Электромагниты работают так же хорошо, как и постоянные магниты. На самом деле они даже более полезны, потому что вы можете включать и выключать их. Вы найдете электромагниты в жестких дисках, динамиках и даже в сложном оборудовании, таком как аппараты МРТ и Большой адронный коллайдер ЦЕРН в Женеве, Швейцария. Очевидно, что вам нужен более сильный электромагнит для коллайдера частиц, чем для динамика, так как же ученым сделать магниты, достаточно мощные, чтобы сфокусировать пучок электронов? Ответ немного сложнее, чем просто увеличить их, хотя это часть его. Материалы, которые вы используете, напряжение, которое вы применяете, и температура окружающей среды - все это очень важно.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Чтобы увеличить силу электромагнита, вы можете увеличить силу тока, и есть несколько способов сделать это. Вы также можете увеличить количество обмоток, снизить температуру окружающей среды или заменить немагнитный сердечник на ферромагнитный материал.
Все дело в электромагнитной индукции
Датский ученый Ганс Кристиан Орстед был первым, кто заметил, что ток, протекающий по проводу, может повлиять на находящийся рядом компас. Другими словами, он создает магнитное поле. Если вы намотаете провод на сердечник, образуя так называемый соленоид, концы сердечника примут противоположные полярности, как у постоянного магнита. Напряженность поля зависит от величины тока, количества обмоток и материала сердечника. Это все, что вам нужно запомнить, если вы хотите сделать магнит сильнее.
Увеличить текущую величину
Согласно закону Ампера, магнитное поле вокруг токоведущего провода прямо пропорционально силе тока. Другими словами, увеличивая силу тока, вы увеличиваете магнитное поле, и есть несколько способов сделать это:
- Увеличьте напряжение: Закон Ома гласит, что ток пропорционален напряжению, поэтому, если вы используете электромагнит от 6-вольтовой батареи, переключитесь на 12-вольтовую батарею. Однако вы не можете продолжать увеличивать напряжение бесконечно, потому что сопротивление провода увеличивается с температурой до тех пор, пока не будет достигнут ограничивающий ток. Это подводит вас к следующему варианту.
- Опустите калибр провода: Сопротивление провода уменьшается с увеличением площади поперечного сечения, поэтому уменьшите калибр провода. Имейте в виду, что уменьшение калибра синонимично увеличению толщины проволоки. Если вы обернули соленоид проводом 16-го калибра, замените его на 14-калибр, и магнит станет сильнее.
- Понизьте температуру: Сопротивление увеличивается с температурой, поэтому, если вы можете поддерживать свой магнит при температуре ниже нуля температуры, он будет сильнее, чем при комнатной температуре, хотя разница, вероятно, не будет быть много. Однако при очень низких температурах сопротивление почти исчезает, и провода становятся сверхпроводящими. Этот факт позволяет ученым создавать сверхмощные магниты, такие как те, что в ЦЕРНе.
-
Используйте провод с высокой проводимостью: Вы также можете увеличить ток, перейдя на провод с более высокой проводимостью. Медная проволока, вероятно, является наиболее токопроводящей проволокой, которую вы можете использовать, но серебряная проволока еще более токопроводящая. Переключитесь на серебряную проволоку, если можете себе это позволить, и у вас будет более сильный магнит.
Увеличьте количество обмоток
Сила электромагнита, также известная как его магнитодвижущая сила (mmf), прямо пропорциональна не только току (I), но и количеству обмоток (n) вокруг соленоида. Увеличение количества обмоток, вероятно, самый простой способ увеличить силу электромагнита. Поскольку mmf = nI, удвоение количества обмоток удваивает силу магнита. Можно намотать провода слоями вокруг сердечника соленоида. Магнитное поле не изменяется, когда провода контактируют друг с другом.
Используйте ферромагнитный сердечник
Если хотите, вы можете сделать электромагнит, обернув провода вокруг использованного рулона бумажных полотенец, но если вам нужен сильный магнит, вместо этого оберните их вокруг железного сердечника. Железо - это магнитный материал, и при включении тока оно намагничивается. Фактически это дает вам два магнита по цене одного. Сталь содержит железо, поэтому она будет вести себя точно так же, хотя и не так сильно. Вы можете встретить еще два ферромагнитных металла - никель и кобальт.