Innehåll
Elektromagnetiska fenomen finns överallt från ditt mobiltelefonbatteri till satelliterna som data tillbaka till jorden. Du kan beskriva beteendet hos elektricitet genom elektromagnetiska fält, regioner runt föremål som utövar elektriska och magnetiska krafter, som båda är en del av samma elektromagnetiska kraft.
Eftersom den elektromagnetiska kraften finns i så många tillämpningar i vardagen, kan du till och med bygga en med ett batteri och andra föremål som koppartråd eller metallspikar som ligger runt ditt hus för att demonstrera dessa fenomen i fysik för dig själv.
tips
Bygga en elektromagnetisk fält (EMF) generator kräver en magnetventil av koppartråd (en spiralformad eller spiralform), ett metallföremål såsom en järnspik (för en spikgenerator), isolerande tråd och spänningskälla (såsom ett batteri eller elektroder) för att avge elektriska strömmar.
Du kan eventuellt använda metallpappersklipp eller en kompass för att observera effekten av emk. Om metallföremålet är ferromagnetiskt (som järn), ett material som lätt kan magnetiseras, kommer det att vara mycket, mycket mer effektivt.
EMF-generatorers fysik
Elektromagnetism, en av de fyra grundläggande krafterna i naturen, beskriver hur ett elektromagnetiskt fält skapat från flödet av elektrisk ström uppstår.
När en elektrisk ström flyter genom en tråd ökar magnetfältet med trådarna. Detta låter mer ström flyta genom ett mindre avstånd eller i mindre banor som är närmare metallspiken. När ström flyter genom en tråd är det elektromagnetiska fältet cirkulärt runt tråden.
••• Syed Hussain AtherNär ström flyter genom ledningen kan du visa riktningen på magnetfältet med högerregeln. Denna regel innebär att, om du placerar din högra tumme i riktningen för trådströmmen, kommer fingrarna att krulla sig i riktning mot magnetfältet. Dessa tumregler kan hjälpa dig att komma ihåg riktningen som dessa fenomen har.
Den högra regeln gäller också solenoidformen på strömmen runt metallföremålet. När strömmen rör sig i öglor runt tråden genererar den ett magnetfält i metallspiken eller annat föremål. Detta skapar en elektromagnet som stör kompassriktningen och kan locka metallklipp till den. Denna typ av elektromagnetisk fältemitter fungerar annorlunda än permanentmagneter.
Till skillnad från permanentmagneter behöver elektromagneter en elektrisk ström genom dem för att avge ett magnetfält för deras användning. Detta gör att forskare, ingenjörer och andra yrkesverksamma kan använda dem för ett brett utbud av applikationer och kontrollera dem kraftigt.
EMF-generatorers magnetfält
Magnetfältet för en inducerad ström i den elektromagnetiska solenoidformen kan beräknas som B = μ0 n l i vilken B är magnetfältet i Teslas, μ0 (uttalas "mu nailed") är permeabiliteten för fritt utrymme (ett konstant värde 1,257 x 10)-6), l är längden på metallföremål parallellt med fältet och n är antalet slingor runt elektromagneten. Använda Amperes lag, B = μ__0 I / l , kan du beräkna curren_t I_ (i ampere).
Dessa ekvationer beror nära på magneten för magnetventilen med trådarna som lindar sig så nära som möjligt runt metallspiken. Tänk på att strömriktningen är mitt emot elektronflödet. Använd det här för att ta reda på hur magnetfältet ska förändras och se om kompassnålen ändras som du skulle beräkna eller bestämma med hjälp av högerregeln.
Andra EMF-generatorer
••• Syed Hussain AtherAmperes lagändringar beror på geometrin hos emf-generatorn. När det gäller en toroidformad, munkformad elektromagnet, fältet B = μ0 n I / (2 n r) för n antal slingor och r radie från centrum till metallobjektets centrum. Cirkelns omkrets (2 π r) i nämnaren återspeglar den nya längden på magnetfältet som har en cirkulär form genom hela toroid. Formerna på EMF-generatorer låter forskare och ingenjörer utnyttja sin kraft.
Toroidformer används i transformatorer och använder spolarna lindade runt dem i olika lager så att, när en ström induceras genom den, den resulterande emk och ström som den skapar som svar överför effekt mellan olika spolar. Formen låter den använda kortare spolar som minskar förlusterna mot motstånd eller förluster på grund av hur strömmarna lindas. Detta gör toroidformade transformatorer effektiva i hur de använder energi.
Elektromagnet använder
Elektromagneter kan variera i en stor mängd applikationer från industrimaskiner, datorkomponenter, supraledningsförmåga och vetenskaplig forskning. Superledande material uppnår praktiskt taget inget elektriskt motstånd vid mycket låga temperaturer (nära 0 Kelvin) som kan användas i vetenskaplig och medicinsk utrustning.
Detta inkluderar magnetisk resonansavbildning (MRI) och partikelacceleratorer. Solenoider används för att generera magnetfält i punktmatrisers, bränsleinsprutare och industrimaskiner. Toroidformade transformatorer har i synnerhet också användningar inom den medicinska industrin för deras effektivitet när det gäller att skapa biomedicinska apparater.
Elektromagneter används också i musikutrustning såsom högtalare och hörlurar, krafttransformatorer som ökar eller minskar strömspänningen längs kraftledningarna, induktionsvärme för matlagning och tillverkning och till och med magnetiska separatorer för att sortera magnetiska material från skrotmetall. Speciellt induktionen för uppvärmning och kokning bygger på hur en elektromotorisk kraft producerar en ström som svar på en förändring av magnetfältet.
Slutligen använder maglev-tågen en stark elektromagnetisk kraft för att lyfta ett tåg ovanför ett spår och superledande elektromagneter för att accelerera till höga hastigheter med snabba, effektiva hastigheter. Förutom dessa användningsområden kan du också hitta elektromagneter som används i applikationer som motorer, transformatorer, hörlurar, högtalare, bandspelare och partikelacceleratorer.