Как построить генератор электромагнитного поля

Электромагнитные явления присутствуют повсюду, от батареи вашего мобильного телефона до спутников, отправляющих данные обратно на Землю. Вы можете описать поведение электричества через электромагнитные поля, области вокруг объектов, которые проявляют электрические и магнитные силы, которые являются частью одной и той же электромагнитной силы.

Поскольку электромагнитная сила присутствует во многих приложениях повседневной жизни, вы даже можете создать ее, используя батарею и другие предметы, такие как медная проволока или металлические гвозди, лежащие вокруг вашего дома, чтобы продемонстрировать эти явления в физике для себя.

•••Сайед Хуссейн Атер

• Вы можете построить простой генератор электромагнитного поля (ЭДС), используя медную проволоку и железный гвоздь. Оберните их и подключите к источнику электродного тока, чтобы продемонстрировать силу электрического поля. Есть много возможностей, которые вы можете сделать для генераторов ЭДС разного размера и мощности.

Создание

При желании вы можете использовать металлические скрепки или циркуль для наблюдения за эффектом ЭДС. Если металлический объект является ферромагнитным (например, железом), материалом, который можно легко намагнитить, он будет намного эффективнее.

1. Разместите материалы на непроводящей поверхности, например, на дереве или бетоне.
2. Оберните медный провод как можно плотнее вокруг металлического предмета, пока он полностью не закроется. Чем больше катушек, тем сильнее будет генератор поля.
   
3. Обрежьте медную проволоку так, чтобы от головы и концов металлического предмета остались небольшие ее части.
4. Подключите один конец отрезка изолированного провода к меди, выступающей из головки металлического предмета. Подключите другой конец изолированного провода к одному концу источника напряжения на регулируемом источнике питания.
5. Затем подключите один конец изолированного провода к источнику переменного тока.
6. Поместите несколько скрепок рядом с металлическим предметом, когда он лежит на поверхности.
7. Установите шкалу источника переменного тока на 0 вольт.
8. Подключите блок питания и включите его.
9. Медленно поверните шкалу напряжения вверх и посмотрите на скрепки. Вы увидите, как они реагируют на магнитное поле от металлического объекта, как только оно станет достаточно сильным от генератора гвоздей.
10. С помощью компаса посередине отметьте направление электромагнитного поля. Стрелка компаса должна совпадать с осью катушки при протекании тока.

Электромагнетизм, одна из четырех фундаментальных сил природы, описывает, как возникает электромагнитное поле, создаваемое потоком электрического тока.

Когда электрический ток течет по проводу, магнитное поле увеличивается вместе с витками провода. Это позволяет большему току проходить через меньшее расстояние или по меньшим путям, которые ближе к металлическому гвоздю. Когда ток течет по проводу, электромагнитное поле циркулирует вокруг провода.

•••Сайед Хуссейн Атер

Когда через провод течет ток, вы можете продемонстрировать направление магнитного поля, используя правило правой руки. Это правило означает, что если вы поместите большой палец правой руки в направлении тока провода, ваши пальцы будут изгибаться в направлении магнитного поля. Эти практические правила помогут вам запомнить направление, в котором находятся эти явления.

•••Сайед Хуссейн Атер

Правило правой руки также применимо к форме соленоида, протекающего вокруг металлического объекта. Когда ток циркулирует вокруг провода, он создает магнитное поле в металлическом гвозде или другом предмете. Это создаетэлектромагнитэто мешает направлению компаса и может притягивать к нему металлические скрепки. Этот тип излучателя электромагнитного поля работает не так, как постоянные магниты.

В отличие от постоянных магнитов, электромагниты нуждаются в пропускании электрического тока через них, чтобы испускать магнитное поле для их использования. Это позволяет ученым, инженерам и другим профессионалам использовать их в широком спектре приложений и жестко контролировать их.

Магнитное поле для индуцированного тока в форме соленоида электромагнитного поля можно рассчитать как

в которомBмагнитное поле в теслах,μ​_​0​ (произносится как «mu naught») - проницаемость свободного пространства (постоянное значение 1,257 x 10^-6), ​L- длина металлического объекта, параллельного полю, ип- количество витков вокруг электромагнита. Используя закон Ампера,

Вы можете рассчитать валютут я(в амперах).

Эти уравнения во многом зависят от геометрии соленоида, когда провода наматываются как можно ближе к металлическому гвоздю. Имейте в виду, что направление тока противоположно потоку электронов. Используйте это, чтобы выяснить, как должно измениться магнитное поле, и посмотрите, изменяется ли стрелка компаса так, как вы рассчитываете или определяете с помощью правила правой руки.

•••Сайед Хуссейн Атер

Изменения закона Ампера зависят от геометрии генератора ЭДС. В случае тороидального электромагнита в форме пончика поле

дляпколичество петель иррадиус от центра до центра металлических предметов. Окружность круга (2 π г)в знаменателе отражает новую длину магнитного поля, которое принимает круглую форму по всему тороиду. Формы генераторов ЭДС позволяют ученым и инженерам использовать их возможности.

В трансформаторах используются тороидальные формы, намотанные на них в разных слоях, так что, когда ток индуцируется через него, результирующая ЭДС и ток, которые он создает в ответ, передают мощность между различными катушки. Форма позволяет использовать более короткие катушки, которые уменьшают потери на сопротивление или потери из-за способа намотки токов. Это делает тороидальные трансформаторы эффективными в использовании энергии.

Электромагниты могут применяться в большом количестве приложений от промышленного оборудования, компьютерных компонентов, сверхпроводимости и самих научных исследований. Сверхпроводящие материалы практически не имеют электрического сопротивления при очень низких температурах (около 0 Кельвина), что позволяет использовать их в научном и медицинском оборудовании.

Это включает магнитно-резонансную томографию (МРТ) и ускорители частиц. Соленоиды используются для генерации магнитных полей в матричных принтерах, топливных инжекторах и промышленном оборудовании. В частности, тороидальные трансформаторы также используются в медицинской промышленности из-за их эффективности при создании биомедицинских устройств.

Электромагниты также используются в музыкальном оборудовании, таком как динамики и наушники, силовые трансформаторы, которые увеличивают или уменьшают ток. напряжение вдоль линий электропередач, индукционный нагрев для приготовления пищи и производства и даже магнитные сепараторы для сортировки магнитных материалов от лома металл. Индукция для нагрева и приготовления пищи, в частности, зависит от того, как электродвижущая сила производит ток в ответ на изменение магнитного поля.

Наконец, поезда на магнитной подвеске используют сильную электромагнитную силу, чтобы левитировать поезд над рельсами, и сверхпроводящие электромагниты, чтобы разгоняться до высоких скоростей с высокой скоростью. Помимо этих применений, вы также можете найти электромагниты, используемые в таких устройствах, как двигатели, трансформаторы, наушники, громкоговорители, магнитофоны и ускорители частиц.