So bauen Sie einen Generator für elektromagnetische Felder

Inhalt

• Tipps
• Physik von EMF-Generatoren
• Magnetfeld von EMF-Generatoren
• Andere EMF-Generatoren
• Elektromagnet verwendet

Elektromagnetische Phänomene treten überall auf, von der Batterie Ihres Mobiltelefons bis zu den Satelliten, die Daten zurück zur Erde senden. Sie können das Verhalten von Elektrizität durch elektromagnetische Felder beschreiben, Bereiche um Objekte, die elektrische und magnetische Kräfte ausüben, die beide Teil derselben elektromagnetischen Kraft sind.

Da die elektromagnetische Kraft in so vielen Anwendungen des täglichen Lebens vorhanden ist, können Sie sie sogar mit einer Batterie und anderen Gegenständen wie Kupferdraht oder Metallnägeln bauen, um diese Phänomene in der Physik selbst zu demonstrieren.

Tipps

Aufbau einer Generator für elektromagnetische Felder (EMK) Erfordert eine Magnetspule aus Kupferdraht (Spiral- oder Helixform), einen Metallgegenstand wie einen Eisennagel (für einen Nagelgenerator), einen Isolierdraht und eine Spannungsquelle (wie eine Batterie oder Elektroden), um elektrische Ströme zu emittieren.

Optional können Sie Büroklammern aus Metall oder einen Kompass verwenden, um die Wirkung der EMK zu beobachten. Wenn das Metallobjekt ferromagnetisch ist (z. B. Eisen), ein Material, das leicht magnetisiert werden kann, ist es sehr viel effektiver.

Physik von EMF-Generatoren

Der Elektromagnetismus, eine der vier fundamentalen Naturkräfte, beschreibt, wie aus dem Stromfluss ein elektromagnetisches Feld entsteht.

Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, nimmt das Magnetfeld mit den Spulen des Drahtes zu. Dadurch fließt mehr Strom über eine geringere Entfernung oder auf kleineren Wegen, die näher am Metallnagel liegen. Wenn Strom durch einen Draht fließt, ist das elektromagnetische Feld rund um den Draht.

••• Syed Hussain Ather

Wenn Strom durch den Draht fließt, können Sie die Richtung des Magnetfelds mithilfe der rechten Regel demonstrieren. Diese Regel bedeutet, dass sich Ihre Finger in Richtung des Magnetfelds krümmen, wenn Sie Ihren rechten Daumen in Richtung des Stroms der Drähte bewegen. Diese Faustregeln können Ihnen helfen, sich an die Richtung zu erinnern, in die diese Phänomene weisen.

••• Syed Hussain Ather

Die Rechtsregel gilt auch für die Magnetform des Stroms um das Metallobjekt. Wenn Strom in Schleifen um den Draht fließt, erzeugt er ein Magnetfeld im Metallnagel oder einem anderen Gegenstand. Dies schafft eine Elektromagnet Das stört die Kompassrichtung und kann Büroklammern aus Metall anziehen. Diese Art von elektromagnetischem Feldemitter unterscheidet sich von Permanentmagneten.

Im Gegensatz zu Permanentmagneten benötigen Elektromagnete einen elektrischen Strom, um ein Magnetfeld für ihre Zwecke abzugeben. Dies ermöglicht Wissenschaftlern, Ingenieuren und anderen Fachleuten, sie für eine Vielzahl von Anwendungen zu verwenden und sie stark zu kontrollieren.

Magnetfeld von EMF-Generatoren

Das Magnetfeld für einen induzierten Strom in der Magnetform des Elektromagneten kann wie folgt berechnet werden B = μ₀ n l in welchem B ist das Magnetfeld in Teslas, μ₀ (ausgesprochen "nichts") ist die Durchlässigkeit des freien Raums (ein konstanter Wert von 1,257 x 10^-6), l ist die Länge des Metallobjekts parallel zum Feld und n ist die Anzahl der Schleifen um den Elektromagneten. Unter Verwendung des Amperes-Gesetzes, B = μ__₀ Ich / l können Sie den Strom I_ (in Ampere) berechnen.

Diese Gleichungen hängen stark von der Geometrie des Solenoids ab, wobei sich die Drähte so nah wie möglich um den Metallnagel wickeln. Beachten Sie, dass die Stromrichtung dem Elektronenfluss entgegengesetzt ist. Verwenden Sie diese Option, um herauszufinden, wie sich das Magnetfeld ändern soll, und um festzustellen, ob sich die Kompassnadel so ändert, wie Sie es anhand der rechten Regel berechnen oder bestimmen würden.

Andere EMF-Generatoren

••• Syed Hussain Ather

Änderungen des Ampere-Gesetzes hängen von der Geometrie des EMK-Generators ab. Im Falle eines torusförmigen, ringförmigen Elektromagneten ist das Feld B = μ₀ nI / (2πr) zum n Anzahl der Schleifen und r Radius von Mitte zu Mitte der Metallobjekte. Der Umfang eines Kreises (2 π r) im Nenner spiegelt die neue Länge des Magnetfelds wider, das im gesamten Toroid eine kreisförmige Form annimmt. Die Formen von EMF-Generatoren ermöglichen es Wissenschaftlern und Ingenieuren, ihre Kräfte zu nutzen.

Ringförmige Formen werden in Transformatoren verwendet, bei denen die um sie gewickelten Spulen in verschiedenen Schichten verwendet werden. Wenn ein Strom durch sie induziert wird, übertragen die resultierende EMK und der Strom, die sie als Reaktion erzeugen, die Leistung zwischen verschiedenen Spulen. Die Form ermöglicht es, kürzere Spulen zu verwenden, die die Widerstandsverluste oder Verluste aufgrund der Art und Weise, wie die Ströme gewickelt werden, reduzieren. Dies macht Ringkerntransformatoren energieeffizient.

Elektromagnet verwendet

Elektromagnete können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von Industriemaschinen über Computerkomponenten bis hin zur Supraleitung und der wissenschaftlichen Forschung. Supraleitende Materialien erreichen bei sehr niedrigen Temperaturen (nahe 0 Kelvin) praktisch keinen elektrischen Widerstand, der in wissenschaftlichen und medizinischen Geräten verwendet werden kann.

Dazu gehören Magnetresonanztomographie (MRT) und Teilchenbeschleuniger. Magnetspulen werden zur Erzeugung von Magnetfeldern in Punktmatrizen, Einspritzdüsen und Industriemaschinen eingesetzt. Insbesondere Ringkerntransformatoren finden auch in der medizinischen Industrie Verwendung für ihre Effizienz bei der Herstellung biomedizinischer Geräte.

Elektromagnete werden auch in Musikgeräten wie Lautsprechern und Kopfhörern, Leistungstransformatoren zum Erhöhen oder Verringern der Stromspannung entlang von Stromleitungen, Induktionsheizungen zum Kochen und Herstellen und sogar in Magnetabscheidern zum Sortieren magnetischer Materialien aus Metallschrott verwendet. Insbesondere die Induktion zum Erhitzen und Kochen hängt davon ab, wie eine elektromotorische Kraft in Reaktion auf eine Änderung des Magnetfelds einen Strom erzeugt.

Schließlich verwenden Magnetschwebebahnen eine starke elektromagnetische Kraft, um einen Zug über ein Gleis zu heben, und supraleitende Elektromagnete, um mit schnellen, effizienten Geschwindigkeiten auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Neben diesen Anwendungen finden Sie auch Elektromagnete, die in Anwendungen wie Motoren, Transformatoren, Kopfhörern, Lautsprechern, Tonbandgeräten und Teilchenbeschleunigern verwendet werden.