Существуют четыре фундаментальные силы физики, и одна из них называется электромагнетизм. Обычные магниты имеют ограниченное применение. Электромагнит — это устройство, которое создает магнитное поле во время прохождения электрического тока. Поскольку электричество может быть включено и выключено, то же самое касается и электромагнита. Он даже может быть ослаблен или усилен путем уменьшения или увеличения тока. Электромагниты находят свое применение в различных повседневных электроприборах, в разных областях промышленности, от обычных переключателей до двигательных установок космических аппаратов.
Что такое электромагнит?
Электромагнит можно рассматривать как временный магнит, который функционирует с потоком электричества, и его полярность может быть легко изменена путем изменения направления тока. Также сила электромагнита может быть изменена путем изменения величины тока, протекающего через него.
Сфера применения электромагнетизма необычайно широка. Например, магнитные выключатели являются предпочтительными в использовании тем, что они менее восприимчивы к изменениям температуры и способны поддерживать номинальный ток без ложного срабатывания.
Электромагниты и их применение
Вот некоторые из примеров, где они используются:
- Моторы и генераторы. Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов, которые работают по принципу электромагнитной индукции. Это явление было открыто ученым Майклом Фарадеем. Он доказал, что электрический ток создает магнитноее поле. Генератор использует внешнюю силу ветра, движущейся воды или пара, вращает вал, который заставляет двигаться набор магнитов вокруг спирального провода, чтобы создать электрический ток. Таким образом, электромагниты преобразуют в электрическую другие виды энергии.
- Практика промышленного использования. Только материалы, сделанные из железа, никеля, кобальта или их сплавов, а также некоторые природные минералы реагируют на магнитное поле. Где используют электромагниты? Одной из сфер практического применения является сортировка металлов. Поскольку упомянутые элементы используются в производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.
- Где применяют электромагниты? С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.
Сверхпроводящий электромагнит
Отличие сверхпроводящего электромагнита от обычного в том, что в его обмотке, вместо обычно проводника, используется сверхпроводник. При этом его обмотка охлаждена с помощью жидкого гелия до очень низких температур. Его преимущество в том, что ток в нем достигает очень больших значений, благодаря тому, что у сверхпроводника, практически отсутствует сопротивление. Поэтому магнитное поле приобретает большую силу. Эксплуатация таких электромагнитов обходится дешевле, так как в них отсутствуют тепловые потери в обмотке. Сверхпроводящие магниты используются в аппаратах МРТ, ускорителях частиц и в другом научном оборудовании.
Электромагниты в повседневной жизни
Электромагниты часто используются для хранения информации, так как многие материалы способны поглощать магнитное поле, которое может быть впоследствии считано для извлечения информации. Они находят применение практически в любом современном приборе.
Где применяют электромагниты? В быту они используются в ряде бытовых приборов. Одной из полезных характеристик электромагнита является возможность изменения магнитной силы, при изменении силы и направление тока, текущего через катушки или обмотки вокруг него. Колонки, громкоговорители и магнитофоны — это устройства, в которых реализуется этот эффект. Некоторые электромагниты могут быть очень сильными, причем их сила может регулироваться.
Где применяют электромагниты в жизни? Простейшими примерами служат дверные звонки и электромагнитные замки. Используется электромагнитная блокировка для двери, создавая сильное поле. Пока ток проходит через электромагнит, дверь остается закрытой. Телевизоры, компьютеры, автомобили, лифты и копировальные аппараты — вот где применяют электромагниты, и это далеко не полный список.
Усиление электромагнита
Чтобы понять, как увеличить силу магнита, нужно разобраться в процессе намагничивания. Это произойдет, если магнит расположить во внешнем магнитном поле противоположной стороной к исходной. Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки.
Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода. Они понадобятся для осуществления тех способов увеличения силы магнита, которые представлены ниже.
Усиление с помощью более мощного магнита
Этот способ заключается в использовании более мощного магнита для усиления исходного. Для осуществления надо поместить один магнит во внешнее магнитное поле другого, обладающего большей мощностью. Также с этой же целью применяют электромагниты. После удержания магнита в поле другого, произойдет усиление, но специфика заключается в непредсказуемости результатов, поскольку для каждого элемента такая процедура будет работать индивидуально.
Усиление с помощью добавления других магнитов
Известно, что каждый магнит имеет два полюса, причем каждый притягивает противоположный знак других магнитов, а соответствующий – не притягивает, лишь отталкивает. Как увеличить мощность магнита, используя клей и дополнительные магниты. Здесь предполагается добавление других магнитов с целью увеличения итоговой мощности. Ведь, чем больше магнитов, тем, соответственно, будет больше сила. Единственное, что нужно учесть, — это присоединение магнитов одноименными полюсами. В процессе они будут отталкиваться, согласно законам физики. Но задача состоит в склеивании, несмотря на сложности в физическом плане. Лучше использовать клей, который предназначен для склеивания металлов.
Метод усиления с использованием точки Кюри
В науке есть понятие точки Кюри. Усиление или ослабление магнита можно произвести, нагревая или охлаждая его относительно самой этой точки. Так, нагревание выше точки Кюри или сильное охлаждение (гораздо ниже нее) приведет к размагничиванию.
Надо заметить, что свойства магнита при нагревании и охлаждении относительно точки Кюри имеют скачкообразное свойство, то есть, добившись правильной температуры можно усилить его мощность.
Метод №1
Если возник вопрос, как сделать магнит сильнее, если его сила регулируется электрическим током, то сделать это можно с помощью увеличения тока, который подается на обмотку. Здесь идет пропорциональное увеличение мощности электромагнита и подачи тока. Главное, ⸺ постепенная подача, чтобы не допустить перегорания.
Метод №2
Для осуществления этого метода надо увеличить количество витков, но длина должна оставаться неизменной. То есть, можно сделать один-два дополнительных ряда провода, чтобы общее количество витков стало больше.
В этом разделе рассмотрены способы, как увеличить силу магнита в домашних условиях, для экспериментов можно заказать на сайте .
Электромагнитные силы
Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.
Определение слова «Электромагнит» по БСЭ:
Электромагнит — электротехническое устройство, состоящее обычно из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается (приобретает свойства магнита) при прохождении по обмотке электрического тока. Э. используют в основном для создания магнитного потока (в электрических машинах) и усилия (в приводных механизмах). Несмотря на конструктивное разнообразие, Э. обычно состоят из следующих частей, имеющих одинаковое назначение: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника (неподвижной части магнитопровода) и якоря (подвижной части магнитопровода), передающего усилие деталям приводимого в действие механизма. Обмотки Э. выполняются из изолированного алюминиевого или медного провода (существуют также Э. с обмоткой из сверхпроводящих материалов. см. Магнит сверхпроводящий). Магнитопроводы Э. изготовляют из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы выполняют из набора листов.В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы Э. подразделяют на 3 группы: Э. постоянного тока нейтральные, Э. постоянного тока поляризованные, Э. переменного тока. У нейтральных Э. сила притяжения зависит только от величины магнитного потока и не зависит от направления тока в обмотке. при отсутствии тока в обмотке магнитный поток, а следовательно, сила притяжения практически равны нулю. У поляризованных Э. создаётся 2 независимых магнитных потока: поляризующий, который образуется обычно полем постоянного магнита (иногда другого Э.), и рабочий магнитный поток, который возникает под действием намагничивающей силы рабочей или управляющей обмотки.Если ток в них отсутствует, на якорь действует сила притяжения, созданная поляризующим магнитным потоком. Действие такого Э. зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке. В Э. переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, а магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Э. различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками. по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах. по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия и т. д.Наиболее широкая и важная область применения Э. — электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру регулирования, защиты электротехнических установок. В составе различных механизмов Э. используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Примером таких Э. могут служить Э. грузоподъёмных машин, Э. муфт сцепления и тормозов, Э., применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и т. п. Перспективно использование Э. в тяговых приводах скоростных транспортных средств для создания т. н. магнитной подушки. Развивающейся областью применения Э. является медицинская аппаратура. В научных целях Э. используют в эксперимент. химии, биологии, физике. В связи с широтой применения конструктивное исполнение, размеры, потребляемая мощность Э. находятся и широких пределах. В зависимости от назначения Э. могут весить от долей г до сотен т, потреблять электрическую мощность — от долей вт до десятков Мвт.Лит.: Гордон А. В., Сливинская А. Г., Электромагниты постоянного тока, М. — Л., 1960. Карасик В. Р., Физика и техника сильных магнитных полей, М., 1964. Тер-Акопов А. К., Динамика быстродействующих электромагнитов, М. — Л., 1965. Сливинская А. Г., Электромагниты и постоянные магниты, М., 1972.М. И. Озеров.
Магнетизм и электричество
Словарные определения электричества и магнетизма отличаются, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.
Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и множества других бесценных устройств, без которых невозможно представить повседневную жизнь современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не смогут работать без внешнего источника питания.
Принцип действия
Простейший электромагнит получается в том случае, когда внутрь соленоида помещается стальной сердечник, а через витки пропускается электрический ток. В результате, происходит намагничивание сердечника, который приобретает свойства постоянного магнита. Таким образом, получается электромагнит, в котором стальной сердечник, при отсутствии электрического тока, полностью размагничивается.
Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, значительно выше поля соленоида. В данном случае, поле сердечника накладывается на поле соленоида и, в конечном итоге, совместное магнитное поле, полученное при воздействии электрического тока, существенно возрастает.
Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов
Электродвигатели и генераторы жизненно важны в современном мире. Мотор принимает электрическую энергию и использует магнит, чтобы превратить электрическую энергию в кинетическую. Генератор, наоборот, преобразует движение, используя магниты, чтобы вырабатывать электричество. При перемещении габаритных металлических объектов используются грузоподъемные электромагниты. Они также необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.
Настоящее чудо техники — японский левитирующий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. В нем используются электромагниты, помогающие парить в воздухе и невероятно быстро передвигаться. Военно-морские силы США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатых веществ.
Где можно применять электромагниты в медицине?
Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.
Где применяют электромагниты? Они присутствуют во всех видах электрических устройств, включая жесткие диски, колонки, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно и, несмотря на свою незаметность, занимают важное место в жизни современного человека.
Расчёты
Перед тем, как начать собирать электромагнит своими руками, делают предварительный расчёт его параметров. Элементы конструкции рассчитывают отдельно для ЭМ постоянного и переменного тока.
Для постоянного тока
Перед тем, как производить расчёты, определяются с требуемой величиной магнитодвижущей силы (МДС) катушки. Параметры обмотки должны обеспечивать нужную МДС, в то же время катушка не должна перегреваться, иначе будет потерян изоляционный слой провода намотки. Исходными данными для расчёта являются напряжение в проводе электромагнитной катушки и требуемая величина магнитодвижущей силы.
Методики расчёта электромагнитов постоянного тока постоянно публикуются в сети интернета. Там же можно подобрать формулы для определения МДС, поперечного сечения сердечника и провода обмотки, его длины.
Дополнительная информация. В основном в интернете ищут расчёты электромагнитов на 12 вольт, сделанных своими руками. В зависимости от потребностей, можно пойти разными путями расчётов. В основном выбирают «рецепты» по определению сечения и длины провода обмотки с питанием от стандартной батарейки формата «А» или «АА».
Для переменного тока
Основой для ЭМ переменного тока является расчёт обмотки. Как и в предыдущем случае, руководствуются исходными требованиями величины МДС. Несмотря на большое количество рекомендуемых формул расчёта, чаще всего «способности» устройства определяют опытным подбором параметров деталей его конструкции. Методики расчёта ЭМ переменного тока всегда можно найти во всемирной информационной паутине (интернете).
