אלקטרומגנט

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

אלקטרומגנט הוא סוג של מגנט שבו השדה המגנטי מופק באמצעות זרם חשמלי המועבר מסביב לליבת מתכת, השדה החשמלי מתפוגג כאשר הזרם החשמלי נפסק. האלקטרומגנט משתמש בחשמל כדי להפיק כוח מגנטי. המבנה הבסיסי של אלקטרומגנט הוא ליבת ברזל סביבה מלופף סליל נחושת (יכול להיות כל חוט מחומר מוליך אחר). עם העברת זרם חשמלי בסליל נוצר שדה מגנטי מסביב לליבה והופך אותה למגנט.

[עריכה] ההמצאה והיסטוריה

בשנת 1825 החשמלאי הבריטי ויליאם סטורגאון (William Sturgeon) המציא את האלקטרומגנט. האלקטרומגנט הראשון היה חתיכת ברזל בצורת פרסה וסביבה מלופף סליל רפוי. ברגע שהוזרם זרם דרך הסליל, הברזל הפך למגנט ויכל למשוך אליו חפצים עשויים ברזל או חומרים המכילים ברזל, ברגע שהופסק הזרם הליבה חזרה למצב הקודם. סטורגאון הציג את הכוח של המגנט שיצר כשהרים תשעה פאונד עם חתיכת ברזל אשר סליל כרוך סביבה והזרם שזרם דרכה הופק מבטריה אחת בודדה.

סטורגאון יכל לוסת את האלקטרומגנט שיצר; זו הייתה התחלת השימוש באנרגיה חשמלית במטרה לייצר מכונות נשלטות ושימושיות ועיצב את היסודות לתקשורת אלקטרונית שאנחנו מכירים היום.

[עריכה] הקדמה

הצורה הבסיסית ביותר של האלקטרומגנט הוא חתיכה של חוט פשוטה (ראה איור). עוצמת השדה המגנטי שחולל מסתמך על עוצמת הזרם החשמלי העובר דרך החוט. במטרה להגדיל את האפקטיביות של הזרם שזורם בחוט המחולל את השדה האלקטרו מגנטי, מעצבים את הטייל בצורה של סליל שבה חלקים רבים של הטייל נמצאים זה לצד זה. סליל ישר, מעוצב בצורה של צינור (דומה לחולץ פקקים) נקרא סולנואיד; סולנואיד שמקופף כך שהסוף שלו מתחבר עם ההתחלה נקרא טרואיד. שדה מגנטי הרבה יותר חזק יכול להיווצר אם "ליבה" מחומר פאראמגנטי (paramagnetic material) או פרומגנטי (ferromagnetic material) (בדרך כלל ברזל רך) מונחת בתוך הסליל. הליבה מרכזת את השדה המגנטי שנהפך להרבה יותר חזק מהשדה הנוצר מהסליל לבדו.

זרם הזורם בחוט יוצר שדה מגנטי שמתנהג לפי כלל יד ימין

שדות חשמלים הנוצרים כתוצאה מזרימת זרם דרך חוט מוליך מתנהגים לפי כלל יד ימין (אם זה זרם שגרתי או לכלל יד שמאל אם מדובר בתנועה של אלקטרונים). לפי כלל יד ימין כאשר היד סגורה בצורה של אגרוף והאגודל ישר; האגודל מצביע לכיוון הזרם, השדה המגנטי יתעטף מסביב לחוט בכיוון המצוין על ידי האצבעות של יד ימין, ניתן לראות לפי האיור משמאל.

[עריכה] אלקטרומגנטים ומגנטים קבועים

היתרון העיקרי של אלקטרומגנטים על מגנטים פרמננטים (קבועים) הוא שהשדה המגנטי יכול להשתנות במהירות לטוח ארוך בעזרת שינוי עוצמת הזרם הזורמת בסליל, אבל אספקה מתמשכת של אנרגיה חשמלית נחוצה כדי לשמר את השדה

כאשר זרם עובר דרך החוט, אזור ממוגנט בליבה נקרא תחום או אזור מגנטי נערך עם השדה המושרה עליו וגורם לעוצמת השדה להתחזק, כאשר מזרימים זרם גבוה כל האזורים המגנטים נערכים מצב הנקרא הרויה (saturation). כאשר כל הליבה נערכת חיזוק של הזרם יגרום לחיזוק מינורי יחסית של השדה המגנטי. במספר חומרים האזורים המגנטים יכולים לערוך את עצמם, במקרה הזה חלק מהשדה המגנטי שנוצר בעקבות הזרם שזרם בסליל ישאר גם אחרי שהזרם יופסק מה שיגרום לליבה להתנהג כמו מגנט קבוע. תופעה הנקראת באנגלית (remanent magnetism) המגנטיות הנותרת לאחר הפסקת או הרחקת השדה המגנטי. במקרה הנ"ל הליבה יכולה לספק זרם חליפין דועך לסליל. אם מסירים את הליבה ומכים בה במקום ה"ערוך" זה יגרום לשדה הנותר להחלש או להתפוגג.

בישום שבו שדות מגנטים משתנים אינם נחוצים, מגנטים קבועים יעילים יותר מאלקטרומגנטים. נוסף על כך ניתן ליצר מגנטים קבועים שיצרו שדות חזקים יותר מאשר אלקטרומגנטים באותו גודל.

[עריכה] כוחות על חומרים פרומגנטים

חישוב הכוחות על חומרים פרומגנטים הוא בכללי דיי מורכב עכב עיטר של גדילי שדות(קוי שדות) וגאומטריה מורכבת. זה יכול להיות מדומה באמצעות אנליזה של אלמנט סופי, אבל ניתן להעריך את הכוח המקסימלי תחת תנאים ספציפים, אם השדה תחום/מוגדר באמצעות חומר עם חדירות גבוהה מאוד כגון סגסוגת פלדה מסוימת הכוח המקסימלי יהיה:

$F = \frac{B^2 A}{2 \mu_o}$

כאשר:

F זה הכוח בניוטון

B זה השדה המגנטי בטסלא

A זה שטח הפנים של המוט נמדד במטר מרובע

$μ o$ זה החדירות של החלל

במקרה שהחלל הוא אוויר, $\mu_o = 4 \pi \cdot 10^{-7}\,\mbox{H}\cdot \mbox{m}^{-1}$ , הכוח ליחידת שטח (לחץ) הוא:

$P \approx 398 \, \mathrm{kPa}$ או $57.7 \, \mbox{lbf}\cdot\mbox{in}^{-2}$ @ B = 1 tesla

$P \approx 1592 \, \mathrm{kPa}$ או $230.8 \, \mbox{lbf}\cdot\mbox{in}^{-2}$ @ B = 2 teslas

במעגל מגנטי סגור:

$B = \frac{\mu N I}{L}$

כאשר:

N זה מספר הכריכות סביב האלקטרומגנט

I זה הזרם באמפרים

L זה האורך של המעגל המגנטי

נוסחה נוספת במקרה הנ"ל היא:

$F = \frac{\mu^2 N^2 I^2 A}{2\mu_0 L^2}$

במטרה לבנות אלקטרומגנט חזק, עדיף מעגל מגנטי קצר בעל שטח פנים גדול. מרבית החומרים הפרומגנטים מרוים בסביבות 1 עד 2 טסלא (tesla). זה מתרחש בשדה אינטנסיבי של:

$H\approx 787\ \mbox{ampere.turns/meter or}\ 20\ \mbox{ampere.turns/inch}$ .

בגלל זה אין סיבה ליצור אלקטרו מגנט עם שדה אינטנסיבי יותר. מנופי אלקטרומגנט תעשייתיים מעוצבים עם שני מוטות בתחתית. זה תוחם את קוי השדה מה שמביא את השדה המגנטי למקסימום. זה כמו צילינדר בתוך צילינדר. הרבה רמקולים משתמשים באותה גאומטריה למרות שקוי השדה יוצרים קשתות מהצילינדר הפנימי במקום קוים שניצבים לפני השטח.

לטכנולוגיית האלקטרומגנט שימושים רבים כגון השנאה, הגברת קול, סולנואידים ועוד.

קטגוריה: אלקטרומגנטיות

See also ebooksgratis.com: no banners, no cookies, totally FREE.

אלקטרומגנט

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

תוכן עניינים

[עריכה] ההמצאה והיסטוריה

[עריכה] הקדמה

[עריכה] אלקטרומגנטים ומגנטים קבועים

[עריכה] כוחות על חומרים פרומגנטים

Views

ניווט

קהילה

חיפוש

שפות אחרות