Электромагнит - искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения электрического тока по охватывающей его обмотке, т.е. при пропускании тока через катушку помещенный внутри нее сердечник приобретает свойства естественного магнита.
Область применения электромагнитов очень обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях. Наиболее часто электромагниты и соленоиды используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза.
Так, например, грузоподъемный электромагнит является очень удобным, производительным и экономичным механизмом: для закрепления и освобождения транспортируемого груза не требуется обслуживающий персонал. Достаточно положить электромагнит на перемещаемый груз и включить электрический ток в катушку электромагнита и груз притянется к электромагниту, а для освобождения от груза необходимо лишь отключить ток.
Конструкция электромагнита легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками?
Как работает электромагнит (теория)
Если по проводнику протекает электрический ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле. Так как ток может течь только тогда, когда цепь замкнута, то проводник должен представлять собой замкнутый контур, как, например, круг, который является простейшим замкнутым контуром.
Раньше проводником, свернутым в круг, часто пользовались для наблюдения действия тока на магнитную стрелку, помещенную в его центре. В этом случае стрелка находится на равном расстоянии от всех частей проводника, благодаря чему легче можно наблюдать действие тока на магнит.
Чтобы усилить действие электрического тока на магнит, можно прежде всего увеличить ток. Однако, если обогнуть проводник, по которому протекает какой-то ток, два раза вокруг охватываемого им контура, то действие тока на магнит удвоится.
Таким образом можно во много раз увеличить это действие, огибая проводник соответствующее число раз вокруг данного контура. Получающееся при этом проводящее тело, состоящее из отдельных витков, число которых может быть произвольным, называется катушкой.
Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник . Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.
Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:
F=40550∙B 2 ∙S,
где F - сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B - индукция, Тл; S - площадь сечения электромагнита, м2.
То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:
Здесь U0 - магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U - магнитная проницаемость среды, N/L - число витков на единицу длины соленоида, I - сила тока.
Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника - средой является воздух.
Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.
В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.
Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!
Всё что нужно запомнить для начала - это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит , а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.
Практика
Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.
Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного - нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером - будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.
Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.
В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.
10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:
1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.
2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество - магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.
3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле - R=p*L/S
4. Если ток будет слишком большим - катушка сгорит
5. При постоянном токе - ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.
6. При работе на переменном токе - электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты - для уменьшения потерь и токов Фуко.
7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.
8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.
9. Сердечники электромагнитов постоянного тока
10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.
3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике
Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит - использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник - болт или гвоздь.
Второй вариант - использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах - реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать - снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.
Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки , они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.
Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, .
Когда электричество идет по проводу, оно создает вокруг себя магнетизм. Чтобы его усилить, ты можешь либо свернуть провод спиралью, либо намотать витки вокруг чего-нибудь, сделанного из стали или железа, либо увеличить количество витков или увеличить электрический поток – а можешь сделать все вместе. Сегодня мы займемся проведением интересного опыта, и сделаем самый настоящий электромагнит.
Чтобы собрать электромагнит, тебе потребуется
Новая батарейка типа С
Примерно 1м тонкого провода в пластмассовом изоляционном покрытии
Большой, толстый стальной шуруп длиной около 8 см
Кусачки или старые ножницы
Клейкая лента (по желанию)
Металлические скрепки для бумаги
Собираем электромагнит
1. Сними изоляцию с концов провода, чтобы оголить достаточную длину проволоки, чтобы можно было прикрепить ее к контактам батарейки.
2. Отступи примерно на 10 см, а затем начни наматывать провод на шуруп и сделай около двадцати плотных, близких друг к другу оборотов вокруг него. Начав с одного конца и двигаясь к противоположному.
3. Если захочешь, можешь закрепить витки на месте клейкой лентой.
4. Продолжай наматывать провод на шуруп поверх предыдущего ряда, продвигаясь обратно к тому концу, с которого начали.
5. Просмотри, сколько скрепок притянется к концу шурупа до и после того, как ты присоединишь зачищенные концы провода к батарейке.
Постарайся подключать батарейку каждый раз только на пять или шесть секунд, иначе ее заряд быстро закончится. Чтобы сделать еще более сильный электромагнит, можешь использовать девяти вольтовою батарейку.
А ты знаешь?
Чистое железо теряет свои магнитные свойства при отсоединении от батарейки, а сталь остается намагниченной. Шуруп, возможно, останется слабым магнитом после окончания опыта.
Ты можешь изучить еще несколько увлекательных и любопытных опытов на других страницах раздела. Например, ты можешь создать , соорудить , вырастить
На сегодняшний день, электромагниты используются в огромном количестве устройств и приборов. Электробритвы, магнитофон, дверной звонок - и это малая часть тех приборов, где он установлен.
Устройство электромагнита достаточно простое, и в этой статье я постараюсь объяснить его принцип работы и покажу вам как сделать самодельный электромагнит.
Электромагнит это такое устройство, которое создает магнитное поле при прохождении через него тока. Если взять обычный провод и присоединить один его конец к плюсу батарейки, а второй конец к минусу, то вокруг провода образуется магнитное поле. Правда оно будет очень слабым, для того чтобы его усилить, провод необходимо согнуть спиралью. В этом случае, витки провода находятся близко друг к другу и магнитное поле становится сильнее.
Чем больше количество витков и чем больше сила тока - тем сильнее будет притягивать электромагнит. Еще больше усилить магнитное поле можно намотав провод на железный стержень.
Самодельный электромагнит можно сделать из обычного гвоздя, провода и батарейки. Для большего удобства добавьте в список изоленту.
Для намотки я использовал медный одножильный провод, диаметром около миллиметра. Отложите от края пару сантиметров и начните наматывать провод на гвоздь.
При необходимости поправляйте намотку, чтобы каждый виток плотно прилегал к предыдущему, так сила электромагнита будет больше.
Закончив намотку, отложите еще сантиметров 7-10 и обрежьте провод. Затем примотайте батарейку с помощью изоленты. Верхний конец провода провода изогните таким образом, чтобы он постоянно касался полюса батарейки.
Теперь, взяв электромагнит в руку и замыкая нижний конец провода на плюс батарейки, вы увидите что металлические предметы будут притягиваться к гвоздю. Самодельный электромагнит работает!
Электромагнит – это магнит, который в основе своей работы использует электричество. Его сила может изменяться под действием количества тока, которое через него протекает, а полюса магнита можно менять с помощью изменения направления потока электричества. При этом, электромагнит работает в результате создания магнитного поля проходящим током.
Сделать электромагнит в домашних условиях довольно-таки просто. Для этого вам нужен железный сердечник (в форме прута) и медная проволока, которую обматывают вокруг сердечника. Подключив медную обмотку к батарейке, железо начнет намагничиваться. Отключив батарейку, сердечник потеряет магнетизм.
Вам понадобиться:
- Железный гвоздь (15-20 см.);
- Изолированный медный провод (около 3-х метров);
- Аккумулятор или несколько батареек;
- Соединительные провода;
- Изолента.
Зачистите концы медного провода, сняв изоляцию. Подключите к ним батарейки с помощью соединительных проводов.
Намотайте медную проволоку вокруг гвоздя. При этом помните, что чем больше витков вы сделаете вокруг «сердечника», тем сильнее магнит вы получите. Будь осторожны, не изолированная часть медной проволоки не должна соприкасаться с гвоздем.
Намотку следует делать в одном направлении, ведь от этого зависит направление магнитного поля. Если вы сделаете 2 обмотки в разном направлении, вы уменьшите суммарное магнитное поле, а значит и силу магнита.
Подсоедините концы медной обмотки к батарее (аккумулятору или батарейкам), заизолировав «голые» участки изолентой. Если вы сделали все правильно, ваш магнит заработает. При смене полярности подключения обмотки к батарее, вы смените полярность вашего магнита, но не качество его работы.
Если вы хотите увеличить силу вашего магнита, вам следует сделать больше витков обмотки вокруг стержня. Следует также учесть, что чем дальше новые витки будут от стержня, тем меньше влияние они будут оказывать на силу магнитного поля. Будьте осторожны, при увеличении тока, часть тепла будет отдаваться изоляционной обмотке, что может расплавить ее и «закоротить» саму обмотку. Испытывайте разные сердечники, изменяя материал, габариты. Проверить годиться ли материал для магнитного сердечника можно легко. Поднесите к нему обычный («постоянны») магнит, если будет притягиваться – смело используйте в качестве стержня.
Электромагнит – это магнит, который работает (создаёт магнитное поле) только при протекании через катушку электрического тока. Чтобы сделать мощный электромагнит, нужно взять магнитопровод и обмотать его медной проволокой и просто пропустить ток по этой проволоке. Магнитопровод начнет намагничиваться катушкой и начнет притягивать железные предметы. Хотите мощный магнит – поднимайте напряжение и ток, экспериментируйте. А чтобы не мучится и не собирать магнит самому, можно просто достать катушку с магнитного пускателя (они бывают разные, на 220В/380В). Достаете эту катушку и внутрь вставляем кусок любой железяки (например, обычный толстый гвоздь) и включаем в сеть. Вот это будет по-настоящему не плохой магнит. А если у вас нет возможности достать катушку с магнитного пускателя, то сейчас рассмотрим, как сделать электромагнит самому.
Для сборки электромагнита вам понадобятся проволока, источник постоянного тока и сердечник. Теперь берем наш сердечник и мотаем медную проволоку на него (лучше виток витку, а не в навал – увеличится коэффициент полезного действия). Если хотим сделать мощный электро магнит, то мотаем в несколько слоев, т.е. когда намотали первый слой, переходим во второй слой, а потом мотаем третий слой. При намотке учитывайте, что то, что вы намотаете, эта катушка имеет реактивное сопротивление, и при протекании через эту катушку будет проходить меньший ток при большом реактивном сопротивлении. Но тоже учитывайте, нам нужен и важен ток, потому, что мы будем током намагничивать сердечник, который служит в качестве электро магнита. Но большой ток сильно будет нагревать катушку, по которой протекает ток, так что соотнесите эти три понятия: сопротивление катушки, ток и температура.
При намотке провода выберите оптимальную толщину медной проволоки (где-то 0,5 мм). А можете и поэкспериментировать, учитывая, что чем меньше сечение проволоки, тем больше будет реактивное сопротивление и соответственно ток протекать будет меньший. Но если вы будите мотать толстым проводом (примерно 1мм), было бы не плохо, т.к. чем толще проводник, тем сильнее магнитное поле вокруг проводника и плюс ко всему будет протекать больший ток, т.к. реактивное сопротивление будет меньше. Так же ток будет зависеть и от частоты напряжения (если от переменного тока). Так же стоит сказать пару слов о слоях: чем больше слоев, тем больше магнитное поле катушки и тем сильнее будет намагничивать сердечник, т.к. при наложении слоев магнитные поля складываются.
Хорошо, катушку намотали, и сердечник внутрь вставили, теперь можно приступить к подаче напряжения на катушку. Подаем напряжение и начинаем увеличивать его (если у вас блок питания с регулировкой напряжения, то плавно поднимайте напряжение). Следим при этом чтобы наша катушка не грелась. Подбираем напряжение такое, чтобы при работе катушка была слегка теплой или просто теплой – это будет номинальный режим работы, а так же можно будет узнать номинальный ток и напряжение, замерив на катушке и узнать потребляемую мощность электромагнита, перемножив ток и напряжение.
Если вы собираетесь включать от розетки 220 вольт электромагнит, то вначале обязательно измерьте сопротивление катушки. При протекании через катушку тока в 1 Ампер сопротивление катушки должно быть 220 ом. Если 2 Ампера, то 110 Ом. Вот как считаем ТОК=напряжение/сопротивление= 220/110= 2 А.
Все, включили устройство. Попробуйте поднести гвоздик или скрепку – она должна притянуться. Если плохо притягивается или очень плохо держится, то домотайте слоев пять медной проволки: магнитное поле увеличится и сопротивление увеличится, а если сопротивление увеличится, то номинальные данные электро магнита изменятся и нужно будет перенастроить его.
Если хотите увеличить мощность магнита, то возьмите подковообразный сердечник и намотайте провод на две стороны, таким образом получится манит-подкова состоящий из сердечника и 2-ух катушек. Магнитные поля двух катушек сложатся, а значит, магнит в 2 раза будет работать мощнее. Большую роль играет диаметр и состав сердечника. При малом сечении получится слабый электромагнит, хоть если мы и подадим высокое напряжение, а вот если увеличим сечение сердечка, то у нас выйдет не плохой электромагнит. Да если еще сердечник будет из сплава железа и кобальта (этот сплав характеризуется хорошей магнитной проводимостью), то проводимость увеличится и за счет этого сердечник будет лучше намагничиваться полем катушки.
