Χρήσεις ηλεκτρομαγνητών

Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που αποτελείται από έναν μαγνητικό πυρήνα που περιβάλλεται από ένα πηνίο μέσω του οποίου μεταφέρεται ηλεκτρικό ρεύμα για να μαγνητίσει τον πυρήνα. Όποτε χρειάζονται ελεγχόμενοι μαγνήτες, όπως σε συσκευές όπου η μαγνητική ροή πρέπει να ρυθμιστεί, να αντιστραφεί ή να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί, χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνήτης.

Μαγνήτες

Οι μαγνήτες είναι υλικά που έχουν την ικανότητα να δημιουργούν μαγνητικό πεδίο στον χώρο γύρω τους. Αυτό το αόρατο μαγνητικό πεδίο μαγνητών είναι απαραίτητο για τις πολυάριθμες ιδιότητες του μαγνήτη.

Μαγνήτης είναι ένα αντικείμενο ή υλικό που δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο είναι μη ανιχνεύσιμο, αν και είναι υπεύθυνο για την πιο αξιοσημείωτη ιδιότητα ενός μαγνήτη:μια δύναμη που έλκει ή απωθεί άλλα σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος, ο χάλυβας, το νικέλιο, το κοβάλτιο και άλλα.

Τα παραπάνω είναι μερικές από τις πιο σημαντικές ιδιότητες των μαγνητών:

Τα τελικά σημεία του μαγνήτη έχουν δύο πόλους, που αναφέρονται ως βόρειος και νότιος πόλος.

Δύο πόλοι που είναι παρόμοιοι απωθούνται μεταξύ τους, ενώ δύο πόλοι που είναι ανόμοιοι ελκύουν ο ένας τον άλλον.

Εάν ένας μαγνήτης επιτρέπεται να κινείται στην ατμόσφαιρα, δείχνει πάντα βορρά-νότο.

Η μαγνητική δύναμη του μαγνήτη έλκει σιδηρομαγνητικά στοιχεία όπως ο σίδηρος, ο χάλυβας, το νικέλιο και άλλα.

Εάν ένας μαγνήτης έρθει σε επαφή με σιδηρομαγνητικό υλικό ή γεμίσματα, τα γεμίσματα έλκονται στους ακραίους πόλους και συσσωματώνονται.

Ηλεκτρομαγνητισμός

Η τεχνική της δημιουργίας ενός μαγνητικού πεδίου με την εισαγωγή ρεύματος σε έναν αγωγό αναφέρεται ως ηλεκτρομαγνητισμός. Κάθε φορά που ένας αγωγός φορτίζεται ηλεκτρικά, παράγει μαγνητικές γραμμές δύναμης. Αυτός είναι ο λόγος που τα ηλεκτρόνια συνδέονται με τον πυρήνα και είναι υπεύθυνα για τη δομή του πυρήνα στο σύνολό του.

Τύποι μαγνητών 

Υπάρχουν τρεις τύποι μαγνητών γενικά:

Προσωρινοί μαγνήτες

Οι προσωρινοί μαγνήτες είναι μαγνήτες που μαγνητίζονται εάν έρθουν σε επαφή με το μαγνητικό πεδίο του μαγνήτη και στη συνέχεια χάνουν τις μαγνητικές τους ιδιότητες όταν αφαιρεθεί το μαγνητικό πεδίο. Οι προσωρινοί μαγνήτες περιλαμβάνουν πράγματα όπως σιδερένια καρφιά και συνδετήρες.

Μόνιμοι μαγνήτες

Ένας μόνιμος μαγνήτης είναι ένα αντικείμενο που αποτελείται από μαγνητισμένα υλικά που παράγει ένα μαγνητικό πεδίο που διαρκεί. Αυτός ο μαγνήτης διατηρεί τον μαγνητισμό και τα μαγνητικά του χαρακτηριστικά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Μπορεί να δημιουργηθεί με διάφορους τρόπους. Το σίδερο μπορεί να σφυρηλατηθεί συνεχώς με κατεύθυνση βορρά-νότου.

Η καμπύλη υστέρησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιλογή του υλικού μόνιμου μαγνήτη. Το υλικό ενός μόνιμου μαγνήτη πρέπει να έχει τόσο υψηλή ικανότητα συγκράτησης όσο και υψηλή καταναγκαστική ικανότητα, έτσι ώστε η μαγνήτιση να μην χάνεται λόγω αδέσποτων μαγνητικών πεδίων, διακυμάνσεων θερμοκρασίας ή μηχανικής βλάβης. Επιπλέον, το υλικό πρέπει να έχει υψηλή διαπερατότητα. Λόγω της χαμηλής ικανότητας συγκράτησης και της υψηλής διαπερατότητάς του, ο χάλυβας είναι το πιο χρησιμοποιούμενο υλικό για μόνιμους μαγνήτες. Εφόσον οι μόνιμοι μαγνήτες δεν χάνουν τα μαγνητικά τους χαρακτηριστικά αφού μαγνητιστούν, χρησιμοποιούνται ευρέως.

Ηλεκτρομαγνήτες 

Οι ηλεκτρομαγνήτες σχηματίζονται κάθε φορά που ένα μεταλλικό σύρμα τυλίγεται γύρω από έναν μαλακό σιδερένιο πυρήνα και δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στο περιβάλλον του λόγω της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος. Με την αλλαγή του ηλεκτρικού ρεύματος, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου μπορεί να μεταβληθεί.

Εάν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει τον πυρήνα, παράγει μαγνητικό πεδίο, αλλά εάν δεν διαρρέει ηλεκτρικό ρεύμα, χάνει το μαγνητικό του πεδίο. Οι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα με την περιέλιξη ενός πηνίου από μεταλλικό σύρμα (όπως ο χαλκός) γύρω από έναν μαλακό πυρήνα σιδήρου. Όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα, λειτουργεί σαν μαγνήτης.

Τύποι ηλεκτρομαγνητών 

Οι ηλεκτρομαγνήτες ταξινομούνται σε τρεις κατηγορίες:

Ανθεκτικό 

Με τα χάλκινα καλώδια, οι μαγνήτες με αντίσταση μπορούν να δημιουργήσουν μαγνητικό πεδίο, ωστόσο είναι ασθενές μαγνητικό πεδίο.

Υπεραγωγοί

Μειώνοντας την ηλεκτρική αντίσταση, οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες μπορεί να δημιουργήσουν μαγνητικό πεδίο.

Υβριδικό 

Οι ανθεκτικοί και υπεραγώγιμοι μαγνήτες συνδέονται σε υβριδικούς ηλεκτρομαγνήτες.

Πλεονεκτήματα των ηλεκτρομαγνητών 

Οι ηλεκτρομαγνήτες παρέχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα, με μερικά από τα πιο σημαντικά που αναφέρονται παρακάτω:

Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου μπορεί να μεταβληθεί χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο είναι το κύριο πλεονέκτημα των ηλεκτρομαγνητών.

Οι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν καθώς το ηλεκτρικό ρεύμα ενεργοποιείται και απενεργοποιείται.

Αλλάζοντας την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος, οι πόλοι των ηλεκτρομαγνητών μπορούν να αλλοιωθούν.

Είναι ένας πιο ισχυρός μαγνήτης που μπορεί να χειριστεί τεράστια ρεύματα.

Χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε βιομηχανικές εφαρμογές λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του.

Μειονεκτήματα των ηλεκτρομαγνητών 

Τα παρακάτω είναι μερικά από τα πιο σημαντικά μειονεκτήματα των ηλεκτρομαγνητών:

Χρειάζεται πολύ ηλεκτρικό ρεύμα.

Ζεσταίνονται αρκετά γρήγορα.

Μπορεί πραγματικά να αποθηκεύσει πολλή ενέργεια στο μαγνητικό του πεδίο και στη συνέχεια να την απελευθερώσει όταν διακοπεί η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.

Χρήσεις ηλεκτρομαγνητών 

Οι διακόπτες ελέγχου στα ρελέ χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνήτες.

Το χρησιμοποιούν μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας.

Τα συστήματα πρόωσης διαστημικών σκαφών χρησιμοποιούν αυτό το υλικό.

Χρησιμοποιείται στη διαδικασία μαγνητικού διαχωρισμού.

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες και οι γεννήτριες χρησιμοποιούν αυτό το υλικό.

Εφαρμογές του Ηλεκτρομαγνητισμού

Οι ηλεκτρομαγνήτες προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Ακολουθεί μια επισκόπηση των αρχών λειτουργίας ορισμένων από τις πιο βασικές συσκευές σε μερικούς βασικούς τομείς εφαρμογής:επικοινωνίες, έρευνα, ηλεκτρική βιομηχανία και μαγνητική εγγραφή.

Το ρελέ καλαμιού χρησιμοποιείται σε σύγχρονα τηλεφωνικά δίκτυα, μαζί με κυκλώματα στερεάς κατάστασης για εξελιγμένη δρομολόγηση συνδέσεων. Ο τηλεφωνικός δέκτης είναι ουσιαστικά ένας ηλεκτρομαγνήτης με τυλιγμένο ζυγό σε σχήμα U με πηνία σε κάθε πόδι. Η μαγνητική έλξη ενός διαφράγματος από μαλακό σίδηρο που υποστηρίζεται σε μικρή απόσταση από τα άκρα του U προκαλείται από το ηλεκτρικό σήμα που διέρχεται από τα πηνία.

Τα μαγνητικά πεδία είναι ένα σημαντικό ερευνητικό εργαλείο που χωρίς τη σύγχρονη φυσική δεν θα είχε προχωρήσει όσο έχει προχωρήσει. Η αλληλεπίδραση των μαγνητικών πεδίων και των φορτισμένων υποατομικών σωματιδίων είναι μια εξέχουσα περιοχή εφαρμογής. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα κινούμενο σωματίδιο που περιέχει ένα φορτίο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, και δέχεται μια δύναμη σε ένα μαγνητικό πεδίο, παρόμοια με ένα σύρμα που μεταφέρει ρεύμα.

Καθώς οι πληροφορίες υπολογιστή αποτελούνται από μια σειρά ηλεκτρικών παλμών ομοιόμορφου πλάτους, είναι ιδιαίτερα εύκολο να αποθηκευτούν σε μαγνητικά μέσα. Οι απαιτήσεις υλικού της κασέτας είναι λιγότερο αυστηρές από αυτές για την εγγραφή ήχου, με το πιο σημαντικό στοιχείο να είναι ότι δεν απομαγνητίζεται απροσδόκητα. Πολλοί υπολογιστές χρησιμοποιούν τώρα δίσκους μαγνητικού κράματος που περιστρέφονται κάτω από την κεφαλή εγγραφής για να αντικαταστήσουν την αποθήκευση κασέτας.

Διαδικασία απενεργοποίησης ηλεκτρομαγνήτη

Το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει έναν ηλεκτρομαγνήτη είναι πανομοιότυπο με αυτό που περιβάλλει έναν μαγνήτη ράβδου. Είναι, ίσως, δυνατό να διορθωθεί η κατάσταση απλώς αναποδογυρίζοντας την μπαταρία. Παρά τους μόνιμους μαγνήτες όπως οι μαγνήτες ράβδων, ο μαγνητισμός των ηλεκτρομαγνητών μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί απλά κλείνοντας ή ανοίγοντας τον διακόπτη.

Συμπέρασμα

Μαγνήτης είναι μια ουσία ή αντικείμενο που δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μη ανιχνεύσιμο μαγνητικό πεδίο είναι υπεύθυνο για την πιο αξιοσημείωτη ιδιότητα του μαγνήτη:να προσελκύει ή να απωθεί άλλα σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος, ο χάλυβας, το νικέλιο, το κοβάλτιο και άλλα. Εάν ένα μεταλλικό σύρμα τυλίγεται γύρω από έναν μαλακό σιδερένιο πυρήνα και δημιουργείται μαγνητικό πεδίο κοντά του λόγω της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος, δημιουργούνται ηλεκτρομαγνήτες. Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας το ηλεκτρικό ρεύμα.