. Deoarece mmf = nI, dublarea numărului de înfășurări dublează rezistența magnetului. Este bine să înfășurați firele în straturi în jurul miezului solenoidului. Câmpul magnetic nu este afectat atunci când firele sunt în contact unul cu celălalt.
Folosiți un nucleu feromagnetic
Dacă doriți, puteți face un electromagnet înfășurând fire în jurul unei role de prosoape de hârtie uzate, dar dacă doriți un magnet puternic, înfășurați-le în jurul unui miez de fier. Fierul este un material magnetic și devine magnetizat atunci când porniți curentul. Acest lucru vă oferă, de fapt, doi magneți la prețul unuia. Oțelul conține fier, deci se va comporta în același mod, deși nu la fel de puternic. Alte două metale fero-magnetice pe care le-ați putea întâlni sunt nichelul și cobaltul.