המאמר מתאר מהו אלקטרומגנט, לפי איזה עיקרון הוא מסודר, ובאילו אזורים משתמשים בסוג זה של מגנט.
Magnetism
ככל הנראה אחת התגובות הפיזיות המדהימות אך הפשוטות ביותר היא מגנטיות. לפני יותר משלושת אלפים שנה, מדענים רבים מיוון העתיקה וסין הכירו את התכונות החריגות של "אבנים מגנטיות".
בתקופתנו לא תפתיע אף אחד עם מגנטים, אפילו החזקים שבהם - על בסיס ניאודימיום. הם נמכרים לעתים קרובות כתכשיטים או שניתן למצוא אותם בתוך מכשירים ומנגנונים שונים. עם זאת, מעטים האנשים יודעים כמה חשובה המגנטיות להתקדמות מדעית וטכנולוגית.
אבל בתחילת המאה ה-19 נוצר מכשיר כמו אלקטרומגנט. אז מהו אלקטרומגנט, איך הוא עובד ואיפה משתמשים בו? נדבר על זה במאמר זה.
הגדרה
אלקטרומגנט הוא מכשיר מיוחד שפעולתו יוצרת שדה מגנטי כאשר מופעל עליו זרם חשמלי. לרוב, אלקטרומגנטים מורכבים מפיתול ראשי וליבה בעלת תכונות פרומגנטיות.
הפיתול עשוי בדרך כלל מחוטי נחושת או אלומיניום שוניםעובי, מכוסה בהכרח בבידוד. אבל יש גם אלקטרומגנטים העשויים מחומרים מוליכים. המעגלים המגנטיים עצמם עשויים מפלדה, סגסוגות ברזל ניקל או ברזל יצוק. וכדי למזער את הפסדי זרם המערבולת, מעגלים מגנטיים עשויים מבנית מסט שלם של יריעות דקות. עכשיו אנחנו יודעים מה זה אלקטרומגנט. בואו נסתכל מקרוב על ההיסטוריה של המכשיר השימושי הזה.
היסטוריה
יוצר האלקטרומגנט הוא וויליאם סטרג'ון. זה היה זה שב-1825 יצר את המגנט הראשון שכזה. מבחינה מבנית, המכשיר היה חתיכת ברזל גלילית שסביבה נכרך חוט נחושת מבודד עבה. ברגע שהועבר דרכו זרם חשמלי, רכש מוט המתכת תכונות של מגנט. וכאשר זרימת הזרם הופסקה, המכשיר איבד מיד את כל המגנטיות. איכות זו - הפעלה וכיבוי במידת הצורך - היא המאפשרת שימוש באלקטרומגנטים במספר תחומים טכנולוגיים ותעשייתיים.
שקלנו את השאלה מהו אלקטרומגנט. עכשיו בואו נסתכל על הסוגים העיקריים שלו. הם מחולקים בהתאם לשיטת יצירת שדה מגנטי. אבל הפונקציה שלהם נשארת זהה.
צפיות
אלקטרומגנטים הם מהסוגים הבאים:
- Neutral DC. במכשיר כזה, השטף המגנטי נוצר באמצעות זרם חשמלי ישיר העובר דרך הפיתול. המשמעות היא שכוח המשיכה של אלקטרומגנט כזה משתנה בהתאם לגודלזרם, ולא מכיוון שלו בפיתול.
- Polarized DC. פעולתו של אלקטרומגנט מסוג זה מבוססת על נוכחותם של שני שטפים מגנטיים בלתי תלויים. אם אנחנו מדברים על קיטוב, אז הנוכחות שלו נוצרת בדרך כלל על ידי מגנטים קבועים (במקרים נדירים, אלקטרומגנטים נוספים), והוא נחוץ כדי ליצור כוח משיכה כאשר הפיתול כבוי. והפעולה של אלקטרומגנט כזה תלויה בגודל ובכיוון של הזרם החשמלי שנע בפיתול.
- AC. במכשירים כאלה, סליל האלקטרומגנט מופעל באמצעות זרם חילופין. בהתאם לכך, עם מחזוריות מסוימת, השטף המגנטי משנה את כיוונו וגודלו. וכוח המשיכה משתנה רק בגודלו, ולכן הוא "פועם" מערך מינימלי למקסימום בתדר שכפול מתדירות הזרם החשמלי שמזין אותו.
כבר הכרנו את הסוגים שלהם. עכשיו שקול דוגמאות לשימוש באלקטרומגנטים.
Industry
כנראה כולם לפחות פעם אחת, אבל ראו מגוון של מכשיר כזה כמו אלקטרומגנט מרים. מדובר ב"פנקייק" עבה בקטרים שונים, בעל כוח משיכה עצום ומשמש לנשיאת מטען, גרוטאות מתכת ובכלל כל מתכת אחרת. הנוחות שלו טמונה בעובדה שמספיק לכבות את החשמל - וכל העומס מתנתק מיד, ולהיפך. זה מפשט מאוד את תהליך הטעינה והפריקה.
כוחאלקטרומגנט, אגב, מחושב לפי הנוסחה הבאה: F=40550∙B^2∙S. בואו נשקול את זה ביתר פירוט. במקרה זה, F הוא הכוח בקילוגרמים (ניתן למדוד גם בניוטון), B הוא ערך האינדוקציה, ו-S הוא שטח משטח העבודה של המכשיר.
Medicine
כבר בסוף המאה ה-19 נעשה שימוש באלקטרומגנטים ברפואה. דוגמה אחת כזו היא מכשיר מיוחד שיכול להסיר גופים זרים (שבבי מתכת, חלודה, אבנית וכו') מהעין.
ובזמננו, אלקטרומגנטים נמצאים בשימוש נרחב גם ברפואה, וכנראה שאחד מהמכשירים האלה שכולם שמעו עליהם הוא MRI. הוא פועל על בסיס תהודה גרעינית מגנטית, ולמעשה, הוא אלקטרומגנט ענק וחזק.
טכניקה
כמו כן, מגנטים דומים משמשים בטכניקות שונות ובאלקטרוניקה, ובתחום הביתי, למשל, כמנעולים. מנעולים כאלה נוחים כי הם מאוד מהירים וקלים לשימוש, אך יחד עם זאת מספיקים לנטרל את המבנה בשעת חירום - וכולם ייפתחו, וזה מאוד נוח במקרה של שריפה.
וכמובן, פעולת כל הממסרים מבוססת על עקרונות האלקטרומגנטיות.
כפי שאתה יכול לראות, זהו מכשיר חשוב מאוד שמצא יישום בתחומים שונים של מדע וטכנולוגיה.
