Co je to elektromagnet. Uveďte příklady jeho použití?

Elektromagnet je elektrické zařízení, které vytváří magnetické pole, když jím prochází elektrický proud. Elektromagnety (EM) se používají téměř ve všech oblastech lidské činnosti.

Příběh

V roce 1824 vytvořil vědec Sturgeon první elektromagnet. Konstrukce byla železná tyč ve tvaru podkovy s 18 závity měděného jádra. Když byly konce vodiče připojeny ke galvanické baterii, zařízení získalo vlastnosti magnetu. Prototyp elektromagnetu o hmotnosti asi dvě stě gramů byl schopen přitahovat kovové předměty o hmotnosti až 4 kg.

Princip

Abychom pochopili, jak elektromagnety fungují, musíme se podívat na jejich konstrukci. Jednoduché zařízení vysvětluje princip fungování elektromagnetu. Při proudění elektrického náboje v těle vinutí vzniká záření magnetického pole, které proniká magnetickým obvodem.

Uvnitř kovu nebo feromagnetika se v souladu s fyzikálními zákony tvoří mikroskopická magnetická pole nazývaná domény. Jejich pole jsou pod vnějším vlivem vinutí uspořádána v určitém pořadí. V důsledku toho se magnetické síly domén sečtou a vytvoří silné magnetické pole, které dává magnetickému obvodu schopnost přitahovat masivní kovové předměty.

Důležité! K zastavení elektromagnetické indukce stačí odpojit EM od zdroje proudu. V tomto případě zůstane částice magnetického pole. Tento efekt se nazývá hystereze.

Zařízení

Elektromagnet je jednoduchá konstrukce sestávající z elektromagnetické cívky s kovovým nebo feromagnetickým jádrem. Dalším detailem je kotva. Tento prvek se používá v relé. Přitahován k magnetu uzavírá svorky elektrického zařízení.

Klasifikace

EM se vyznačují metodami vytváření magnetických polí. Existují tři typy elektromagnetů:

• střídavý elektromagnet;
• neutrální stejnosměrné zařízení;
• polarizované DC EM.

Magnety pracující na střídavý proud mění směr magnetického toku spolu s dvojnásobnou frekvencí elektrického proudu.

Neutrální EM připojené ke zdroji stejnosměrného proudu vytvářejí magnetické toky, které nezávisí na směru elektrického proudu.

V polarizovaných zařízeních je orientace magnetického toku vázána na směr elektrického proudu. Polarizované EM se skládají ze dvou magnetů. Jeden z nich směruje tok polarizačního magnetického pole na druhý elektromagnet, aby jej vypnul.

Výhody použití elektromagnetů

Hlavní výhodou elektrického magnetu oproti konstantnímu zdroji magnetického pole je to, že je uveden do pracovního stavu pod vlivem elektrického proudu. To znamená, že když je potřeba vyvinout magnetický vliv na určitou část prostoru, zapne se proud. To umožňuje rytmický provoz EM, který se úspěšně používá v různých typech elektrických zařízení, nástrojů a zařízení.

Elektromagnet lze nalézt v elektroměrech, oddělovacích jednotkách, transformátorech, televizních a audio zařízeních a dalších zařízeních.

Výkonné magnety jsou instalovány na mostových jeřábech v dílnách hutních závodů a navijácích podniků sběru kovového odpadu.

Jednou z prvních aplikací EM jsou reproduktory. Zvukové zařízení je založeno na elektromagnetu, který způsobuje vibrace membrány v audio rozsahu.

EM se používají v detektorech kovů k detekci předmětů obsahujících kovy pod zemí, ve vodě a v různých oblastech.

Supravodivý elektromagnet

Supravodivost je považována za vlastnost materiálů s odporem blízkým nule. Elektromagnety s prakticky nulovým odporem mají supervýkonné magnetické pole. Síla magnetického vlivu může způsobit, že se diamagnetické materiály, jako jsou kusy olova a organické předměty, vznášejí v prostoru.

Jak si fyzici všimli, kovy získávají vlastnost supravodivosti při ultra nízkých teplotách. Pro získání efektu supravodivosti jsou EM vinutí umístěna v Dewarově baňce s kapalným heliem, která je vybavena ventilem pro uvolnění páry látky. Supravodivé magnety se používají v lékařských zařízeních – MRI (magnetická rezonanční tomografie). Experimentální vznášedla využívají supravodivé magnety.

Nejvýkonnější elektromagnet

Nejsilnější magnety jsou zabudovány do velkého hadronového urychlovače. Jedná se o urychlovač nabitých částic navržený k urychlení protiproudů těžkých iontů olova a protonů. Urychlovač se nachází na území Evropského centra jaderného výzkumu poblíž Ženevy (Švýcarsko). Na jeho výstavbě se podílelo a provádějí výzkum asi 10 tisíc vědců a inženýrů z více než 100 zemí světa.

Jak vyrobit 12V elektromagnet

Nejjednodušší způsob, jak vyrobit elektromagnet, je vzít obyčejný hřebík, drát a baterii. Po celé délce tyče je navinutý izolovaný drát. Konce vodiče jsou přitlačeny k pólům baterie. Aby se zajistilo, že náboj nebude plýtván, jeden konec drátu je připájen ke kladnému kontaktu. Druhé zakončení by mělo být provedeno ve formě odpruženého oblouku, který je přitlačen ke svorce baterie se znaménkem mínus. Spodní fotografie ukazuje, jak si můžete vyrobit elektromagnet doma.

Dávejte pozor! Při výrobě elektromagnetu s baterií můžete použít kontaktní blok ze starého zařízení. K vypnutí magnetu bude stačit vyjmout baterii z kontaktní skříňky.

Výpočty

Než začnete s montáží elektromagnetu vlastníma rukama, proveďte předběžný výpočet jeho parametrů. Konstrukční prvky se počítají zvlášť pro stejnosměrný a střídavý elektrický proud.

Pro DC

Před provedením výpočtů se určí požadovaná hodnota magnetomotorické síly (MF) cívky. Parametry vinutí musí poskytovat požadovaný MMF, zároveň se cívka nesmí přehřívat, jinak dojde ke ztrátě izolační vrstvy drátu vinutí. Výchozími údaji pro výpočet jsou napětí ve vodiči elektromagnetické cívky a požadovaná hodnota magnetomotorické síly.

Metody pro výpočet stejnosměrných elektromagnetů jsou neustále zveřejňovány na internetu. Zde můžete také vybrat vzorce pro určení MMF, průřezu jádra a drátu vinutí a jeho délky.

Další informace. Většinou na internetu hledají výpočty vlastních 12voltových elektromagnetů. V závislosti na vašich potřebách můžete použít různé cesty výpočtu. V zásadě se „recepty“ volí tak, aby určovaly průřez a délku drátu vinutí napájeného standardní baterií formátu „A“ nebo „AA“.

Pro AC

Základem pro EM AC je výpočet vinutí. Stejně jako v předchozím případě se řídí počátečními požadavky na hodnotu MMF. Navzdory velkému množství doporučených výpočtových vzorců jsou „schopnosti“ zařízení nejčastěji určeny zkušeným výběrem parametrů jeho konstrukčních částí. Metody pro výpočet EM střídavého proudu lze vždy nalézt na World Wide Web (Internet).

Příklady použití EM

Jako příklady použití elektromagnetů lze uvést následující zařízení:

• Televizory;
• transformátory;
• startovací zařízení automobilů.

Televize

Moderní domácnosti jsou obvykle plné různých elektrických spotřebičů. V blízkosti televizního přijímače mohou ovlivňovat televizní obrazovku (TV) magnetickou indukcí. TV má již zabudovanou ochranu proti magnetizaci obrazovky. Pokud se na displeji objeví vícebarevné skvrny, vypněte zařízení na 10-20 minut. Vestavěná ochrana odstraní magnetizaci obrazovky.

V některých případech tato metoda neposkytuje požadovanou pomoc. Pak se používá speciální elektromagnet, který se nazývá tlumivka. Jedná se o druh indukční cívky. Zařízení je připojeno k domácí elektrické zásuvce a vedeno podél a přes obrazovku. V důsledku toho jsou indukovaná magnetická pole absorbována induktorem.

Transformátory

Konstrukce transformátorů je velmi podobná struktuře elektromagnetů. Tam i tam jsou vinutí a jádra. Rozdíl mezi transformátorem a EM je v tom, že první má uzavřený magnetický obvod. Proto je součet magnetické síly vynulován protimagnetickými toky.

Startovací zařízení auta

Autostartér funguje jako startovací zařízení motoru. Rozsvítí se při startování motoru. Dočasný přenos startovací síly na klikovou hřídel motoru zajišťuje elektromagnet navíječe.

Když otočíte klíčkem ve spínací skříňce, EM vtáhne ozubené kolo do zubů klikového hřídele. Během kontaktu startér protáčí motor, dokud ve válcích motoru nenastane cyklus spalování paliva. Trakční relé poté vypne elektromagnet a převodovka spouštěče se vrátí do původní polohy. Poté se auto může pohybovat.

Startér s trakčním relé

Elektromagnety vstoupily do sféry lidské činnosti tak pevně, že existence bez nich je nemyslitelná. Jednoduchá zařízení lze nalézt všude. Znalost principu jejich fungování umožní domácímu kutilovi zvládnout drobné opravy domácích elektrických zařízení.