Kuinka rakentaa sähkömagneettisen kentän generaattori

Sisältö

• vinkkejä
• EMF-generaattorien fysiikka
• EMF-generaattoreiden magneettikenttä
• Muut EMF-generaattorit
• Sähkömagneetti käyttö

Sähkömagneettisia ilmiöitä on kaikkialla matkapuhelimiesi akkuista satelliitteihin, jotka lähettävät tiedot takaisin Maahan. Voit kuvata sähkön käyttäytymistä sähkömagneettisten kenttien kautta, alueita esineiden ympärillä, jotka vaikuttavat sähkö- ja magneettisiin voimiin, jotka molemmat ovat osa samaa sähkömagneettista voimaa.

Koska sähkömagneettista voimaa löytyy niin monista arjen sovelluksista, voit jopa rakentaa sellaisen käyttämällä akkua ja talon ympärillä olevia muita esineitä, kuten kuparilankaa tai metallinaulaa, osoittaaksesi nämä ilmiöt fysiikassa itsellesi.

vinkkejä

Rakennus sähkömagneettisen kentän (emf) generaattori vaatii kuparijohtimen (spiraalin tai spiraalin muodon) solenoidikelan, metalliesineen, kuten rautakynnen (kynsien generaattorille), eristävän vaijerin ja jännitelähteen (kuten akun tai elektrodit) sähkövirtojen lähettämiseksi.

Voit valinnaisesti käyttää metallisia paperiliittimiä tai kompassia seuraamaan emf-vaikutusta. Jos metalliesine on ferromagneettinen (kuten rauta), materiaali, joka voidaan helposti magnetoida, se on paljon, paljon tehokkaampi.

EMF-generaattorien fysiikka

Sähkömagneetismi, yksi neljästä luonnon perusvoimasta, kuvaa, kuinka sähkövirran aiheuttamasta sähkömagneettisesta kentästä syntyy.

Kun sähkövirta virtaa langan läpi, magneettikenttä kasvaa langan käämien myötä. Tämä antaa enemmän virtaa kulkea pienemmän etäisyyden läpi tai pienemmillä reiteillä, jotka ovat lähempänä metallinaulaa. Kun virta virtaa langan läpi, sähkömagneettinen kenttä on pyöreä langan ympärillä.

••• Syed Hussain Ather

Kun virta virtaa langan läpi, voit osoittaa magneettikentän suunnan käyttämällä oikeanpuoleista sääntöä. Tämä sääntö tarkoittaa, että jos asetat oikean peukalosi johtimien virran suuntaan, sormet taipuvat magneettikentän suuntaan. Nämä nyrkkisäännöt voivat auttaa sinua muistamaan näiden ilmiöiden suunnan.

••• Syed Hussain Ather

Oikeanpuoleinen sääntö koskee myös metalliesineen ympärillä olevan virran solenoidimuotoa. Kun virta kulkee silmukoissa johtimen ympäri, se synnyttää magneettikentän metalli- naulaan tai muuhun esineeseen. Tämä luo sähkömagneetti joka häiritsee kompassin suuntaa ja voi houkutella siihen metallisia paperiliittimiä. Tämäntyyppinen sähkömagneettisen kentän säteilijä toimii eri tavalla kuin kestomagneetit.

Toisin kuin kestomagneetit, sähkömagneetit tarvitsevat niiden läpi sähkövirran antaakseen magneettikentän käytöksi. Tämän avulla tutkijat, insinöörit ja muut ammattilaiset voivat käyttää niitä monenlaisiin sovelluksiin ja hallita niitä tiukasti.

EMF-generaattoreiden magneettikenttä

Induktoidun virran magneettikenttä sähkömagneetin solenoidimuodossa voidaan laskea B = μ₀ n l jossa B on magneettikenttä Teslasissa, μ₀ (lausutaan "mu naught") on vapaan tilan (vakioarvo 1,257 x 10) läpäisevyys^-6), l on metalliesineen pituus kentän suuntaisesti ja n on silmukoiden lukumäärä sähkömagneetin ympärillä. Käyttämällä Amperes-lakia, B = μ__₀ I / l , voit laskea valuutan_t I_ (ampeereina).

Nämä yhtälöt riippuvat läheisesti solenoidin geometriasta, jolloin langat kietoutuvat mahdollisimman lähelle metallinaulaa. Muista, että virran suunta on elektronien virtausta vastapäätä. Tämän avulla voit selvittää, kuinka magneettikentän tulisi muuttua, ja tarkistaa muuttuuko kompassin neula laskettaessa tai määritettäessä oikeanpuoleista sääntöä.

Muut EMF-generaattorit

••• Syed Hussain Ather

Amperes-lainmuutos riippuu emf-generaattorin geometriasta. Toroidisen, munkkimaisen sähkömagneetin tapauksessa kenttä B = μ₀ n I / (2 π r) varten n silmukoiden lukumäärä ja R säde metalli esineiden keskeltä keskustaan. Ympyrän kehä (2 π r) nimittäjessä heijastaa magneettikentän uutta pituutta, joka on ympyränmuotoinen koko toroidin alueella. Emf-generaattorien muodot antavat tutkijoille ja insinööreille vallan käytön.

Toroidimuotoja käytetään muuntajissa, ja niiden ympärille kierretyissä keloissa käytetään eri kerroksia siten, että kun sen läpi indusoidaan virta, sen seurauksena syntyvä emf ja virta siirtävät voiman eri käämien välillä. Muoto antaa sille käyttää lyhyempiä käämejä, jotka vähentävät vastushäviöitä tai häviöitä virtojen käämitystavasta johtuen. Tämä tekee toroidimuuntajista tehokkaita energiankulutuksessa.

Sähkömagneetti käyttö

Sähkömagneetit voivat kattaa suuren määrän sovelluksia teollisuuskoneista, tietokonekomponenteista, suprajohtavuudesta ja tieteellisestä tutkimuksesta. Suprajohtavilla materiaaleilla ei käytännössä saavuteta mitään sähkövastetta hyvin matalissa lämpötiloissa (lähellä 0 kelviniä), joita voidaan käyttää tieteellisissä ja lääketieteellisissä laitteissa.

Tähän sisältyy magneettikuvaus (MRI) ja hiukkaskiihdyttimet. Solenoideja käytetään tuottamaan magneettikenttiä pistematriisierit, polttoaineen ruiskuttimet ja teollisuuskoneet. Erityisesti toroidimuuntajilla on käyttötapoja lääketieteessä myös niiden tehokkuuden kannalta lääketieteellisten laitteiden luomisessa.

Sähkömagneetteja käytetään myös musiikillisissa laitteissa, kuten kaiuttimissa ja kuulokkeissa, voimanmuuntajissa, jotka lisäävät tai vähentävät virtajännitettä voimalinjoilla, induktiolämmityksessä ruoanlaittoon ja valmistukseen sekä jopa magneettierottimissa magneettisten materiaalien lajitteluun romumetallista. Lämmityksen ja ruoanlaiton induktio riippuu erityisesti siitä, kuinka sähkömoottorivoima tuottaa virran vasteena magneettikentän muutokselle.

Lopuksi, maglev-junat käyttävät voimakasta sähkömagneettista voimaa vetääkseen junan radan yläpuolelle ja suprajohtavat sähkömagneetit kiihdyttämään suurille nopeuksille nopeilla, tehokkailla nopeuksilla. Näiden käyttötarkoitusten lisäksi löydät myös sähkömagneetteja, joita käytetään sovelluksissa, kuten moottorit, muuntajat, kuulokkeet, kaiuttimet, nauhurit ja hiukkaskiihdyttimet.