Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe elektromagneten werken

De man die pizza bij u thuis bezorgt, activeert elke keer de magnetische veldlijnen van de magneetklepspoel hij belt aan. Pekic/Getty Images

"Ding-dong!" Klinkt alsof de pizza hier is. De bezorger staat bij u op de stoep en heeft zojuist aangebeld. Door dit te doen activeert hij het magnetische veld van een van de nuttigste apparaten in onze door elektronica aangedreven wereld:een solenoïde .

Het leven zou een stuk moeilijker zijn zonder deze dingen. Moderne auto's zijn afhankelijk van magneetkleppen; ze zijn een essentieel onderdeel van bepaalde deursloten; en hey, wist je dat er elektromagneten in je wasmachine zitten?

Inhoud
  1. Wat is een solenoïde?
  2. De elektromagnetische en elektrische schuifregelaars
  3. Auto's en apparaten gebruiken elektromagneten

Wat is een solenoïde?

Een solenoïde is een lang stuk draad dat in de vorm van een spiraalvormige spoel is gewikkeld. Wanneer een elektrisch stroomsignaal door de lineaire solenoïdespoel gaat, creëert dit relatief uniforme magnetische veldlijnen binnen de solenoïdespoel.

Definitie:elke solenoïde bevat een opgerold stuk metaaldraad. Zo speelt een solenoïde in op elektromagnetisme, een van de fundamentele krachten van het universum.

‘Tegenpolen trekken elkaar aan’ is misschien een twijfelachtig datingadvies, maar het is een vaste regel in het magnetisme. Alle magneten omvatten noord- en zuidpolen. Ze hebben ook een magnetisch veld dat van de eerste naar de laatste stroomt.

Twee elektromagneten gemaakt van koperdraad zijn gewikkeld in de vorm van een spiraalvormige spoel. KPixMining/Shutterstock

Twee noordpolen, of negatieve polen, in een solenoïde zullen elkaar op natuurlijke wijze afstoten. Idem voor twee zuidpolen. Maar als je een paar magneten neemt en ze dicht bij elkaar plaatst, zal de noordpool van de eerste magnetische kern aangetrokken worden door de zuidpool van de tweede magneet. Het is natuurkunde, schat.

Een solenoïde is nuttig omdat het monteurs en ingenieurs enige controle geeft over dit elektrische signaalproces. Wanneer een elektrische stroom door een metalen draad vloeit, produceert deze een uniform magnetisch veld, een ferromagnetische kern en mechanische energie.

De geladen deeltjes binnen dat veld van magnetische materialen bewegen in cirkels rond de buitenkant van de draad.

Door de draad op te rollen, wordt het magnetische veld sterker. Met verschillende configuraties en elke nieuwe magneetspoel die wordt toegevoegd, wordt het veld krachtiger. En hier is nog iets om te onthouden:het magnetische veld zal meer geconcentreerd zijn in de ruimte binnen die spoelen — en het magnetische veld in de omgeving van je draad minder.

Een solenoïde is een cilindrische spiraalvormige draad die fungeert als een magnetisch veld wanneer er elektrische stroom doorheen loopt en creëert een elektrisch signaal. Fouad A. Saad/Shutterstock

De elektromagnetische en elektrische schuifregelaars

Hier wordt het interessant. Voor het grootste deel worden solenoïdedraden om een ​​metalen staaf gewikkeld. (Het woord "solenoïde" is een afgeleide van het Griekse woord sōlēnoeidēs , wat "pijpvormig" betekent.")

Wanneer de solenoïdedraad een elektrische stroom ontvangt, zal dit stuk metaal aangetrokken worden door – en naar het ene uiteinde van de solenoïde getrokken worden. Maar het effect van deze onmiddellijke actie op de solenoïde is tijdelijk. Snijd de elektrische stroom af die de solenoïde veroorzaakte, en je doodt het magnetische veld. Vervolgens moet uw unit, dankzij de veerbelasting, terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie.

Kortom, we kunnen onze cake hebben en hem ook opeten. Met een solenoïde kunnen we draden magnetiseren, een magnetisch veld creëren en ze vervolgens demagnetiseren wanneer we maar willen (vrijwel). Allemaal met een druk op de knop. Of een draai aan een sleutel.

Zoals we al eerder zeiden, gebruiken auto's elektromagneten. Als u de contactsleutel omdraait, wordt de elektrische energie van uw accu omgezet in een startrelais. Zodra de startersolenoïde wordt geactiveerd, gebeuren er verschillende dingen.

Elektrische stroom in de solenoïdedraad trekt een beweegbare ijzeren staaf aan. Het circuit tussen de startmotor en de accu van de auto is voltooid. En een 'rondsel'-tandwiel grijpt aan op een schijf die het 'vliegwiel' wordt genoemd.

Binnen een paar seconden komt de ooit slapende automotor tot leven. Zo wordt het tenminste verondersteld aan het werk.

Is jou dit ooit overkomen? U zit in uw auto en hebt net de contactsleutel omgedraaid, maar de motor wil niet starten. In plaats daarvan hoor je een onaangenaam klikgeluid. De boosdoener kan een lege accu of een defecte dynamo zijn. Of misschien is de solenoïde van uw startmotor hier de echte boosdoener.

Elke monteur zou uw solenoïde een test moeten kunnen geven als hij of zij een circuittester heeft om de stroomonderbrekers of multimeter te testen. Soms zijn deze onderdelen repareerbaar. Soms is dat niet het geval en moeten ze worden vervangen. Zo gaat het leven van een autobezitter.

Als u de contactsleutel in uw auto omdraait, wordt de elektrische energie van uw accu doorgegeven aan een startrelais. udaix/Shutterstock

Auto's en apparaten gebruiken elektromagneten

Veel auto's gebruiken trouwens ook een solenoïde in hun elektrische deursloten. Er worden afzonderlijke elektromagneten ingeschakeld om de deurgrepen te vergrendelen of te ontgrendelen, waarbij dezelfde principes worden gebruikt die we al hebben besproken.

Dat wil niet zeggen dat alle solenoïden gelijk zijn gemaakt. Er bestaan ​​talloze magneetvariaties, elk met zijn eigen sterke punten.

Productie- en waterzuiveringsinstallaties maken goed gebruik van hydraulische elektromagneten. Zoals de naam al aangeeft, regelt een hydraulische solenoïde de stroom van water en andere vloeistoffen. Laten we ook de pneumatische elektromagneten niet vergeten die op dezelfde manier de aanwezige gassen beïnvloeden.

De cirkel is rond en we keren nu terug naar de pizza-kerel op uw stoep. Niet alle deurbellen gebruiken een solenoïde; nieuwere ontwerpen hebben de neiging om de solenoïde geheel weg te laten. Maar zelfs in de gouden eeuw van 'slimme' apparaten zijn veel deurbellen nog steeds voorzien van een solenoïde.

Laten we aannemen dat de jouwe er een van is. Toen onze pizzakoerier op de knop drukte, liet hij elektriciteit door een ingebouwde solenoïde stromen.

Het magnetische veld dat deze eenvoudige handeling produceerde, sleepte een ijzeren kern in de opgerolde solenoïdedraad. Vervolgens klonk er een klein belletje en klonk er een "Ding!" lawaai.

Uiteraard kon de bezorger niet eeuwig de vinger op de knop houden. Op het moment dat hij het losliet, verdween het magnetische veld en schoot een veer de ijzeren kern in de tegenovergestelde richting. Toen klonk er een tweede bel die luidde:"Dong!"

Het zou je iets moeten geven om over na te denken terwijl je geniet van die gratis broodstengels.

Dat is interessant

Magneto is geen klassieke 'X-Men'-schurk. Het is ook de naam van een elektrisch apparaat dat energie opwekt, dat wordt aangetroffen in vliegtuigen en kettingzagen.