Електромагнит — определение, принцип и приложения

Електромагнитите са временни и изкуствени магнити. Те са магнити, които са магнитни само когато през тях минава намотка от проводник с електричество. Намотката от проводник обикновено се нарича соленоид. Силата на магнита зависи главно от интензитета на тока и от броя на навивките: тя е пропорционална на тока, протичащ във веригата, и на броя на навивките в соленоида. Електроните са частиците, чието движение представлява електрическия ток. Един прост пример за действие на електромагнит е събирането на парчета желязо, никел и кобалт, които са феромагнитни материали.

Принцип на действие

Когато през намотка от проводник тече електрически ток, около проводника се образува магнитно поле. В група навивки (соленоид) тези полета се сумират и в центъра на навивката се получава силно магнитно поле. Ако през соленоида преминава и сърцевина от феромагнитен материал (например железен пирон), полето се усилва значително, защото магнитната проницаемост на сърцевината е много по-голяма от тази на въздуха. Направлението на полето и коя страна ще бъде "север" или "юг" зависи от посоката на тока (правило на десния указателен пръст/роля на винт с резба).

За соленоид с N навивки и ток I в идеализирана дълга конструкция магнитната индукция B в средата приблизително се дава от формула B ≈ μ · (N/L) · I, където μ е магнитната проницаемост на средата, а L е дължината на соленоида. Това показва ясно как броят на навивките, токът и свойствата на сърцевината влияят на силата на електромагнита.

Конструкция и материали

Електромагнитът обикновено се прави като около железен прът (сърцевина) се навие медна тел. Двата края на проводника се свързват към + (положителната) и - (отрицателната) страна на батерията или към източник на постоянно или променливо напрежение в зависимост от предназначението. При използване на постоянен ток полето е постоянно; при променлив ток полето се изменя и може да индуцира напрежение в други намотки (принцип на трансформаторите и генераторите).

Различните сплави и феромагнитни материали се държат различно: чистото желязо се намагнитва и отмагнитва бързо, докато стоманата запазва част от магнитизацията за по-дълго — явление, наречено хистерезис. Затова при приложения, където е важно бързо включване и изключване, се предпочитат меки фероми (низък хистерезис), а при други — по-твърди стомани.

Важно е също да се има предвид насищането на сърцевината: при много големи токове магнитната индукция вече не нараства линейно, защото материалът достига своят предел на намагнитване. Освен това токовете предизвикват топлина в намотката (загуби поради съпротивление), затова проводникът трябва да бъде подходящо изолиран и охлаждан.

История

Британският електротехник Уилям Стърджън изобретява електромагнита през 1825 г., като демонстрира, че навивките около железен сърцевинен прът значително усилват магнитното поле, когато през тях тече ток. Това откритие отвори пътя за множество технологии, които използват управляемото магнитно поле.

Приложения

Електромагнитите имат широк спектър от приложения в промишлеността и в ежедневието:

• в индустриални кранове и подемни устройства за събиране и преместване на скрап;
• в релета и електромагнитни контактори за управление на вериги;
• в аларми за взлом и релета в системи за сигурност;
• в електрическите двигатели, където електромагнитните полета взаимодействат за да предизвикат въртеливо движение;
• в телефони, високоговорители и слушалки (магнитно поле взаимодейства с подвижен елемент, за да произведе звук);
• в медицински апарати, напр. машини за магнитно-резонансна томография (MRI) използват силни магнитни полета;
• в генератори — движение на магнити пред намотки или обратно индуцира електрически ток (електромагнитна индукция);
• в соленоиди и задвижващи механизми (муфти, клапани, блокировки), където превключването чрез ток осигурява механично движение;
• в научни уреди и ускорители за управление на частици.

Безопасност и поддръжка

Работата с електромагнити изисква внимание: силни магнитни полета могат да повлияят на магнитно-чувствителни устройства (кардиостимулатори, харддискове), а токовете и загряването изискват адекватна изолация и отвеждане на топлината. При проектиране трябва да се предвидят защитни схеми, прекъсвачи и подходящи материали за сърцевината и изолацията.

Обобщение: Електромагнитът е удобен и гъвкав инструмент, защото може лесно да се включва и изключва чрез електрически ток, за разлика от постоянните магнити. Той е основен елемент в много електрически и електромеханични устройства и играе важна роля в съвременната техника и индустрия.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява електромагнитът?

В: Как се променя силата на електромагнита?

В: Кои частици са отговорни за създаването на електричество?

В: Кой е изобретил електромагнита?

В: С какво електромагнитът е по-полезен от постоянните магнити?

В: Как се прави електромагнит?

В: Как различните сплави реагират различно, когато са изложени на електромагнитни полета?

Търсене по буква