آموزش های پایه ای برق, مقالات
الکترومگنت چیست؟
بهمن
الکترومگنت چیست؟
در این مقاله قصد داریم در مورد الکترومگنت صحبت کنیم و خواص و مزایای آن، نحوه ساخت و منترل قدرت مغناطیسی آن را بررسی کنیم.
فهرست مطالب
1- الکترومگنت چیست؟
2- خواص آهنربا
3- مشاهده Oersted
4- چگونه یک آهنربا بسازیم؟
5- مزایای الکترومگنت
6- چگونگی کنترل قدرت میدان مغناطیسی
7- چرا از هسته هوا در الکترومگنت استفاده نمی‌شود؟
8- کاربردهای الکترومغناطیس
————————————————–
1- الکترومگنت چیست؟
همانند الکترواستاتیک، که دارای بارهای مثبت و منفی‌است، در استاتیک مغناطیسی نیز قطب‌های شمال و جنوب وجود دارد. بارهای مثبت و منفی، میدان‌های الکترواستاتیک مربوط به خود را دارند و همچنین خطوط میدان الکتریکی از بار مثبت سرچشمه می گیرند و به بار منفی ختم می‌شوند. و همچنین این بارهای مثبت و منفی می‌توانند به طور جداگانه نیز وجود داشته‌باشند. اما، در مورد قطب شمال و جنوب آهنربا، مسئله متفاوت است، بدین صورت که آنها نمی‌توانند به طور جداگانه وجود داشته‌باشند.
هر زمان که قطب شمال بیاید، قطب جنوب نیز قطعاً همراه آن خواهد بود. خطوط میدان مغناطیسی در خارج از آهنربا، از قطب شمال سرچشمه می‌گیرد و به قطب جنوب ختم‌می‌شود، اما در داخل آهنربا از قطب جنوب به قطب شمال حرکت‌می‌کند، که در حقیقت یک حلقه بسته تشکیل داده‌می‌شود. اما خطوط میدان الکترواستاتیک، حلقه‌ی بسته‌ای تشکیل نمی‌دهند.
اکنون به سوال اصلی باز می‌گردیم، چگونه الکترومگنت را تعریف کنیم؟
ما، بار را به عنوان موجودی تعریف می کنیم که میدان الکتریکی خاص خود را دارد و همانطور که در بالا ذکر شد یک قطب نمی‌تواند به طور جداگانه وجود داشته‌باشد. بنابراین، ما قطب شمال و جنوب را که اکنون به عنوان آهنربا نامیده‌‍می‌شوند را با هم طبقه بندی می کنیم و اکنون مشخص می کنیم که آهنربا چیست. آهنربا قطعه ای است که میدان مغناطیسی خاص خود را دارد.
الکترومگنت وسیله‌ای‌است که مغناطیس خود را از جریان عبوری از یک هادی بدست می آورد. یا الکترومگنت یک آهنربای مصنوعی‌است که میدان مغناطیسی در آن، با کمک جریان الکتریکی ایجاد‌می‌شود (اثر مغناطیسی جریان را به خاطر بسپارید).
میدان های الکترواستاتیک ناشی از بار مثبت و منفی
آهنربا
————————————————–
2- خواص آهنربا
آهنربا همیشه مواد فرومغناطیسی را جذب‌می‌کند. قدرت میدان مغناطیسی در قطب‌ها در مقایسه با قدرت وسط آهنربا بیشتر‌است. هنگامی که یک آهنربا آزادانه در هوا معلق‌می‌شود، خود را در جهت شمال به جنوب زمین قرار می‌دهد؛ به طوری که شمال آهنربا به سمت جنوب زمین و بالعکس قرار‌می‌گیرد. قطب‌های همانند همیشه یکدیگر را دفع‌می کنند، در حالی که قطب‌های مخالف همیشه به یکدیگر جذب‌می‌شوند. به عنوان مثال، قطب شمال، قطب شمال دیگری را دفع‌می‌کند، در حالی که همان قطب شمال، قطب جنوب دیگری را جذب‌می‌کند. هنگامی که یک آهنربا به دو قسمت تقسیم‌می‌شود، آن دو قطعه دوباره به دو آهنربا تبدیل‌می‌شوند که هر دو یک قطب شمال و قطب جنوب دارند.
————————————————–
3- مشاهده Oersted
هنگامی که یک عقربه قطب نما به سیمی که حامل جریان الکتریکی است، نزدیک می‌شود، انحراف قابل توجهی پیدا‌می‌کند. همچنین، با معکوس شدن جهت جریان، جهت عقربه قطب نما نیز تغییر می‌کند و برعکس‌می‌شود. این مشاهدات، این واقعیت را توجیه‌می‌کند که یک میدان مغناطیسی در اطراف یک هادی حامل جریان ایجاد شده‌است. این پدیده به عنوان اثر مغناطیسی جریان الکتریکی شناخته‌می‌شود. از این رو، اینطور استنباط‌می‌شود که آهنربا را می‌توان با کمک جریان الکتریکی ایجاد کرد.
– میدان مغناطیسی ناشی از رسانای مستقیم حامل جریان
انگشت شست را در جهت جریانی که در یک هادی گردش دارد، بگیرید سپس جهتی که انگشتان در آن پیچ‌می‌شود، جهت میدان مغناطیسی را نشان‌می‌دهد (قانون شست دست راست). همچنین، جهت میدان مغناطیسی قطب شمال را نشان می‌دهد و در مقابل، قطب جنوب قرار دارد.
– میدان مغناطیسی ناشی از هادی حامل جریان دایره ای
انگشتان دست را در جهت جریان در یک هادی دایره ای بچرخانید، شست کشیده شده، جهت میدان مغناطیسی را نشان‌می‌دهد (قانون شست دست راست). در این قانون نیز، انگشت شست کشیده قطب شمال (در جهت میدان) را نشان می‌دهد و در مقابل آن قطب جنوب قرار دارد.
————————————————–
4- چگونه یک آهنربا بسازیم؟
برای ساخت آهنربا به وسایلی نظیر سیم مسی، میخ و باتری نیاز‌است. در ابتدا می بایست سیم مسی را دور میخ بپیچید. سپس یک باتری را به دو پایانه سیم وصل کنید. حال شما یک آهنربا ساخته اید. این میخ را به سایر میخ ها یا قطعات آهنی نزدیک کنید. متوجه خواهید شد که میخ شما، قطعات آهنی دیگر را جذب می‌کند.
————————————————–
5- مزایای الکترومگنت
مزیت اصلی الکترومگنت این‌است که می‌توان با کنترل مقدار جریانی که از آن عبور می‌کند، قدرت میدان مغناطیسی را کنترل کرد. همچنین قطب‌های این آهنربا را می‌توان، با تغییر جهت جریان عبوری از آن (یعنی معکوس کردن ولتاژ تغذیه) تغییر داد.
————————————————–
6- چگونگی کنترل قدرت میدان مغناطیسی
چگونه می‌توان قدرت میدان مغناطیسی یک الکترومگنت را کنترل کرد؟
H – شدت میدان مغناطیسی بر حسب آمپردور بر متر (At/m)
N – تعداد دورهای سیم پیچ
I – جریان عبوری در سیم پیچ (A)
L – طول سیم پیچ بر حسب متر (متر)
بنابراین، قدرت میدان مغناطیسی یک الکترومگنت به عوامل زیر بستگی دارد:
- تعداد چرخش در سیم پیچ.
- مقدار جریان در سیم پیچ.
- نوع مواد هسته.
————————————————–
7- چرا از هسته هوا در الکترومگنت استفاده نمی‌شود؟
آهنربا میله ای و سیم پیچ هوا
میدان مغناطیسی تولید‌شده توسط یک جریان الکتریکی و یک سیم پیچ هسته هوا، مشابه به یک آهنربای میله‌ای‌است. خطوط میدان مغناطیسی در واقع نشان‌می‌دهند که چگونه یک آهنربا بر مواد مغناطیسی اطراف خود تأثیر می‌گذارد.
سیم پیچ آهنی
قرار دادن یک هسته آهنی در داخل سیم پیچ، چگالی میدان مغناطیسی (تعداد خطوط مغناطیسی) را در داخل سیم پیچ افزایش‌می‌دهد، زیرا نفوذپذیری آهن بسیار بیشتر از هوا‌است. بنابراین، آهنرباهای الکتریکی معمولاً از سلونوئیدهای هسته آهنی تشکیل‌می‌شوند.
خاصیت فرومغناطیسی هسته آهن باعث‌می‌شود که همه دوقطبی ها در جهتی مشابه با میدان مغناطیسی قرار گیرند که در نتیجه میدان مغناطیسی داخلی به میدان مغناطیسی خارجی کمک‌می‌کند. بنابراین، به این ترتیب، میدان مغناطیسی کلی تشکیل‌شده توسط سلونوئید با هسته درونی، نسبت به میدان مغناطیسی تولید‌شده توسط سلونوئید هسته هوا، به شدت افزایش می‌یابد. K نفوذپذیری نسبی آهن‌است که تعداد دفعات افزایش میدان مغناطیسی را نشان می‌دهد.
————————————————–
8- کاربردهای الکترومغناطیس
در رله‌ها برای تشخیص وضعیت خطا استفاده‌می‌شود. برای جداسازی مواد مغناطیسی از مواد غیر مغناطیسی استفاده‌می‌شود. اگر به طور تصادفی قطعات آهنربا در چشم بیفتد، با کمک یک الکترومگنت از چشم خارج‌می‌شود. جرثقیل حاوی الکترومگنت برای بلند کردن وسایل آهنی سنگین‌است.
لینک اصلی
مطالب مرتبط