ELECTROMAGNET: KOMPOSISYON, MGA BAHAGI, KUNG PAANO ITO GUMAGANA AT APLIKASYON - PISIKAL - 2025

Ang isang electromagnet ay isang aparato na gumagawa ng magnetism mula sa de-koryenteng kasalukuyang. Kung ang de-koryenteng kasalukuyang tumitigil, pagkatapos ang magnetic field ay nawawala din. Noong 1820 napag-alaman na ang isang de-koryenteng kasalukuyang gumagawa ng magnetic field sa kapaligiran nito. Pagkalipas ng apat na taon ang unang electromagnet ay naimbento at itinayo.

Ang unang electromagnet ay binubuo ng isang iron na naka-iron na pininturahan ng insulating varnish, at labing-walo na mga liko ng tanso na wire na walang de-pagkakabukod ay nasugatan dito.

Larawan 1. Electromagnet. Pinagmulan: pixabay

Ang mga modernong electromagnets ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mga hugis depende sa panghuling paggamit na ibibigay sa kanila; at ito ang cable na insulated na may barnisan at hindi ang bakal na bakal. Ang pinakakaraniwang hugis ng core ng bakal ay ang cylindrical, kung saan nasugatan ang insulated wire wire.

Maaari kang gumawa ng isang electromagnet na may lamang paikot-ikot na paggawa ng magnetic field, ngunit pinaparami ng core ng bakal ang intensity ng bukid.

Kapag ang de-koryenteng kasalukuyang dumadaan sa paikot-ikot na isang electromagnet, ang bakal na bakal ay nagiging magnet. Iyon ay, ang intrinsic magnetic moment ng materyal na nakahanay at nagdaragdag, pinatindi ang kabuuang magnetic field.

Ang magneto tulad nito ay hindi kilala mula noong 600 BC, nang ang Griyego Thales ng Miletus ay nangusap nang detalyado tungkol sa magnet. Ang magneto, isang mineral na bakal, ay gumagawa ng magnetism nang natural at permanenteng.

Mga kalamangan ng mga electromagnets

Ang isang walang pagsala na bentahe ng mga electromagnets ay ang magnetic field ay maaaring maitatag, nadagdagan, nabawasan, o matanggal sa pamamagitan ng pagkontrol sa electric current. Kapag gumagawa ng permanenteng magnet, kinakailangan ang mga electromagnet.

Ngayon bakit nangyayari ito? Ang sagot ay ang magnetism ay intrinsic sa bagay tulad ng sa koryente, ngunit ang parehong mga phenomena ay nahayag lamang sa ilalim ng ilang mga kundisyon.

Gayunpaman, masasabi na ang mapagkukunan ng magnetic field ay ang paglipat ng mga singil ng kuryente o kasalukuyang electric. Sa loob ng bagay, sa antas ng atomic at molekular, ang mga alon na ito ay ginawa na gumagawa ng mga magnetic field sa lahat ng mga direksyon na kinakansela ang bawat isa. Ito ang dahilan kung bakit hindi karaniwang nagpapakita ng magnetism ang mga materyales.

Ang pinakamahusay na paraan upang maipaliwanag ito ay ang pag-iisip na ang mga maliliit na magneto (magnetic moment) ay nakalagay sa loob ng bagay na puntong iyon sa lahat ng mga direksyon, kaya ang kanilang macroscopic effect ay nakansela.

Sa mga materyales na ferromagnetic, ang mga magnetic moment ay maaaring ihanay at bumubuo ng mga rehiyon na tinatawag na magnetic domain. Kapag inilalapat ang isang panlabas na larangan, ang mga domain na ito ay nakahanay.

Kapag tinanggal ang panlabas na larangan, ang mga domain na ito ay hindi bumalik sa kanilang orihinal na random na posisyon, ngunit mananatiling bahagyang nakahanay. Sa ganitong paraan ang materyal ay nagiging magnetized at bumubuo ng isang permanenteng magnet.

Komposisyon at mga bahagi ng isang electromagnet

Ang isang electromagnet ay binubuo ng:

- Isang paikot-ikot na cable insulated na may barnisan.

- Isang iron iron (opsyonal).

- Isang kasalukuyang mapagkukunan, na maaaring direktang o alternating.

Larawan 2. Mga bahagi ng isang electromagnet. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang paikot-ikot ay ang conductor kung saan ang kasalukuyang gumagawa ng magnetic field ay pumasa at nasugatan sa anyo ng isang tagsibol.

Sa paikot-ikot, ang mga liko o pagliko ay karaniwang napakalapit nang magkasama. Iyon ang dahilan kung bakit napakahalaga na ang wire na kung saan ginawa ang paikot-ikot na gawa ay may de-koryenteng pagkakabukod, na nakamit gamit ang isang espesyal na barnisan. Ang layunin ng varnishing ay kahit na ang mga pagliko ay pinagsama-sama at hawakan ang bawat isa, mananatili silang nakahiwalay sa elektrisidad at ang kasalukuyang patuloy na kurso ng spiral.

Ang mas makapal na paikot-ikot na conductor, ang mas kasalukuyang cable ay makatiis, ngunit nililimitahan ang kabuuang bilang ng mga liko na maaaring sugat. Ito ay para sa kadahilanang ito na maraming mga electromagnet coils ang gumagamit ng isang manipis na kawad.

Ang magnetic field na ginawa ay proporsyonal sa kasalukuyang dumadaan sa paikot-ikot na conductor at proporsyonal din sa density ng mga liko. Nangangahulugan ito na ang higit pang mga liko sa bawat haba ng yunit ay inilalagay, mas malaki ang intensity ng bukid.

Ang mas magaan ang paikot-ikot na mga pagliko ay, mas malaki ang bilang na magkasya sa isang naibigay na haba, pagtaas ng kanilang density at samakatuwid ang nagreresultang patlang. Ito ay isa pang kadahilanan kung bakit ang mga electromagnets ay gumagamit ng cable insulated na may barnisan sa halip na plastic o iba pang materyal, na magdaragdag ng kapal.

Solenoid

Sa isang solenoid o cylindrical electromagnet tulad ng ipinakita sa figure 2, ang intensity ng magnetic field ay bibigyan ng sumusunod na relasyon:

B = ⋅⋅n⋅I

Kung saan ang B ay ang magnetic field (o magnetic induction), na sa mga yunit ng pandaigdigang sistema ay sinusukat sa Tesla, μ ang magnetikong pagkamatagusin ng core, n ay ang density ng mga liko o bilang ng mga liko sa bawat metro at sa wakas ang kasalukuyang I na nagpapalibot sa paikot-ikot na sinusukat sa amps (A).

Ang magnetic pagkamatagusin ng bakal core ay nakasalalay sa haluang metal nito at karaniwang sa pagitan ng 200 at 5000 beses ang pagkamatagusin ng hangin. Ang nagresultang patlang ay pinarami ng parehong kadahilanan na may paggalang sa isang electromagnet na walang pangunahing bakal. Ang pagkamatagusin ng hangin ay halos katumbas ng isang vacuum, na kung saan ay ₀ = 1.26 × 10 ^-6 T * m / A

Paano ito gumagana?

Upang maunawaan ang pagpapatakbo ng isang electromagnet kinakailangan upang maunawaan ang pisika ng magnetism.

Magsimula tayo sa isang simpleng tuwid na wire na nagdadala ng isang kasalukuyang Ko, ang kasalukuyang ito ay gumagawa ng isang magnetic field B sa paligid ng kawad.

Larawan 3. Magnetic field na ginawa ng isang tuwid na kawad. Pinagmulan: Wikimedia Commons

Ang mga linya ng magnetic field sa paligid ng tuwid na kawad ay concentric na mga bilog sa paligid ng lead wire. Ang mga linya ng patlang ay sumusunod sa tamang panuntunan ng kamay, iyon ay, kung ang hinlalaki ng kanang mga puntos ng kamay sa direksyon ng kasalukuyang, ang iba pang apat na daliri ng kanang kamay ay magpapahiwatig ng direksyon ng sirkulasyon ng mga linya ng magnetic field.

Magnetic field ng isang tuwid na kawad

Ang magnetic field dahil sa isang tuwid na wire sa layo na r mula rito ay:

Ipagpalagay na yumuko namin ang cable upang ito ay bumubuo ng isang bilog o loop, kung gayon ang mga linya ng magnetic field sa loob nito ay magkakasamang tinuturo ang lahat sa parehong direksyon, pagdaragdag at pagpapalakas. Sa panloob na bahagi ng loop o bilog ang patlang ay mas matindi kaysa sa panlabas na bahagi, kung saan ang mga linya ng patlang ay hiwalay at humina.

Larawan 4. Magnetic field na ginawa ng isang wire sa isang bilog. Pinagmulan: Wikimedia Commons

Ang magnetic field sa gitna ng isang loop

Ang nagresultang magnetic field sa gitna ng isang loop ng radius na may dalang isang kasalukuyang ako ay:

Ang epekto ay dumami kung sa bawat oras na ibaluktot namin ang cable upang mayroon itong dalawa, tatlo, apat, … at maraming mga liko. Kung ibinabad namin ang cable sa anyo ng isang tagsibol na may napakalapit na coils, ang magnetic field sa loob ng tagsibol ay pantay at napaka matindi, habang nasa labas ito ay halos zero.

Ipagpalagay na pinaputok namin ang cable sa isang spiral na 30 na lumiliko sa 1 cm ang haba at 1 cm ang lapad. Nagbibigay ito ng isang density ng mga liko ng 3000 liko bawat metro.

Tamang magnetikong larangan ng magneto

Sa isang mainam na solenoid ang magnetic field sa loob nito ay ibinigay ng:

Pagbubuod, ang aming mga kalkulasyon para sa isang cable na nagdadala ng 1 ampere ng kasalukuyan at kinakalkula ang magnetic field sa microteslas, palaging 0.5 cm ang layo mula sa cable sa iba't ibang mga pagsasaayos:

1. Tuwid na cable: 40 microteslas.
2. Ang cable sa isang bilog na 1 cm ang lapad: 125 microteslas.
3. Spiral ng 300 lumiliko sa 1 cm: 3770 microteslas = 0.003770 Tesla.

Ngunit kung idinagdag namin sa spiral isang bakal na bakal na may isang kamag-anak na permittivity ng 100, kung gayon ang patlang ay pinarami ng 100 beses, iyon ay 0.37 Tesla.

Posible rin na kalkulahin ang lakas na ang electromagnet sa solenoid form exerts sa isang seksyon ng iron core ng cross section A:

Sa pag-aakalang isang saturation magnetic field na 1.6 Tesla, ang lakas bawat seksyon ng square square ng iron core area na pinalaki ng electromagnet ay magiging 10 ^ 6 Newton na katumbas ng 10 ^ 5 Kilograms na puwersa, iyon ay 0.1 tonelada bawat square meter ng cross section.

Nangangahulugan ito na ang isang electromagnet na may isang saturation field na 1.6 Tesla ay nagsasagawa ng puwersa ng 10 kg sa isang bakal na bakal na may isang seksyon ng krus na 1 cm ² .

Mga Application ng Electromagnet

Ang mga electromagnets ay bahagi ng maraming mga gadget at aparato. Halimbawa, naroroon sila sa loob:

- Mga de-koryenteng motor.

- Mga alternator at dynamos.

- Mga nagsasalita.

- Mga electromekanikal na relay o switch.

- Mga de-koryenteng kampanilya.

- Solenoid valves para sa control control.

- Hard drive ng computer.

- I-scrape ang pag-angat ng mga metal na metal.

- Mga separator ng metal mula sa basura sa lunsod.

- Mga de-koryenteng preno para sa mga tren at trak.

- Nuclear magnetic resonance imaging machine.

At marami pang mga aparato.

Mga Sanggunian

1. García, F. Magnetic Field. Nabawi mula sa: www.sc.ehu.es
2. Tagueña, J. at Martina, E. Magnetism. Mula sa kumpas hanggang paikutin. Nabawi mula sa: Bibliotecadigital.ilce.edu.mx.
3. Mga Luha, Zemansky. 2016. Unibersidad sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. Ika-14. Ed. Dami 2. 921-954.
4. Wikipedia. Electromagnet. Nabawi mula sa: wikipedia.com
5. Wikipedia. Electromagnet. Nabawi mula sa: wikipedia.com
6. Wikipedia. Pag-magneto. Nabawi mula sa: wikipedia.com