Как да си направим електромагнит у дома

електромагнит – изкуствен магнит, в който се появява магнитно поле и се концентрира във феромагнитното ядро ​​в резултат на преминаването на електрически ток през намотката, заобикаляща го, т.е. при преминаване на ток през намотката ядрото, поставено вътре в него, придобива свойствата на естествен магнит.

Обхватът на електромагнитите е много обширен. Използват се в електрически машини и устройства, в устройства за автоматизация, в медицината, в различни видове научни изследвания. Най-често електромагнитите и соленоидите се използват за придвижване на някакъв вид механизми, а във фабрики за повдигане на товари.

Например повдигащият електромагнит е много удобен, продуктивен и икономичен механизъм: не се изисква персонал за поддръжка, който да обезопаси и освободи транспортирания товар. Достатъчно е да поставите електромагнит върху транспортирания товар и да включите електрическия ток в намотката на електромагнита и натоварването ще бъде привлечено от електромагнита, а за да го освободите от товара, просто трябва да изключите тока.

Дизайнът на електромагнита се повтаря лесно и по същество не е нищо друго освен сърцевина и бобина от проводник. В тази статия ще отговорим на въпроса как да направим електромагнит със собствените си ръце?

Как работи електромагнитът (теория)

Ако през проводника тече електрически ток, около него се генерира магнитно поле. Тъй като токът може да тече само когато веригата е затворена, проводникът трябва да бъде затворен контур, като например кръг, който е най-простият затворен контур.

Преди това проводник, навит в кръг, често се използва за наблюдение на действието на тока върху магнитна игла, поставена в центъра му. В този случай стрелката е на еднакво разстояние от всички части на проводника, което улеснява наблюдението на ефекта на тока върху магнита.

За да се засили ефектът на електрически ток върху магнит, първо е възможно да се увеличи тока. Ако обаче обиколите проводника, през който някакъв ток тече два пъти около веригата, която покрива, тогава ефектът на тока върху магнита ще се удвои.

По този начин това действие може да се увеличи многократно чрез закръгляне на проводника подходящ брой пъти около дадена верига. Полученото проводящо тяло, състоящо се от отделни завои, чийто брой може да бъде произволен, се нарича намотка.

Спомнете си курса на училищната физика, а именно, че когато електрически ток тече през проводник възниква магнитно поле, Ако проводникът се навие в намотка, се образуват линиите на магнитна индукция на всички завои и полученото магнитно поле ще бъде по-силно, отколкото за единичен проводник.

Магнитното поле, генерирано от електрически ток, по принцип няма значителни разлики в сравнение с магнитно поле, ако се върнем към електромагнитите, тогава формулата за неговата сила на притягане изглежда така:

F = 40550 ∙ B²∙ S,

където F е силата на теглене, kg (силата се измерва също в нютони, 1 kg = 9,81 N, или 1 N = 0,102 kg); В - индукция, Т; S е площта на напречното сечение на електромагнита, m2.

Тоест, силата на сцепление на електромагнит зависи от магнитната индукция, помислете за неговата формула:

Тук U0 е магнитната константа (12,5 * 107 Gn / m), U е магнитната проницаемост на средата, N / L е броят завъртания на единица дължина на соленоида, I е силата на тока.

От това следва, че силата, с която магнитът привлича нещо, зависи от силата на тока, броя на завоите и магнитната пропускливост на средата. Ако в бобината няма ядро, средата е въздух.

По-долу е дадена таблица на относителните магнитни проницаемости за различни среди. Виждаме, че във въздуха е 1, докато в други материали е десетки или дори стотици пъти повече.

В електротехниката за ядра се използва специален метал, често се нарича електрическа или трансформаторна стомана. В третия ред на таблицата виждате „Желязо със силиций“, в който относителната магнитна проницаемост е 7 * 103 или 7000 GN / m.

Това е средната стойност за трансформаторната стомана. Тя се различава от обичайното точно същото съдържание на силиций. На практика относителната му магнитна проницаемост зависи от приложеното поле, но няма да навлизаме в подробности. Какво дава сърцевината в намотката? Ядрото на електрическата стомана ще подобри магнитното поле на намотката около 7000-7500 пъти!

Всичко, което трябва да запомните, за да започнете е, че това зависи от основния материал във вътрешността на бобината магнитна индукция, и силата, с която електромагнитът ще се дърпа, зависи от него.

практика

Един от най-популярните експерименти, които се провеждат, за да се демонстрира появата на магнитно поле около проводник, е опитът с метални чипове. Проводникът е покрит с лист хартия и върху него се изсипват магнитни чипове, след това през проводника се прокарва електрически ток и чипът променя позицията си по някакъв начин върху листа. Това е почти електромагнит.

Но за електромагнит просто привличането на метални чипове не е достатъчно. Ето защо е необходимо да го укрепите, въз основа на гореизложеното - трябва да направите навиване на бобина върху метална сърцевина. Най-простият пример би бил изолирана медна тел, навита около пирон или болт.

Такъв електромагнит е в състояние да привлече различни щифтове, скрейпи и други подобни.

Като проводник можете да използвате или всяка жица в PVC или друга изолация, или медна тел в лакова изолация от типа PEL или PEV, които се използват за намотки на трансформатори, високоговорители, мотори и др. Можете да го намерите или ново в намотки, или да се навиете отново от същите трансформатори.

10 нюанса на производството на електромагнити с прости думи:

1. Изолацията по цялата дължина на проводника трябва да бъде равномерна и непокътната, така че да няма повреди между завои.

2. Намотката трябва да върви в една посока, както на макарата с резба, тоест не можете да огънете жицата на 180 градуса и да отидете в обратна посока. Това се дължи на факта, че полученото магнитно поле ще бъде равно на алгебраичната сума на полетата на всеки завой, ако не влезете в детайли, тогава завоите, навити в обратна посока, ще генерират електромагнитно поле с противоположен знак, в резултат на това полето ще бъде извадено и в резултат силата на електромагнита ще бъде по-малка и ако ще има еднакъв брой завои в едната и другата посока, магнитът изобщо няма да привлече нищо, тъй като полетата се потискат взаимно.

3. Силата на електромагнита също ще зависи от силата на тока и зависи от напрежението, приложено към бобината, и нейното съпротивление. Съпротивлението на бобината зависи от дължината на проводника (колкото по-дълго е, толкова по-голямо е) и площта на напречното му сечение (колкото по-голямо е напречното сечение, толкова по-малко съпротивление) може да се извърши приблизително изчисление по формулата - R = p * L / S

4. Ако токът е твърде висок, бобината ще изгори.

5. С постоянен ток - токът ще бъде по-голям, отколкото с променлив ток поради влиянието на индуктивността на реактивността.

6. Когато работите на променлив ток - електромагнитът ще бръмчи и ще трака, полето му непрекъснато ще променя посоката си, а силата на сцепление ще бъде по-малка (два пъти), отколкото при работа на константа. В този случай сърцевината за намотки с променлив ток е направена от ламарина, като се събира заедно, докато плочите са изолирани една от друга чрез лак или тънък слой от мащаб (оксид), т.нар. смеси - за намаляване на загубите и токовете на Фуко.

7. Със същата сила на сцепление електрически магнит с променлив ток ще тежи два пъти повече и размерите ще се увеличат съответно.

8. Но си струва да се има предвид, че променливите електромагнити са по-бързи от постояннотоковите.

9. Ядра на постояннотокови електромагнити

10. И двата типа електромагнити могат да работят както на постоянен, така и на променлив ток, единственият въпрос е каква мощност ще притежава, какви загуби и нагряване ще настъпи.

3 идеи за електромагнит от импровизирани инструменти на практика

Както вече споменахме, най-лесният начин да направите електромагнит е да използвате метален прът и медна тел, като вземете едното и другото за необходимата мощност. Захранващото напрежение на това устройство се избира емпирично въз основа на силата на тока и нагряването на конструкцията. За удобство можете да използвате пластмасова шпула от конец или други подобни и да изберете сърцевина - болт или пирон - под вътрешния си отвор.

Вторият вариант е да използвате почти готов електромагнит. Помислете за електромагнитни комутационни устройства - релета, магнитни стартери и контактори. За използване на постоянен ток и напрежение 12V е удобно да се използва бобина от автомобилни релета. Всичко, което трябва да направите, е да премахнете кутията, да прекъснете подвижните контакти и да свържете захранването.

За работа от 220 или 380 волта е удобно да се използват бобини магнитни стартери и контакториНавиват се на дорник и могат лесно да се свалят. Изберете сърцевината въз основа на напречното сечение на отвора в намотката.

Така можете да включите магнита от контакта и е удобно да регулирате силата му, ако използвате реостат или ограничите тока, използвайки мощно съпротивление, например, нихромова спирала.