science >> Wetenschap >  >> Elektronica

Hoe de sterkte van een elektromagneet te vergroten

Elektromagneten werken net zo goed als permanente magneten. Ze zijn zelfs nog nuttiger, omdat je ze kunt in- en uitschakelen. Je vindt elektromagneten op harde schijven, luidsprekers en zelfs in geavanceerde apparatuur zoals MRI-machines en de Large Hadron Collider van CERN in Genève, Zwitserland. Je hebt duidelijk een sterkere elektromagneet nodig voor een deeltjesversneller dan voor een luidspreker, dus hoe kunnen wetenschappers magneten krachtig genoeg maken om een ​​bundel elektronen te focussen? Het antwoord is een beetje ingewikkelder dan simpelweg groter maken, hoewel dat er deel van uitmaakt. De materialen die u gebruikt, de spanning die u toepast en de omgevingstemperatuur zijn allemaal belangrijk.

TL; DR (te lang; heeft niet gelezen)

Om de sterkte van een elektromagneet te vergroten, kan de krachtstroom verhogen, en er zijn verschillende manieren om dat te doen. Je kunt ook het aantal windingen verhogen, de omgevingstemperatuur verlagen of je niet-magnetische kern vervangen door een ferromagnetisch materiaal.

Alles draait om elektromagnetische inductie

Deense wetenschapper Hans Christian Orsted was de eerste persoon die opmerkt dat een stroom door een draad een nabijgelegen kompas kan beïnvloeden. Met andere woorden, het genereert een magnetisch veld. Als je de draad rond een kern wikkelt, waardoor een solenoïde wordt gevormd, zullen de uiteinden van de kern tegengestelde polariteiten aannemen, net als een permanente magneet. De sterkte van het veld hangt af van de grootte van de stroom, het aantal wikkelingen en het kernmateriaal. Meer hoeft u niet te onthouden als u de magneet sterker wilt maken.

Huidige grootte vergroten

Volgens de wet van Ampère is het magnetische veld rond een stroomvoerende draad recht evenredig met de sterkte van de stroom. Met andere woorden, verhoog de huidige sterkte en u vergroot het magnetisch veld, en er is meer dan één manier om dit te doen:

  • Verhoog de spanning: de wet van Ohm vertelt u dat stroom evenredig is aan spanning, dus als u uw elektromagneet op een 6-volt batterij gebruikt, schakel dan over op een 12-volt batterij. U kunt de spanning echter niet eeuwig blijven verhogen, omdat de draadweerstand toeneemt met de temperatuur tot een beperkende stroom wordt bereikt. Dat brengt u naar de volgende optie.


  • Laat de draadmeter zakken: de draadweerstand neemt af met een groter dwarsdoorsnede-oppervlak, dus verminder de draadmanometer. Houd er rekening mee dat het verkleinen van de meter synoniem is met het vergroten van de draaddikte. Als je je solenoïde hebt omwikkeld met 16-gauge draad, vervang hem dan door 14-gauge, en de magneet zal sterker zijn.


  • Verlaag de temperatuur: de weerstand neemt toe met de temperatuur, dus als je je magneet kunt bewaren bij temperaturen beneden het vriespunt, zal deze sterker zijn dan een op kamertemperatuur, hoewel het verschil waarschijnlijk zal winnen ' Het zal veel zijn. Bij extreem lage temperaturen verdwijnt echter de weerstand bijna en worden de draden supergeleidend. Hierdoor kunnen wetenschappers uber-krachtige magneten ontwerpen, zoals die op CERN.


    Gebruik draad met hoge geleidbaarheid: u kunt ook de stroom verhogen door te upgraden naar een draad met een hogere geleidbaarheid . Koperdraad is waarschijnlijk de meest geleidende draad die u kunt gebruiken, maar zilverdraad is zelfs geleidend. Schakel over op zilverdraad, als je het kunt betalen, en je hebt een sterkere magneet.


    Verhoog het aantal wikkelingen

    De sterkte van een elektromagneet, ook wel bekend als de magnetomotorische kracht (mmf), is recht evenredig met niet alleen de stroom (I) , maar ook het aantal wikkelingen (n) rond de solenoïde. Het verhogen van het aantal windingen is waarschijnlijk de gemakkelijkste manier om de sterkte van een elektromagneet te vergroten. Aangezien mmf = nI, verdubbelt het verdubbelen van het aantal windingen de sterkte van de magneet. Het is prima om de draden in lagen om de kern van de solenoïde te wikkelen. Het magnetisch veld wordt niet beïnvloed wanneer draden met elkaar in contact komen.

    Gebruik een Ferro-magnetische kern

    Als u wilt, kunt u een elektromagneet maken door draden om een ​​gebruikte handdoekrol te wikkelen , maar als je een sterke magneet wilt, wikkel ze dan om een ​​ijzeren kern. IJzer is een magnetisch materiaal en het wordt gemagnetiseerd wanneer je de stroom inschakelt. Dit geeft u in feite twee magneten voor de prijs van één. Staal bevat ijzer, dus het zal zich op dezelfde manier gedragen, hoewel niet zo sterk. Twee andere ferromagnetische metalen die u tegen kunt komen zijn nikkel en kobalt.