Як побудувати генератор електромагнітного поля

Електромагнітні явища є скрізь - від акумулятора мобільного телефону до супутників, які надсилають дані назад на Землю. Ви можете описати поведінку електрики через електромагнітні поля, області навколо об’єктів, що діють електричні та магнітні сили, які є частинами однієї і тієї ж електромагнітної сили.

Оскільки електромагнітна сила зустрічається в багатьох випадках у повсякденному житті, ви навіть можете створити її, використовуючи акумулятор і інші предмети, такі як мідний дріт або металеві цвяхи, що лежать навколо вашого будинку, щоб наочно продемонструвати ці явища у фізиці.

•••Саєд Хуссейн Атер

• Ви можете побудувати простий генератор електромагнітного поля (ЕРС) за допомогою мідного дроту та залізного цвяха. Оберніть їх і підключіть до електродного джерела струму, щоб продемонструвати потужність електричного поля. Існує багато можливостей для генераторів ЕРС різного розміру та потужності.

Будівництвогенератор електромагнітного поля (ЕРС)потрібна соленоїдна котушка з мідного дроту (спіраль або спіральна форма), металевий предмет, такий як залізний цвях (для генератор цвяхів), ізолюючий дріт та джерело напруги (наприклад, акумулятор або електроди) для випромінювання електрики струми.

Ви можете за бажанням використовувати металеві скріпки або компас, щоб спостерігати ефект ЕРС. Якщо металевий предмет феромагнітний (наприклад, залізо), матеріал, який легко намагнічується, це буде набагато, набагато ефективніше.

1. Покладіть матеріали на непровідну поверхню, таку як дерево або бетон.
2. Намотуйте мідний дріт якомога щільніше навколо металевого предмета, поки він не буде повністю покритий. Чим більше котушок, тим сильнішим буде генератор поля.
   
3. Закріпіть мідний дріт так, щоб від голови та кінців металевого предмета були його невеликі частини.
4. З'єднайте один кінець шматка ізольованого дроту з міддю, що виступає з головки металевого предмета. Підключіть інший кінець ізольованого проводу до одного кінця джерела напруги на змінному джерелі живлення.
5. Потім підключіть один кінець ізольованого проводу до джерела на змінному джерелі живлення.
6. Помістіть кілька скріпок біля металевого предмета, коли він лежить на поверхні.
7. Встановіть регулятор на змінному джерелі живлення на 0 вольт.
8. Підключіть блок живлення та увімкніть його.
9. Повільно поверніть регулятор напруги і подивіться на скріпки. Ви побачите, як вони реагують на магнітне поле від металевого предмета, як тільки воно буде досить сильним від нігтьового генератора.
10. За допомогою компаса посередині відзначте напрямок електромагнітного поля. Стрілка компаса повинна вирівнюватися з віссю котушки, коли струм тече.

Електромагнетизм, одна з чотирьох основних сил природи, описує, як виникає електромагнітне поле, створене в результаті потоку електричного струму.

Коли через дріт протікає електричний струм, магнітне поле збільшується разом із котушками дроту. Це дозволяє більше струму протікати через меншу відстань або меншими шляхами, які знаходяться ближче до металевого цвяха. Коли струм протікає по дроту, електромагнітне поле кругове навколо дроту.

•••Саєд Хуссейн Атер

Коли струм протікає по проводу, ви можете продемонструвати напрямок магнітного поля за допомогою правого правила. Це правило означає, що, якщо розмістити великий палець правої руки у напрямку струму дроту, пальці згорнуться у напрямку магнітного поля. Ці основні правила можуть допомогти вам запам’ятати напрямок, який мають ці явища.

•••Саєд Хуссейн Атер

Правило правої руки також застосовується до соленоїдної форми струму навколо металевого предмета. Коли струм рухається петлями навколо дроту, він створює магнітне поле в металевому цвяху або іншому об’єкті. Це створюєелектромагнітщо заважає напрямку компаса і може залучати до нього металеві скріпки. Цей тип випромінювача електромагнітного поля працює інакше, ніж постійні магніти.

На відміну від постійних магнітів, електромагніти потребують через них електричного струму, щоб видавати магнітне поле для своїх потреб. Це дозволяє вченим, інженерам та іншим професіоналам використовувати їх для широкого кола застосувань та серйозно контролювати їх.

Магнітне поле для індукованого струму в електромагнітній формі електромагніту можна розрахувати як

в якійB- магнітне поле в Тесласі,μ​_​0​ (вимовляється як "mu ništa") - це проникність вільного простору (постійне значення 1,257 x 10^-6), ​L- довжина металевого предмета, паралельного полю, іп- кількість петель навколо електромагніту. Використовуючи закон Ампера,

Ви можете розрахувати курсt я(в амперах).

Ці рівняння тісно залежать від геометрії соленоїда з дротами, які обмотуються якомога ближче навколо металевого цвяха. Майте на увазі, напрямок струму протилежний потоку електронів. Використовуйте це, щоб зрозуміти, як має змінюватися магнітне поле, і побачити, чи змінюється стрілка компаса, як ви обчислюєте чи визначаєте за допомогою правила правої руки.

•••Саєд Хуссейн Атер

Зміни закону Ампера залежать від геометрії генератора ЕРС. У випадку з тороїдальним електромагнітом у формі пончика - поле

дляпкількість петель іррадіус від центру до центру металевих предметів. Окружність кола (2 π r)у знаменнику відображає нову довжину магнітного поля, яке приймає кругову форму по всьому тороїду. Форми генераторів ЕРС дозволяють вченим та інженерам використовувати свою силу.

Тороїдальні форми використовуються в трансформаторах, використовують котушки, намотані навколо них у різні шари, такі, що при струмі через нього індукується результуюча ЕРС і струм, які він створює у відповідь, передає потужність між різними котушки. Форма дозволяє використовувати коротші котушки, які зменшують втрати на опір або втрати внаслідок способу намотування струмів. Це робить тороїдальні трансформатори ефективними в тому, як вони використовують енергію.

Електромагніти можуть застосовуватися у великій кількості від промислових машин, комп’ютерних компонентів, надпровідності та самих наукових досліджень. Надпровідні матеріали практично не досягають електричного опору при дуже низьких температурах (близько 0 Кельвінів), що може бути використано в науковому та медичному обладнанні.

Це включає магнітно-резонансну томографію (МРТ) та прискорювачі частинок. Соленоїди використовуються для генерації магнітних полів у матричних принтерах, паливних форсунках та промислових машинах. Тороїдальні трансформатори, зокрема, також використовуються в медичній промисловості завдяки своїй ефективності у створенні біомедичних приладів.

Електромагніти також використовуються в музичному обладнанні, такому як динаміки та навушники, силові трансформатори, що збільшують або зменшують струм напруга вздовж ліній електропередач, індукційний нагрів для приготування їжі та виготовлення та навіть магнітні сепаратори для сортування магнітних матеріалів із брухту металеві. Індукція нагрівання та приготування їжі, зокрема, залежить від того, як електрорушійна сила виробляє струм у відповідь на зміну магнітного поля.

Нарешті, поїзди маглев використовують сильну електромагнітну силу, щоб левітувати поїзд над колією, а надпровідні електромагніти розганяються до високих швидкостей зі швидкими, ефективними швидкостями. Окрім цього використання, ви також можете знайти електромагніти, що використовуються в таких додатках, як двигуни, трансформатори, навушники, гучномовці, магнітофони та прискорювачі частинок.