Περιεχόμενο
- Συμβουλές
- Φυσική των γεννητριών EMF
- Μαγνητικό πεδίο ηλεκτροπαραγωγών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων
- Άλλες γεννήτριες ηλεκτρομαγνητικών πεδίων
- Χρήση ηλεκτρομαγνήτη
Τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα είναι παντού από τη μπαταρία των κινητών τηλεφώνων στους δορυφόρους που έχουν δεδομένα πίσω στη Γη. Μπορείτε να περιγράψετε τη συμπεριφορά του ηλεκτρισμού μέσω ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, περιοχών γύρω από αντικείμενα που ασκούν ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις, οι οποίες είναι και οι δύο μέρος της ίδιας ηλεκτρομαγνητικής δύναμης.
Επειδή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη βρίσκεται σε τόσες πολλές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή, μπορείτε ακόμη να χτίσετε ένα χρησιμοποιώντας μια μπαταρία και άλλα αντικείμενα όπως σύρμα χαλκού ή μεταλλικά νύχια που βρίσκονται γύρω από το σπίτι σας για να επιδείξετε αυτά τα φαινόμενα στη φυσική για τον εαυτό σας.
Συμβουλές
Κατασκευή ενός γεννήτρια ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (emf) απαιτεί ένα σωληνοειδές πηνίο από σύρμα χαλκού (έλικα ή σπειροειδές σχήμα), ένα μεταλλικό αντικείμενο όπως ένα καρφί σιδήρου (για γεννήτρια νυχιών), μονωτικό σύρμα και πηγή τάσης (όπως μπαταρία ή ηλεκτρόδια) για την εκπομπή ηλεκτρικών ρευμάτων.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε προαιρετικά μεταλλικά κλιπ ή πυξίδα για να παρατηρήσετε την επίδραση του emf. Αν το μεταλλικό αντικείμενο είναι σιδηρομαγνητικό (όπως ο σίδηρος), ένα υλικό που μπορεί εύκολα να μαγνητιστεί, θα είναι πολύ, πολύ πιο αποτελεσματικό.
Φυσική των γεννητριών EMF
Ο ηλεκτρομαγνητισμός, μια από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, περιγράφει πώς δημιουργείται ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος.
Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω ενός σύρματος, το μαγνητικό πεδίο αυξάνεται με τα πηνία του σύρματος. Αυτό επιτρέπει μεγαλύτερη ροή ρεύματος σε μικρότερη απόσταση ή σε μικρότερες διαδρομές που είναι πιο κοντά στο μεταλλικό καρφί. Όταν το ρεύμα ρέει μέσω ενός σύρματος, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι κυκλικό γύρω από το καλώδιο.
••• Syed Hussain AtherΌταν το ρεύμα ρέει μέσω του σύρματος, μπορείτε να επιδείξετε την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώντας τον κανόνα του δεξιού χεριού. Αυτός ο κανόνας σημαίνει ότι εάν τοποθετήσετε τον δεξί αντίχειρα στην κατεύθυνση του ρεύματος των συρμάτων, τα δάχτυλά σας θα κυρτήσουν προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Αυτοί οι κανόνες μπορούν να σας βοηθήσουν να θυμηθείτε την κατεύθυνση που έχουν αυτά τα φαινόμενα.
Ο κανόνας του δεξιού χεριού ισχύει επίσης για το σχήμα σωληνοειδούς του ρεύματος γύρω από το μεταλλικό αντικείμενο. Όταν το ρεύμα ταξιδεύει σε βρόχους γύρω από το σύρμα, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στο μεταλλικό καρφί ή άλλο αντικείμενο. Αυτό δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνήτης που παρεμβαίνει στην κατεύθυνση της πυξίδας και μπορεί να προσελκύσει μεταλλικά συνδετικά χαρτιού σε αυτό. Αυτός ο τύπος εκπομπού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου λειτουργεί διαφορετικά από τους μόνιμους μαγνήτες.
Σε αντίθεση με τους μόνιμους μαγνήτες, οι ηλεκτρομαγνήτες χρειάζονται ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω αυτών για να εκπέμπουν ένα μαγνητικό πεδίο για τις χρήσεις τους. Αυτό επιτρέπει σε επιστήμονες, μηχανικούς και άλλους επαγγελματίες να τα χρησιμοποιούν για μια ευρεία σειρά εφαρμογών και να τους ελέγχουν σε μεγάλο βαθμό.
Μαγνητικό πεδίο ηλεκτροπαραγωγών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων
Το μαγνητικό πεδίο για ένα επαγόμενο ρεύμα στο σχήμα σωληνοειδούς του ηλεκτρομαγνητικού μπορεί να υπολογιστεί ως Β = μ0 n l στο οποίο σι είναι το μαγνητικό πεδίο στο Teslas, μ0 (pronounced "mu naught") είναι η διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (σταθερή τιμή 1.257 x 10-6), μεγάλο είναι το μήκος μεταλλικού αντικειμένου παράλληλο προς το πεδίο και n είναι ο αριθμός των βρόχων γύρω από τον ηλεκτρομαγνήτη. Χρησιμοποιώντας το νόμο Amperes, Β = μ__0 I / l , μπορείτε να υπολογίσετε το curren_t I_ (σε ενισχυτές).
Αυτές οι εξισώσεις εξαρτώνται απόλυτα από τη γεωμετρία του σωληνοειδούς με τα καλώδια να τυλίγονται όσο πιο κοντά γίνεται γύρω από το μεταλλικό νύχι. Λάβετε υπόψη ότι η κατεύθυνση του ρεύματος είναι απέναντι από τη ροή των ηλεκτρονίων. Χρησιμοποιήστε αυτό για να καταλάβετε πώς πρέπει να αλλάξει το μαγνητικό πεδίο και να δείτε αν η βελόνα της πυξίδας αλλάζει όπως θα υπολογίζετε ή θα καθορίζετε χρησιμοποιώντας τον κανόνα δεξιά.
Άλλες γεννήτριες ηλεκτρομαγνητικών πεδίων
••• Syed Hussain AtherΟι μετασχηματισμοί των νόμων του Ampere εξαρτώνται από τη γεωμετρία της γεννήτριας emf. Στην περίπτωση ενός δακτυλιοειδούς, ηλεκτρομαγνήτη σε σχήμα ντόνατς, το πεδίο Β = μ0 n I / (2 π) Για n αριθμός βρόχων και r ακτίνα από το κέντρο προς το κέντρο των μεταλλικών αντικειμένων. Η περιφέρεια ενός κύκλου (2 π r) στον παρονομαστή αντικατοπτρίζει το νέο μήκος του μαγνητικού πεδίου που παίρνει ένα κυκλικό σχήμα σε όλο το toroid. Τα σχήματα των γεννήτρων emf επιτρέπουν στους επιστήμονες και τους μηχανικούς να αξιοποιήσουν τη δύναμή τους.
Τα τορικοειδή σχήματα χρησιμοποιούνται σε μετασχηματιστές που χρησιμοποιούν τα πηνία που τυλίγονται γύρω από αυτά σε διαφορετικές στρώσεις έτσι ώστε όταν ένα ρεύμα προκαλείται μέσω αυτού, το προκύπτον emf και το ρεύμα που δημιουργεί σε απόκριση μεταδίδει ισχύ μεταξύ διαφορετικών σπειρών. Το σχήμα επιτρέπει τη χρήση βραχύτερων πηνίων που μειώνουν τις απώλειες στην αντίσταση ή τις απώλειες λόγω του τρόπου που τα ρεύματα είναι τυλιγμένα. Αυτό κάνει τους δακτυλιοειδείς μετασχηματιστές αποτελεσματικούς στο πώς χρησιμοποιούν ενέργεια.
Χρήση ηλεκτρομαγνήτη
Οι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να κυμανθούν σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών από βιομηχανικά μηχανήματα, εξαρτήματα υπολογιστών, υπεραγωγιμότητα και την ίδια την επιστημονική έρευνα. Τα υπεραγώγιμα υλικά δεν επιτυγχάνουν σχεδόν καμία ηλεκτρική αντίσταση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (κοντά στο 0 Kelvin) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον επιστημονικό και ιατρικό εξοπλισμό.
Αυτό περιλαμβάνει απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI) και επιταχυντές σωματιδίων. Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μαγνητικών πεδίων σε dot matrix ers, εγχυτήρες καυσίμου και βιομηχανικά μηχανήματα. Οι τοροειδείς μετασχηματιστές ειδικότερα έχουν επίσης χρήσεις στον ιατρικό κλάδο για την αποτελεσματικότητά τους στη δημιουργία βιοϊατρικών συσκευών.
Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται επίσης σε μουσικό εξοπλισμό όπως ηχεία και ακουστικά, μετασχηματιστές ισχύος που αυξάνουν ή μειώνουν την τρέχουσα τάση κατά μήκος των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, την επαγωγή θέρμανσης για το μαγείρεμα και την κατασκευή, ακόμη και μαγνητικούς διαχωριστές για την ταξινόμηση μαγνητικών υλικών από παλιοσίδερα. Η επαγωγή για θέρμανση και μαγείρεμα, ιδίως, βασίζεται στο πώς μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη παράγει ένα ρεύμα σε απόκριση μιας αλλαγής στο μαγνητικό πεδίο.
Τέλος, τα τραίνα maglev χρησιμοποιούν ισχυρή ηλεκτρομαγνητική δύναμη για να επιπλέουν ένα τρένο πάνω από μια τροχιά και υπεραγώγιμους ηλεκτρομαγνήτες για να επιταχύνουν σε υψηλές ταχύτητες με γρήγορους και αποτελεσματικούς ρυθμούς. Εκτός από αυτές τις χρήσεις, μπορείτε επίσης να βρείτε ηλεκτρομαγνήτες που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπως κινητήρες, μετασχηματιστές, ακουστικά, μεγάφωνα, μαγνητόφωνα και επιταχυντές σωματιδίων.