Como fazer um eletroímã em casa

Solenóide – um ímã artificial no qual um campo magnético surge e está concentrado no núcleo ferromagnético como resultado da passagem de uma corrente elétrica através do enrolamento que o rodeia, isto é, ao passar corrente através da bobina, o núcleo colocado dentro dela adquire as propriedades de um ímã natural.

O escopo dos eletroímãs é muito extenso. Eles são usados ​​em máquinas e dispositivos elétricos, em dispositivos de automação, em medicina, em vários tipos de pesquisa científica. Na maioria das vezes, eletroímãs e solenóides são usados ​​para mover algum tipo de mecanismo e em fábricas para elevar cargas.

Assim, por exemplo, o eletroímã de elevação é um mecanismo muito conveniente, produtivo e econômico: o pessoal de manutenção não é obrigado a proteger e liberar a carga transportada. Basta colocar um eletroímã na carga em movimento e ligar a corrente elétrica na bobina do eletroímã e a carga será atraída pelo eletroímã e, para liberar a carga, basta desligar a corrente.

O design do eletroímã é fácil de repetir e, em essência, nada mais é do que o núcleo e a bobina do condutor. Neste artigo, responderemos à pergunta de como fazer um eletroímã com suas próprias mãos?

Como um eletroímã (teoria)

Se uma corrente elétrica flui através do condutor, um campo magnético é gerado em torno desse condutor. Como a corrente só pode fluir quando o circuito está fechado, o condutor deve ser um circuito fechado, como um círculo, que é o circuito fechado mais simples.

Anteriormente, um condutor enrolado em círculo era frequentemente usado para observar a ação da corrente em uma agulha magnética localizada no centro. Nesse caso, a seta está a uma distância igual de todas as partes do condutor, facilitando a observação do efeito da corrente no ímã.

Para aumentar o efeito de uma corrente elétrica em um ímã, é primeiro possível aumentar a corrente. No entanto, se você percorrer o condutor através do qual alguma corrente flui duas vezes ao redor do circuito que ele cobre, o efeito da corrente no ímã dobrará.

Assim, essa ação pode ser aumentada muitas vezes arredondando o condutor um número apropriado de vezes em torno de um determinado circuito. O corpo condutor resultante, consistindo em voltas individuais, cujo número pode ser arbitrário, é chamado de bobina.

Lembre-se do curso de física da escola, a saber, que quando uma corrente elétrica flui através de um condutor campo magnético ocorre. Se o condutor for enrolado em uma bobina, as linhas de indução magnética de todas as voltas serão formadas e o campo magnético resultante será mais forte do que para um único condutor.

O campo magnético gerado por uma corrente elétrica, em princípio, não possui diferenças significativas em comparação com um campo magnético; se retornarmos aos eletroímãs, a fórmula para sua força de tração será assim:

F = 40550 ∙ B²∙ S,

onde F é a força de tração, kg (a força também é medida em Newtons, 1 kg = 9,81 N ou 1 N = 0,102 kg); B - indução, T; S é a área da seção transversal do eletroímã, m2.

Ou seja, a força de tração de um eletroímã depende da indução magnética, considere sua fórmula:

Aqui U0 é a constante magnética (12,5 * 107 GN / m), U é a permeabilidade magnética do meio, N / L é o número de voltas por unidade de comprimento do solenóide, I é a força atual.

Daqui resulta que a força com que o ímã atrai algo depende da força atual, do número de voltas e da permeabilidade magnética do meio. Se não houver núcleo na bobina, o meio é o ar.

Abaixo está uma tabela de permeabilidades magnéticas relativas para diferentes meios. Vemos que no ar é 1, enquanto em outros materiais é dezenas ou até centenas de vezes mais.

Na engenharia elétrica, um metal especial é usado para núcleos, geralmente chamado de aço elétrico ou de transformador. Na terceira linha da tabela, você vê "Ferro com silicone", no qual a permeabilidade magnética relativa é 7 * 103 ou 7000 GN / m.

Este é o valor médio do aço do transformador. Difere do habitual apenas o mesmo teor de silício. Na prática, sua permeabilidade magnética relativa depende do campo aplicado, mas não entraremos em detalhes. O que dá o núcleo na bobina? O núcleo do aço elétrico aumentará o campo magnético da bobina cerca de 7000 a 7500 vezes!

Tudo o que você precisa lembrar é que depende do material do núcleo dentro da bobina indução magnética, e a força com que o eletroímã irá puxar depende disso.

Prática

Um dos experimentos mais populares realizados para demonstrar a ocorrência de um campo magnético ao redor de um condutor é a experiência com lascas de metal. O condutor é coberto com uma folha de papel e os chips magnéticos são derramados sobre ele, então uma corrente elétrica é passada através do condutor e o chip muda sua posição de alguma forma na folha. Isso é quase um eletroímã.

Mas para um eletroímã, simplesmente atrair lascas de metal não é suficiente. Portanto, é necessário fortalecê-lo, com base no exposto - você precisa fazer uma bobina enrolada em um núcleo de metal. O exemplo mais simples seria um fio de cobre isolado enrolado em um prego ou parafuso.

Esse eletroímã é capaz de atrair pinos diferentes, tremor epizoótico e similares.

Como fio, você pode usar qualquer fio em PVC ou outro isolamento, ou um fio de cobre em isolamento de verniz, como PEL ou PEV, que são usados ​​para enrolamentos de transformadores, alto-falantes, motores, etc. Você pode encontrá-lo novo em bobinas ou retroceder nos mesmos transformadores.

10 nuances da fabricação de eletroímãs em palavras simples:

1. O isolamento ao longo de todo o comprimento do condutor deve ser uniforme e intacto, para que não haja falhas entre curvas.

2. O enrolamento deve ir em uma direção, como em um carretel de linha, ou seja, você não pode dobrar o fio 180 graus e seguir na direção oposta. Isso se deve ao fato de o campo magnético resultante ser igual à soma algébrica dos campos de cada bobina; se você não entrar em detalhes, as bobinas enroladas na direção oposta gerarão um campo eletromagnético de sinal oposto, como resultado do campo será subtraído e, como resultado, a força do eletroímã será menor. e se houver o mesmo número de voltas em uma e na outra direção, o ímã não atrairá nada, uma vez que os campos se suprimem.

3. A força do eletroímã também dependerá da força atual e da tensão aplicada à bobina e de sua resistência. A resistência da bobina depende do comprimento do fio (quanto maior, maior) e de sua área de seção transversal (quanto maior a seção, menor a resistência), um cálculo aproximado pode ser realizado de acordo com a fórmula - R = p * L / S

4. Se a corrente estiver muito alta, a bobina queimará.

5. Com corrente direta - a corrente será maior do que com corrente alternada devido à influência da indutância da reatância.

6. Ao trabalhar com corrente alternada - o eletroímã zumbe e chacoalha, seu campo muda constantemente de direção e sua força de tração é menor (duas vezes) do que quando se trabalha em constante. Nesse caso, o núcleo das bobinas de corrente alternada é feito de chapa, reunindo-se, enquanto as placas são isoladas umas das outras por verniz ou por uma fina camada de escama (óxido), o chamado misturas - para reduzir perdas e correntes de Foucault.

7. Com a mesma força de tração, um ímã elétrico de corrente alternada pesa o dobro e as dimensões aumentam de acordo.

8. Mas vale a pena considerar que os eletroímãs CA são mais rápidos que os ímãs CC.

9. Núcleos dos eletroímãs DC

10. Ambos os tipos de eletroímãs podem funcionar tanto em corrente contínua quanto em corrente alternada, a única questão é que tipo de energia ela possuirá, que perdas e aquecimento ocorrerão.

3 idéias para eletroímã a partir de ferramentas improvisadas na prática

Como já mencionado, a maneira mais fácil de criar um eletroímã é usar uma haste de metal e um fio de cobre, escolhendo um e outro para a energia necessária. A tensão de alimentação deste dispositivo é selecionada empiricamente com base na força atual e no aquecimento da estrutura. Por conveniência, você pode usar um carretel de linha plástica ou algo semelhante e escolher um núcleo - um parafuso ou um prego - sob o orifício interno.

A segunda opção é usar um eletroímã quase pronto. Pense nos dispositivos de comutação eletromagnética - relés, partidas magnéticas e contatores. Para uso em corrente contínua e tensão de 12V, é conveniente usar uma bobina de relés automotivos. Tudo o que você precisa fazer é remover o estojo, quebrar os contatos móveis e conectar a energia.

Para trabalhos de 220 ou 380 volts, é conveniente usar bobinas acionadores de partida e contatores magnéticosEles são enrolados em um mandril e podem ser facilmente removidos. Selecione o núcleo com base na área da seção transversal do furo na bobina.

Assim, você pode ligar o ímã da tomada e é conveniente ajustar sua força se você usar um reostato ou limitar a corrente usando uma resistência poderosa, por exemplo, espiral de nicromo.