วิธีเพิ่มความแรงของแม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าทำงานเช่นเดียวกับแม่เหล็กถาวร อันที่จริงแล้วมีประโยชน์มากกว่าเพราะคุณสามารถเปิดและปิดได้ คุณจะพบแม่เหล็กไฟฟ้าในฮาร์ดไดรฟ์ ลำโพง และแม้แต่ในอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เช่น เครื่อง MRI และ Large Hadron Collider ของ CERN ในเมืองเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เห็นได้ชัดว่าคุณต้องการแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงกว่าสำหรับเครื่องชนอนุภาคมากกว่าลำโพง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จะทำให้แม่เหล็กมีพลังมากพอที่จะโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนได้อย่างไร คำตอบนั้นซับซ้อนกว่าแค่ทำให้ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย แม้ว่าจะเป็นส่วนหนึ่งก็ตาม วัสดุที่คุณใช้ แรงดันไฟฟ้าที่คุณใช้ และอุณหภูมิแวดล้อมล้วนมีความสำคัญ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

หากต้องการเพิ่มความแรงของแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสามารถเพิ่มกระแสไฟแรงได้ และมีหลายวิธีในการทำเช่นนั้น คุณยังสามารถเพิ่มจำนวนขดลวด ลดอุณหภูมิแวดล้อม หรือเปลี่ยนแกนที่ไม่ใช่แม่เหล็กด้วยวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก

นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Hans Christian Orsted เป็นคนแรกที่สังเกตเห็นว่ากระแสไฟที่ไหลผ่านสายไฟอาจส่งผลต่อเข็มทิศในบริเวณใกล้เคียง กล่าวอีกนัยหนึ่งก็สร้างสนามแม่เหล็ก หากคุณพันลวดรอบแกน ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าโซลินอยด์ ปลายของแกนจะถือว่ามีขั้วตรงข้าม เช่นเดียวกับแม่เหล็กถาวร ความแรงของสนามขึ้นอยู่กับขนาดของกระแส จำนวนของขดลวด และวัสดุหลัก นี่คือทั้งหมดที่คุณต้องจำไว้หากต้องการทำให้แม่เหล็กแข็งแรงขึ้น

ตามกฎของแอมแปร์ สนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง เพิ่มความแรงของกระแสและคุณเพิ่มสนามแม่เหล็ก และมีหลายวิธีในการทำเช่นนี้:

• เพิ่มแรงดันไฟฟ้า: กฎของโอห์มบอกคุณว่ากระแสเป็นสัดส่วนกับแรงดัน ดังนั้นหากคุณใช้แม่เหล็กไฟฟ้ากับแบตเตอรี่ขนาด 6 โวลต์ ให้เปลี่ยนเป็นแบตเตอรี่ขนาด 12 โวลต์ คุณไม่สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าต่อไปได้โดยไม่มีกำหนด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้านทานของลวดเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิจนกว่าจะถึงกระแสที่จำกัด ที่นำคุณไปสู่ตัวเลือกถัดไป

• ลดลวดเกจ: ความต้านทานของลวดลดลงเมื่อพื้นที่หน้าตัดเพิ่มขึ้น ดังนั้น ลดเกจลวดลง โปรดทราบว่าการลดขนาดเกจมีความหมายเหมือนกันกับการเพิ่มความหนาของเส้นลวด หากคุณพันโซลินอยด์ด้วยลวดขนาด 16 เกจ ให้เปลี่ยนเป็น 14 เกจ แล้วแม่เหล็กจะแรงขึ้น

• ลดอุณหภูมิ: ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ดังนั้นหากคุณสามารถรักษาแม่เหล็กของคุณไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งได้ อุณหภูมิจะแข็งกว่าอุณหภูมิห้องแม้ว่าความแตกต่างจะไม่ จะมาก อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิต่ำมาก ความต้านทานเกือบจะหายไปและสายไฟจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ข้อเท็จจริงนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบแม่เหล็กที่มีพลังมหาศาลได้ เช่น แม่เหล็กที่ CERN

• ใช้ลวดที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง: คุณยังสามารถเพิ่มกระแสได้โดยการอัพเกรดเป็นลวดที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่สูงขึ้น ลวดทองแดงน่าจะเป็นลวดที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุด แต่ลวดเงินนั้นนำไฟฟ้าได้มากกว่า เปลี่ยนไปใช้ลวดเงิน ถ้าคุณสามารถจ่ายได้ และคุณจะมีแม่เหล็กที่แรงกว่า
  

ความแรงของแม่เหล็กไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าแรงแม่เหล็ก (mmf) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแส (I) ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจำนวนขดลวด (n) รอบโซลินอยด์ด้วย การเพิ่มจำนวนขดลวดน่าจะเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการเพิ่มความแข็งแรงของแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจาก mmf = nI การเพิ่มจำนวนขดลวดเป็นสองเท่าจะเพิ่มความแข็งแรงของแม่เหล็กเป็นสองเท่า เป็นการดีที่จะพันสายไฟเป็นชั้นๆ รอบแกนโซลินอยด์ สนามแม่เหล็กจะไม่ได้รับผลกระทบเมื่อสายไฟสัมผัสกัน

หากคุณต้องการ คุณสามารถสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการพันลวดรอบม้วนกระดาษชำระที่ใช้แล้ว แต่ถ้าคุณต้องการแม่เหล็กที่แรง ให้พันรอบแกนเหล็กแทน เหล็กเป็นวัสดุแม่เหล็ก และจะกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อคุณเปิดกระแสไฟ สิ่งนี้จะช่วยให้คุณมีแม่เหล็กสองตัวในราคาเดียว เหล็กประกอบด้วยธาตุเหล็ก ดังนั้น เหล็กจะมีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน แม้ว่าจะไม่ได้แรงมากเท่าก็ตาม โลหะแม่เหล็กอื่นๆ อีกสองชนิดที่คุณอาจพบคือนิกเกิลและโคบอลต์