Як збільшити міцність електромагніту

Електромагніти працюють так само добре, як і постійні магніти. Насправді вони ще корисніші, адже їх можна вмикати і вимикати. Електромагніти ви знайдете на жорстких дисках, динаміках та навіть у такому складному обладнанні, як апарати МРТ та Великий адронний коллайдер CERN у Женеві, Швейцарія. Очевидно, вам потрібен сильніший електромагніт для колайдера частинок, ніж для динаміка, так як же вчені роблять магніти настільки потужними, щоб сфокусувати пучок електронів? Відповідь дещо складніша, ніж просто зробити їх більшими, хоча це частина цього. Важливі матеріали, які ви використовуєте, напруга, яку ви застосовуєте, і температура навколишнього середовища.

TL; DR (занадто довгий; Не читав)

Щоб збільшити міцність електромагніту, ви можете збільшити силу струму, і це можна зробити декількома способами. Ви також можете збільшити кількість обмоток, знизити температуру навколишнього середовища або замінити свій немагнітний сердечник на феромагнітний матеріал.

Датський вчений Ганс Крістіан Орстед був першим, хто помітив, що струм, що проходить через дріт, може вплинути на сусідній компас. Іншими словами, він генерує магнітне поле. Якщо намотати дріт навколо сердечника, утворюючи так званий соленоїд, кінці сердечника прийматимуть протилежні полярності, як постійний магніт. Сила поля залежить від величини струму, кількості обмоток і матеріалу сердечника. Це все, що вам потрібно пам’ятати, якщо ви хочете зробити магніт міцнішим.

Згідно із законом Ампера, магнітне поле навколо струмопровідного дроту прямо пропорційне силі струму. Іншими словами, збільште силу струму, і ви збільшите магнітне поле, і існує більше ніж один спосіб зробити це:

• Збільшити напругу: Закон Ома говорить, що струм пропорційний напрузі, тому, якщо ви працюєте з електромагнітом на 6-вольтовій батареї, переключіться на 12-вольтову. Однак ви не можете продовжувати нарощувати напругу нескінченно, оскільки опір дроту зростає з температурою, поки не буде досягнутий граничний струм. Це підводить вас до наступного варіанту.

• Опустіть дротомір: Опір дроту зменшується зі збільшенням площі поперечного перерізу, тому зменшуйте розмір дроту. Майте на увазі, що зменшення калібру є синонімом збільшення товщини дроту. Якщо ви обмотали соленоїд дротом 16 калібру, замініть його на 14 калібру, і магніт стане сильнішим.

• Знизити температуру: Опір зростає із підвищенням температури, тому, якщо ви можете підтримувати свій магніт на рівні замерзання температури, вона буде сильнішою, ніж при кімнатній температурі, хоча різниця, ймовірно, не буде бути набагато. Однак при надзвичайно низьких температурах опір майже зникає, а дроти стають надпровідними. Цей факт дозволяє вченим розробляти потужні магніти, такі як ті, що знаходяться в ЦЕРНі.

• Використовуйте дріт з високою провідністю: Ви також можете збільшити струм шляхом модернізації до дроту з більш високою провідністю. Мідний дріт - це, мабуть, найпровідніший провід, який ви можете використовувати, але срібний дріт ще більш провідний. Перейдіть на срібний дріт, якщо ви можете собі це дозволити, і у вас буде сильніший магніт.
  

Міцність електромагніту, також відома як його магніторушійна сила (ммф), прямо пропорційна не тільки струму (I), але і кількості обмоток (n) навколо соленоїда. Збільшення кількості обмоток, мабуть, найпростіший спосіб збільшити міцність електромагніту. Оскільки mmf = nI, подвоєння числа обмоток подвоює силу магніту. Добре обмотати дроти шарами навколо сердечника електромагніту. Магнітне поле не зазнає впливу, коли дроти стикаються між собою.

Якщо ви хочете, ви можете зробити електромагніт, обмотавши дроти навколо використаного рулону паперового рушника, але якщо ви хочете отримати сильний магніт, натомість оберніть їх навколо залізного сердечника. Залізо є магнітним матеріалом, і воно намагнічується при включенні струму. Це дає вам фактично два магніти за ціною одного. Сталь містить залізо, тому вона буде поводитися однаково, хоча і не так сильно. Ще два феромагнітні метали, з якими ви можете зіткнутися, - це нікель та кобальт.