Wie man einen Elektromagneten zu Hause macht

Magnet – ein künstlicher Magnet, in dem ein Magnetfeld auftritt und in dem ferromagnetischen Kern als Ergebnis des Durchgangs eines elektrischen Stroms durch die ihn umgebende Wicklung konzentriert ist, d.h. Wenn Strom durch die Spule fließt, erhält der darin platzierte Kern die Eigenschaften eines natürlichen Magneten.

Der Anwendungsbereich von Elektromagneten ist sehr umfangreich. Sie werden in elektrischen Maschinen und Geräten, in Automatisierungsgeräten, in der Medizin und in verschiedenen Arten der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt. Am häufigsten werden Elektromagnete und Magnetspulen zum Bewegen von Mechanismen und in Fabriken zum Heben von Lasten verwendet.

Zum Beispiel ist ein hebender Elektromagnet ein sehr praktischer, produktiver und wirtschaftlicher Mechanismus: Wartungspersonal ist nicht erforderlich, um die transportierte Ladung zu sichern und freizugeben. Es reicht aus, einen Elektromagneten auf die transportierte Last zu legen und den elektrischen Strom in der Spule des Elektromagneten einzuschalten. Die Last wird vom Elektromagneten angezogen. Um ihn von der Last zu befreien, müssen Sie nur den Strom abschalten.

Das Design des Elektromagneten ist leicht zu wiederholen und besteht im Wesentlichen nur aus dem Kern und der Spule des Leiters. In diesem Artikel beantworten wir die Frage, wie man einen Elektromagneten mit eigenen Händen herstellt.

Wie funktioniert ein Elektromagnet (Theorie)

Wenn ein elektrischer Strom durch den Leiter fließt, wird um diesen Leiter ein Magnetfeld erzeugt. Da Strom nur fließen kann, wenn der Stromkreis geschlossen ist, sollte der Leiter eine geschlossene Schleife sein, z. B. ein Kreis, der die einfachste geschlossene Schleife ist.

Früher wurde oft ein in einem Kreis aufgerollter Leiter verwendet, um die Wirkung des Stroms auf eine in seiner Mitte platzierte Magnetnadel zu beobachten. In diesem Fall befindet sich der Pfeil in gleichem Abstand zu allen Teilen des Leiters, wodurch die Wirkung des Stroms auf den Magneten leichter beobachtet werden kann.

Um die Wirkung eines elektrischen Stroms auf einen Magneten zu verstärken, ist es zunächst möglich, den Strom zu erhöhen. Wenn Sie jedoch um den Leiter herumgehen, durch den ein Teil des Stroms zweimal um den von ihm abgedeckten Stromkreis fließt, verdoppelt sich die Wirkung des Stroms auf den Magneten.

Somit kann diese Aktion um ein Vielfaches erhöht werden, indem der Leiter eine angemessene Anzahl von Malen um einen gegebenen Stromkreis gerundet wird. Der resultierende leitende Körper, der aus einzelnen Windungen besteht, deren Anzahl beliebig sein kann, wird als Spule bezeichnet.

Erinnern Sie sich an den Kurs der Schulphysik, nämlich wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt Magnetfeld auftritt. Wenn der Leiter zu einer Spule gerollt wird, werden die magnetischen Induktionslinien aller Windungen gebildet, und das resultierende Magnetfeld ist stärker als bei einem einzelnen Leiter.

Das durch elektrischen Strom erzeugte Magnetfeld weist im Prinzip keine signifikanten Unterschiede zu einem Magnetfeld auf. Wenn wir zu Elektromagneten zurückkehren, sieht die Formel für seine Zugkraft folgendermaßen aus:

F = 40550 ∙ B.²∙ S,

wobei F die Zugkraft ist, kg (Kraft wird auch in Newton gemessen, 1 kg = 9,81 N oder 1 N = 0,102 kg); B - Induktion, T; S - Querschnittsfläche des Elektromagneten, m2.

Das heißt, die Zugkraft eines Elektromagneten hängt von der magnetischen Induktion ab. Beachten Sie die Formel:

Hier ist U0 die magnetische Konstante (12,5 * 107 Gn / m), U ist die magnetische Permeabilität des Mediums, N / L ist die Anzahl der Windungen pro Längeneinheit des Solenoids, I ist die Stromstärke.

Daraus folgt, dass die Kraft, mit der der Magnet etwas anzieht, von der Stromstärke, der Anzahl der Windungen und der magnetischen Permeabilität des Mediums abhängt. Befindet sich kein Kern in der Spule, ist das Medium Luft.

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle der relativen magnetischen Permeabilitäten für verschiedene Medien. Wir sehen, dass es in Luft 1 ist, während es in anderen Materialien zehn- oder sogar hundertmal mehr ist.

In der Elektrotechnik wird für Kerne ein spezielles Metall verwendet, das häufig als Elektro- oder Transformatorstahl bezeichnet wird. In der dritten Zeile der Tabelle sehen Sie "Eisen mit Silizium", in dem die relative magnetische Permeabilität 7 * 103 oder 7000 GN / m beträgt.

Dies ist der Durchschnittswert für Transformatorstahl. Es unterscheidet sich vom üblichen genau gleichen Siliziumgehalt. In der Praxis hängt die relative magnetische Permeabilität vom angelegten Feld ab, wir werden jedoch nicht auf Details eingehen. Was gibt den Kern in der Spule? Der Kern aus Elektrostahl verstärkt das Magnetfeld der Spule etwa 7000-7500 Mal!

Zunächst müssen Sie nur daran denken, dass dies vom Kernmaterial in der Spule abhängt magnetische Induktionund die Kraft, mit der der Elektromagnet zieht, hängt davon ab.

Übe

Eines der beliebtesten Experimente, die durchgeführt werden, um das Auftreten eines Magnetfelds um einen Leiter herum zu demonstrieren, ist die Erfahrung mit Metallspänen. Der Leiter ist mit einem Blatt Papier bedeckt und es werden magnetische Chips darauf gegossen, dann wird ein elektrischer Strom durch den Leiter geleitet und der Chip ändert irgendwie seine Position auf dem Blatt. Dies ist fast ein Elektromagnet.

Für einen Elektromagneten reicht es jedoch nicht aus, nur Metallchips anzuziehen. Daher ist es notwendig, es auf der Grundlage des Vorstehenden zu verstärken - Sie müssen eine Spule herstellen, die auf einen Metallkern gewickelt ist. Das einfachste Beispiel wäre ein isolierter Kupferdraht, der um einen Nagel oder Bolzen gewickelt ist.

Ein solcher Elektromagnet kann verschiedene Stifte, Scrapie und dergleichen anziehen.

Als Draht können Sie entweder einen beliebigen Draht aus PVC oder einer anderen Isolierung oder einen Kupferdraht aus einer Lackisolierung vom Typ PEL oder PEV verwenden, die für Wicklungen von Transformatoren, Lautsprechern, Motoren usw. verwendet werden. Sie können es entweder neu in Spulen finden oder von denselben Transformatoren zurückspulen.

10 Nuancen bei der Herstellung von Elektromagneten in einfachen Worten:

1. Die Isolierung über die gesamte Länge des Leiters muss gleichmäßig und intakt sein, damit keine Fehler zwischen den Windungen auftreten.

2. Die Wicklung sollte in eine Richtung wie bei einer Garnrolle verlaufen, dh Sie können den Draht nicht um 180 Grad biegen und in die entgegengesetzte Richtung gehen. Dies liegt an der Tatsache, dass das resultierende Magnetfeld gleich der algebraischen Summe der Felder jeder Windung ist. Wenn Sie nicht auf Details eingehen, erzeugen die in die entgegengesetzte Richtung gewickelten Windungen ein elektromagnetisches Feld mit entgegengesetztem Vorzeichen, da das Feld subtrahiert wird und infolgedessen die Stärke des Elektromagneten geringer ist und wenn es die gleiche Anzahl von Windungen in die eine und die andere Richtung gibt, zieht der Magnet überhaupt nichts an, da sich die Felder gegenseitig unterdrücken.

3. Die Stärke des Elektromagneten hängt auch von der Stromstärke und von der an die Spule angelegten Spannung und ihrem Widerstand ab. Der Widerstand der Spule hängt von der Länge des Drahtes (je länger er ist, desto größer ist er) und seiner Querschnittsfläche (je größer der Querschnitt, desto geringer der Widerstand) ab. Eine ungefähre Berechnung kann gemäß der Formel - R = p * L / S durchgeführt werden

4. Wenn der Strom zu hoch ist, brennt die Spule.

5. Bei Gleichstrom - Der Strom ist aufgrund des Einflusses der Reaktanzinduktivität größer als bei Wechselstrom.

6. Wenn mit Wechselstrom gearbeitet wird, summt und klappert der Elektromagnet, sein Feld ändert ständig die Richtung und seine Zugkraft ist geringer (zweimal) als bei konstanter Arbeit. In diesem Fall besteht der Kern für Wechselstromspulen aus Blech, das sich sammelt, während die Platten durch Lack oder eine dünne Schicht von Zunder (Oxid), die sogenannte Schicht, voneinander isoliert sind Mischungen - um Verluste und Foucault-Ströme zu reduzieren.

7. Bei gleicher Zugkraft wiegt ein Wechselstrom-Elektromagnet doppelt so viel und die Abmessungen nehmen entsprechend zu.

8. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass Wechselstrom-Elektromagnete schneller sind als Gleichstrommagnete.

9. Kerne von Gleichstrom-Elektromagneten

10. Beide Arten von Elektromagneten können sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom arbeiten. Die einzige Frage ist, welche Art von Leistung sie besitzen wird, welche Verluste und Erwärmungen auftreten werden.

3 Ideen für Elektromagneten aus improvisierten Werkzeugen in der Praxis

Wie bereits erwähnt, besteht der einfachste Weg, einen Elektromagneten herzustellen, darin, einen Metallstab und einen Kupferdraht zu verwenden, indem der eine und der andere für die erforderliche Leistung aufgenommen werden. Die Versorgungsspannung dieser Vorrichtung wird empirisch basierend auf der Stromstärke und der Erwärmung der Struktur ausgewählt. Zur Vereinfachung können Sie eine Plastikfadenspule oder ähnliches verwenden und unter ihrem inneren Loch einen Kern auswählen - einen Bolzen oder einen Nagel.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, einen fast fertigen Elektromagneten zu verwenden. Denken Sie an elektromagnetische Schaltgeräte - Relais, Magnetstarter und Schütze. Für die Verwendung mit Gleichstrom und einer Spannung von 12 V ist es zweckmäßig, eine Spule von Fahrzeugrelais zu verwenden. Alles was Sie tun müssen, ist das Gehäuse zu entfernen, die beweglichen Kontakte zu brechen und die Stromversorgung anzuschließen.

Für Arbeiten ab 220 oder 380 Volt ist es zweckmäßig, Spulen zu verwenden Magnetstarter und SchützeSie sind auf einen Dorn gewickelt und können leicht entfernt werden. Wählen Sie den Kern basierend auf der Querschnittsfläche des Lochs in der Spule.

So können Sie den Magneten an der Steckdose einschalten und seine Stärke bequem einstellen, wenn Sie einen Rheostat verwenden oder den Strom mithilfe eines starken Widerstands begrenzen, z. Nichromspirale.