Elektromagnety fungujú rovnako dobre ako permanentné magnety. V skutočnosti sú ešte užitočnejšie, pretože ich môžete zapnúť a vypnúť. Elektromagnety nájdete na pevných diskoch, reproduktoroch a dokonca aj v sofistikovaných zariadeniach, ako sú prístroje MRI a Large Hadron Collider spoločnosti CERN v Ženeve vo Švajčiarsku. Pre urýchľovač častíc zjavne potrebujete silnejší elektromagnet ako pre reproduktor, tak ako môžu vedci vyrábať magnety dostatočne silné na to, aby zamerali lúč elektrónov? Odpoveď je o niečo komplikovanejšia, ako len ich zväčšenie, hoci to k tomu patrí. Dôležité sú materiály, ktoré používate, použité napätie a teplota okolia.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Ak chcete zvýšiť silu elektromagnetu, môžete zvýšiť prúd sily a existuje niekoľko spôsobov, ako to urobiť. Môžete tiež zvýšiť počet vinutí, znížiť teplotu okolia alebo vymeniť svoje nemagnetické jadro za feromagnetický materiál.
Všetko je o elektromagnetickej indukcii
Dánsky vedec Hans Christian Orsted bol prvým človekom, ktorý si všimol, že prúd pretekajúci drôtom môže mať vplyv na neďaleký kompas. Inými slovami, generuje magnetické pole. Ak naviniete drôt okolo jadra a vytvoríte takzvaný solenoid, konce jadra nadobudnú opačnú polaritu, rovnako ako permanentný magnet. Sila poľa závisí od veľkosti prúdu, počtu vinutí a materiálu jadra. To je všetko, čo si musíte zapamätať, ak chcete zosilniť magnet.
Zvýšiť aktuálnu veľkosť
Podľa Ampèrovho zákona je magnetické pole okolo drôtu prenášajúceho prúd priamo úmerné sile prúdu. Inými slovami, zväčšite prúdovú intenzitu a magnetické pole. Existuje viac ako jeden spôsob, ako to urobiť:
- Zvýšte napätie: Ohmov zákon vám hovorí, že prúd je úmerný napätiu, takže ak napájate elektromagnet na 6-voltovej batérii, prepnite na 12-voltovú. Nemôžete však neustále zvyšovať napätie, pretože odpor drôtu sa zvyšuje s teplotou, až kým sa nedosiahne obmedzujúci prúd. Dostanete sa tak k ďalšej možnosti.
- Znížte ukazovateľ drôtu: Odpor drôtu klesá so zväčšujúcou sa prierezovou plochou, takže znížte jeho prierez. Pamätajte, že zmenšenie rozchodu je synonymom pre zväčšenie hrúbky drôtu. Ak ste solenoid zabalili do drôtu s mierkou 16, nahraďte ho drôtom s kalibrom 14 a magnet bude silnejší.
- Znížte teplotu: Odpor sa zvyšuje s teplotou, takže pokiaľ dokážete udržať magnet na bode mrazu teplotách, bude silnejší ako pri izbovej teplote, aj keď rozdiel pravdepodobne nebude byť veľa. Pri extrémne nízkych teplotách však odpor takmer zmizne a drôty sa stanú supravodivými. Táto skutočnosť umožňuje vedcom navrhovať veľmi výkonné magnety, napríklad tie v CERN-e.
-
Použite drôt s vysokou vodivosťou: Môžete tiež zvýšiť prúd upgradom na drôt s vyššou vodivosťou. Medený drôt je pravdepodobne najvodivejší drôt, aký môžete použiť, ale strieborný drôt je ešte vodivejší. Ak si to môžete dovoliť, prepnite na strieborný drôt a budete mať silnejší magnet.
Zvýšte počet vinutí
Sila elektromagnetu, známa tiež ako jeho magnetomotorická sila (mmf), je priamo úmerná nielen prúdu (I), ale aj počtu vinutí (n) okolo solenoidu. Zvyšovanie počtu vinutí je pravdepodobne najjednoduchší spôsob, ako zvýšiť pevnosť elektromagnetu. Pretože mmf = nI, zdvojnásobenie počtu vinutí zdvojnásobuje silu magnetu. Je v poriadku obaliť drôty vrstvami okolo jadra solenoidu. Pri vzájomnom kontakte vodičov nie je magnetické pole ovplyvnené.
Použite feromagnetické jadro
Ak chcete, môžete vyrobiť elektromagnet omotaním drôtov okolo použitej role papierovej utierky, ale ak chcete silný magnet, zabaľte ich radšej okolo železného jadra. Železo je magnetický materiál a zmagnetizuje sa, keď zapnete prúd. Takto získate dva magnety za cenu jedného. Oceľ obsahuje železo, takže sa bude správať rovnako, aj keď nie tak silno. Dva ďalšie feromagnetické kovy, s ktorými sa môžete stretnúť, sú nikel a kobalt.
