Elektromagnes
W tej lekcji1/12
Na złomowisku wielki dźwig podjeżdża nad wrak samochodu, opuszcza płaski krążek — i auto samo skacze do góry. Dźwig przenosi je nad stertę blach, operator naciska guzik i samochód z hukiem spada. Spróbuj tego zwykłym magnesem: przykleisz auto i już go nie odczepisz. Zobaczmy, jak zrobić magnes, który da się wyłączyć.
Punkt wyjścia: pole jednego drutu
Z poprzedniej lekcji wiesz, że wokół każdego przewodnika z prądem powstaje pole magnetyczne. Wokół jednego prostego drutu jest ono jednak tak słabe, że nie podniesie nawet spinacza.
Zwojnica, czyli pola zwojów się dodają
Zwiń przewód, a pole urośnie. Zwiń drut w wiele zwojów obok siebie, wszystkie w tę samą stronę — powstanie zwojnica. W jej wnętrzu pola kolejnych zwojów są skierowane zgodnie, więc się dodają: sto zwojów daje pole około sto razy silniejsze niż jeden drut.
Zwojnica ma bieguny jak magnes sztabkowy
Na zewnątrz zwojnica z prądem wygląda jak sztabka. Jeden jej koniec jest biegunem północnym , drugi południowym — igła kompasu ustawia się przy niej tak samo jak przy magnesie sztabkowym. Odwróć bieguny baterii, a prąd popłynie w drugą stronę i bieguny zwojnicy zamienią się miejscami.
Rdzeń, czyli domeny dokładają swoje pole
Wsuń w zwojnicę gwóźdź, a pole skoczy kilkadziesiąt razy. W stali są domeny — maleńkie magnesiki, w zwykłym gwoździu ustawione chaotycznie. Pole zwojnicy porządkuje je i ustawia równo, więc gwóźdź sam staje się magnesem i dokłada swoje pole do pola zwojnicy.
Zwojnica z takim rdzeniem to elektromagnes.
Od czego zależy siła elektromagnesu
Trzy pokrętła i tyle. Każde z nich osobno wzmacnia elektromagnes:
Jak zbudować elektromagnes z gwoździa
- 1
Przygotuj duży stalowy gwóźdź, około 2 metry cienkiego drutu miedzianego w izolacji, płaską baterię 4,5 V i garść spinaczy do papieru. Gwóźdź będzie rdzeniem, drut — zwojnicą.
- 2
Nawiń drut ciasno na gwóźdź, zwój przy zwoju, cały czas w tę samą stronę. To najważniejszy warunek: zwoje nawinięte raz w prawo, raz w lewo znoszą swoje pola i elektromagnes nie zadziała. Zostaw po kilkanaście centymetrów drutu na obu końcach.
- 3
Zdejmij izolację z obu końców drutu i dołącz je do biegunów baterii. Obwód jest zamknięty, prąd płynie — zbliż gwóźdź do spinaczy. Podnosi je, choć chwilę wcześniej był zwykłym gwoździem.
- 4
Odłącz jeden koniec drutu od baterii. Obwód jest przerwany, prąd nie płynie, pole znika i spinacze natychmiast spadają. Potem policz, ile spinaczy uniesie ten sam gwóźdź po dowinięciu drugiej warstwy zwojów.
Wszystkie 4 kroków odsłonięte.
Twój elektromagnes z gwoździa unosi 6 spinaczy. Nie zmieniasz baterii ani rdzenia, tylko dowijasz drugą warstwę zwojów. Co stanie się z jego siłą?
Pułapka! Na rdzeń nie nadaje się byle stal
Rdzeń robi się z miękkiej stali, nie z twardej. Miękka stal, na przykład zwykły gwóźdź, namagnesowuje się natychmiast i równie szybko traci namagnesowanie: znika prąd, domeny wracają do nieładu, spinacze spadają.
Dlaczego dźwig na złomowisku ma elektromagnes
- 1
Pod płaską tarczą dźwigu siedzi ogromna zwojnica ze stalowym rdzeniem. Operator zamyka obwód, przez zwojnicę płynie prąd rzędu setek amperów i pole trzyma wrak samochodu w powietrzu.
- 2
Nad stertą blach operator rozłącza obwód. Prąd znika, domeny w rdzeniu wracają do nieładu, pole gaśnie — wrak spada dokładnie tam, gdzie miał spaść.
- 3
Magnes trwały uniósłby ten sam wrak, ale nie miałby jak go puścić: trzeba by go odrywać albo podważać. Dlatego na złomowisku pracuje magnes, który da się wyłączyć.
Wszystkie 3 kroków odsłonięte.
Dźwig elektromagnetyczny trzyma w powietrzu wrak samochodu. Operator rozłącza obwód zasilania elektromagnesu. Co dzieje się z wrakiem?
Ściąga do zapamiętania
Co daje zwinięcie przewodu, co daje rdzeń i od czego zależy siła elektromagnesu?
Elektromagnes to zwojnica z rdzeniem z miękkiej stali. W zwojnicy pola kolejnych zwojów się sumują, a rdzeń dokłada pole swoich uporządkowanych domen.
• Siłę zwiększają trzy rzeczy: większe natężenie prądu, więcej zwojów, rdzeń ferromagnetyczny.
• Na zewnątrz zwojnica z prądem ma bieguny i jak magnes sztabkowy; odwrócenie kierunku prądu zamienia je miejscami.
• Rdzeń jest z miękkiej stali, bo twarda zostałaby magnesem trwałym i elektromagnes przestałby się wyłączać.
• Przewaga nad magnesem trwałym: nie ma prądu — nie ma pola. Stąd dźwig na złomowisku.
Sprawdź się!
Odpowiedziano na 0 z 5 pytańSkróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.
Elektromagnes trzyma na dźwigu ciężką blachę. Operator otwiera wyłącznik i przerywa obwód. Co dzieje się z polem magnetycznym?
Który zestaw zmian NA PEWNO wzmocni elektromagnes?
Zwojnica bez rdzenia unosi 2 spinacze. Wsuwasz w nią stalowy gwóźdź i nie zmieniasz ani baterii, ani liczby zwojów. Co się stanie?
Dlaczego rdzeń elektromagnesu robi się z miękkiej stali, a nie z twardej?
Uczeń nawinął drut na gwóźdź, ale połowę zwojów w prawo, a połowę w lewo. Elektromagnes prawie nie działa. Dlaczego?