Hoe maak je thuis een elektromagneet

electromagneet – een kunstmatige magneet waarin een magnetisch veld ontstaat en is geconcentreerd in de ferromagnetische kern als gevolg van de doorgang van een elektrische stroom door de eromheen wikkeling, d.w.z. wanneer stroom door de spoel wordt geleid, verkrijgt de kern die erin wordt geplaatst de eigenschappen van een natuurlijke magneet.

De reikwijdte van elektromagneten is zeer uitgebreid. Ze worden gebruikt in elektrische machines en apparaten, in automatiseringsapparatuur, in de geneeskunde, in verschillende soorten wetenschappelijk onderzoek. Meestal worden elektromagneten en solenoïden gebruikt om een ​​soort mechanismen te verplaatsen, en in fabrieken voor het heffen van lasten.

De elektromagnetische hefmagneet is bijvoorbeeld een zeer handig, productief en economisch mechanisme: onderhoudspersoneel is niet verplicht om de getransporteerde lading te beveiligen en vrij te geven. Het is voldoende om een ​​elektromagneet op de getransporteerde belasting te zetten en de elektrische stroom in de spoel van de elektromagneet in te schakelen en de belasting wordt aangetrokken door de elektromagneet, en om deze van de belasting te bevrijden, hoeft u alleen de stroom uit te schakelen.

Het ontwerp van de elektromagneet is eenvoudig te herhalen en is in wezen niets anders dan de kern en de spoel van de geleider. In dit artikel zullen we de vraag beantwoorden hoe je een elektromagneet met je eigen handen kunt maken?

Hoe werkt een elektromagneet (theorie)

Als een elektrische stroom door de geleider vloeit, wordt een magnetisch veld rond deze geleider opgewekt. Aangezien stroom alleen kan stromen als het circuit gesloten is, moet de geleider een gesloten lus zijn, zoals een cirkel, wat de eenvoudigste gesloten lus is.

Voorheen werd vaak een in een cirkel opgerolde geleider gebruikt om de werking van stroom op een magnetische naald in het midden te observeren. In dit geval bevindt de pijl zich op een gelijke afstand van alle delen van de geleider, waardoor het effect van stroom op de magneet gemakkelijker kan worden waargenomen.

Om het effect van een elektrische stroom op een magneet te vergroten, is het eerst mogelijk om de stroom te verhogen. Als u echter rond de geleider gaat waardoor sommige stroom twee keer rond het circuit stroomt dat het bedekt, zal het effect van de stroom op de magneet verdubbelen.

Deze actie kan dus vele malen worden verhoogd door de geleider een geschikt aantal keren rond een gegeven circuit af te ronden. Het resulterende geleidende lichaam, bestaande uit individuele windingen, waarvan het aantal willekeurig kan zijn, wordt een spoel genoemd.

Denk aan het verloop van de schoolfysica, namelijk dat wanneer een elektrische stroom door een geleider stroomt magnetisch veld treedt op. Als de geleider in een spoel wordt gerold, worden de magnetische inductielijnen van alle windingen gevormd en zal het resulterende magnetische veld sterker zijn dan voor een enkele geleider.

Het magnetische veld dat wordt opgewekt door een elektrische stroom heeft in principe geen significante verschillen ten opzichte van een magnetisch veld, als we terugkeren naar elektromagneten, ziet de formule voor de tractiekracht er als volgt uit:

F = 40550 ∙ B²∙ S,

waarbij F de tractiekracht is, kg (kracht wordt ook gemeten in Newton, 1 kg = 9,81 N of 1 N = 0,102 kg); B - inductie, T; S is het dwarsdoorsnede-oppervlak van de elektromagneet, m2.

Dat wil zeggen dat de tractiekracht van een elektromagneet afhankelijk is van magnetische inductie, denk aan de formule:

Hier is U0 de magnetische constante (12,5 * 107 Gn / m), U is de magnetische permeabiliteit van het medium, N / L is het aantal windingen per lengte-eenheid van de solenoïde, I is de stroomsterkte.

Hieruit volgt dat de kracht waarmee de magneet iets aantrekt, afhankelijk is van de huidige sterkte, het aantal windingen en de magnetische permeabiliteit van het medium. Als er geen kern in de spoel zit, is het medium lucht.

Hieronder is een tabel met relatieve magnetische permeabiliteiten voor verschillende media. We zien dat het in lucht 1 is, terwijl het in andere materialen tientallen of zelfs honderden keren meer is.

In de elektrotechniek wordt een speciaal metaal gebruikt voor kernen, dit wordt vaak elektrisch of transformatiestaal genoemd. In de derde rij van de tabel ziet u "IJzer met silicium" waarin de relatieve magnetische permeabiliteit 7 * 103 of 7000 GN / m is.

Dit is de gemiddelde waarde voor transformatiestaal. Het verschilt van de gebruikelijke precies hetzelfde siliciumgehalte. In de praktijk hangt de relatieve magnetische permeabiliteit ervan af van het toegepaste veld, maar we zullen niet in details treden. Wat geeft de kern in de spoel? De kern van elektrisch staal zal het magnetische veld van de spoel ongeveer 7000-7500 keer verbeteren!

Het enige dat u moet onthouden, is dat het afhankelijk is van het kernmateriaal in de spoel magnetische inductie, en de kracht waarmee de elektromagneet zal trekken hangt ervan af.

praktijk

Een van de meest populaire experimenten die worden uitgevoerd om het optreden van een magnetisch veld rond een geleider aan te tonen, is de ervaring met metalen chips. De geleider is bedekt met een vel papier en er worden magnetische chips op gegoten, waarna een elektrische stroom door de geleider wordt geleid en de chip op de een of andere manier van positie verandert. Dit is bijna een elektromagneet.

Maar voor een elektromagneet is alleen het aantrekken van metalen chips niet voldoende. Daarom is het noodzakelijk om het te versterken, op basis van het voorgaande - je moet een spiraal maken die op een metalen kern is gewikkeld. Het eenvoudigste voorbeeld zou een geïsoleerde koperdraad zijn die rond een spijker of bout is gewikkeld.

Een dergelijke elektromagneet kan verschillende pinnen, scrapie en dergelijke aantrekken.

Als draad kunt u elke draad in PVC of andere isolatie gebruiken, of een koperdraad in vernisisolatie van het type PEL of PEV, die worden gebruikt voor wikkelingen van transformatoren, luidsprekers, motoren, enz. Je kunt het nieuw vinden in spoelen of terugspoelen vanuit dezelfde transformatoren.

10 Nuances van de productie van elektromagneten in eenvoudige woorden:

1. De isolatie over de gehele lengte van de geleider moet uniform en intact zijn, zodat er geen inter-turn fouten zijn.

2. De wikkeling moet in dezelfde richting gaan als op een draadklos, dat wil zeggen, u kunt de draad niet 180 graden buigen en in de tegenovergestelde richting gaan. Dit is te wijten aan het feit dat het resulterende magnetische veld gelijk is aan de algebraïsche som van de velden van elke beurt, als je niet in details gaat, dan zullen de in de tegenovergestelde richting gewikkelde bochten een elektromagnetisch veld van een tegengesteld teken genereren, als gevolg van het veld zal worden afgetrokken en als gevolg daarvan zal de sterkte van de elektromagneet minder zijn en als er hetzelfde aantal beurten in de ene en de andere richting zal zijn, zal de magneet helemaal niets aantrekken, omdat de velden elkaar onderdrukken.

3. De sterkte van de elektromagneet hangt ook af van de huidige sterkte en hangt af van de spanning op de spoel en de weerstand ervan. De weerstand van de spoel is afhankelijk van de lengte van de draad (hoe langer het is, hoe groter het is) en het dwarsdoorsnede-oppervlak (hoe groter de doorsnede, hoe minder weerstand) een schatting kan worden uitgevoerd volgens de formule - R = p * L / S

4. Als de stroom te hoog is, zal de spoel branden.

5. Met gelijkstroom - de stroom zal groter zijn dan met wisselstroom vanwege de invloed van reactantie-inductie.

6. Bij het werken op wisselstroom - de elektromagneet zoemt en rammelt, het veld zal constant van richting veranderen en de tractiekracht zal minder (tweemaal) zijn dan bij constant werken. In dit geval is de kern voor wisselstroomspoelen van plaatmetaal, die samenkomen, terwijl de platen van elkaar worden geïsoleerd door vernis of een dunne laag kalk (oxide), de zogenaamde melanges - om verliezen en Foucault-stromen te verminderen.

7. Met dezelfde trekkracht weegt een elektrische wisselstroommagneet twee keer zoveel, en de afmetingen zullen dienovereenkomstig toenemen.

8. Maar het is de moeite waard om te overwegen dat AC-elektromagneten sneller zijn dan DC-magneten.

9. Kernen van DC-elektromagneten

10. Beide soorten elektromagneten kunnen zowel op gelijkstroom als op wisselstroom werken, de enige vraag is wat voor soort vermogen het zal bezitten, welke verliezen en verwarming zullen optreden.

3 ideeën voor elektromagneet van geïmproviseerde gereedschappen in de praktijk

Zoals eerder vermeld, is de eenvoudigste manier om een ​​elektromagneet te maken, een metalen staaf en een koperdraad te gebruiken door de ene en de andere op te pakken voor het vereiste vermogen. De voedingsspanning van dit apparaat wordt empirisch gekozen op basis van de huidige sterkte en verwarming van de structuur. Voor het gemak kunt u een plastic spoel van draad of iets dergelijks gebruiken en onder het binnenste gat een kern kiezen - een bout of een spijker.

De tweede optie is om een ​​bijna kant-en-klare elektromagneet te gebruiken. Denk aan elektromagnetische schakelapparaten - relais, magnetische starters en magneetschakelaars. Voor gebruik op gelijkstroom en een spanning van 12V is het handig om een ​​spoel van automotive-relais te gebruiken. Het enige wat u hoeft te doen is de behuizing verwijderen, de beweegbare contacten verbreken en de stroom aansluiten.

Voor werkzaamheden van 220 of 380 volt is het handig om spoelen te gebruiken magnetische starters en magneetschakelaarsZe zijn op een doorn gewikkeld en kunnen eenvoudig worden verwijderd. Selecteer de kern op basis van het dwarsdoorsnedegebied van het gat in de spoel.

U kunt de magneet dus via de uitgang inschakelen en het is handig om de sterkte aan te passen als u een reostaat gebruikt of de stroom beperkt met behulp van een krachtige weerstand, bijvoorbeeld nichrome spiraal.