ELEKTROMAGNET: KOMPOSISI, BAHAGIAN, CARA IA BERFUNGSI DAN APLIKASI - FIZIKAL - 2026

An elektromagnet adalah alat yang menghasilkan kemagnetan dari arus elektrik. Sekiranya arus elektrik berhenti, maka medan magnet juga akan hilang. Pada tahun 1820 didapati arus elektrik menghasilkan medan magnet di persekitarannya. Empat tahun kemudian elektromagnet pertama dicipta dan dibina.

Elektromagnet pertama terdiri daripada tapal kuda besi yang dicat dengan pernis penebat, dan lapan belas putaran wayar tembaga tanpa penebat elektrik dililit di atasnya.

Rajah 1. Elektromagnet. Sumber: pixabay

Elektromagnet moden boleh mempunyai pelbagai bentuk bergantung pada penggunaan akhir yang akan diberikan kepada mereka; dan ia adalah kabel yang dilindungi dengan varnis dan bukan teras besi. Bentuk teras besi yang paling biasa adalah silinder, di mana wayar tembaga terlindung dililit.

Anda boleh membuat elektromagnet dengan hanya belitan yang menghasilkan medan magnet, tetapi teras besi menggandakan intensiti medan.

Apabila arus elektrik melalui penggulungan elektromagnet, teras besi menjadi magnet. Maksudnya, momen magnetik intrinsik bahan sejajar dan menambah, meningkatkan medan magnet total.

Magnetisme telah diketahui paling tidak sejak 600 SM, ketika Yunani Thales of Miletus berbicara secara terperinci mengenai magnet. Magnetit, mineral besi, menghasilkan daya tarikan secara semula jadi dan kekal.

Kelebihan elektromagnet

Kelebihan elektromagnet yang tidak diragukan lagi ialah medan magnet dapat didirikan, meningkat, menurun, atau dikeluarkan dengan mengawal arus elektrik. Semasa membuat magnet kekal, elektromagnet diperlukan.

Sekarang mengapa ini berlaku? Jawapannya adalah bahawa kemagnetan adalah hakiki sama seperti elektrik, tetapi kedua-dua fenomena itu hanya dapat dilihat dalam keadaan tertentu.

Walau bagaimanapun, dapat dikatakan bahawa sumber medan magnet adalah cas elektrik bergerak atau arus elektrik. Bahan dalaman, pada tahap atom dan molekul, arus ini dihasilkan yang menghasilkan medan magnet ke semua arah yang saling membatalkan. Inilah sebabnya mengapa bahan biasanya tidak menunjukkan kemagnetan.

Kaedah terbaik untuk menerangkannya adalah dengan berfikir bahawa magnet kecil (momen magnetik) diletakkan di dalam jirim yang menunjuk ke semua arah, sehingga kesan makroskopiknya dibatalkan.

Dalam bahan feromagnetik, momen magnetik dapat menyelaraskan dan membentuk kawasan yang disebut domain magnet. Apabila medan luaran diterapkan, domain ini sejajar.

Apabila medan luaran dikeluarkan, domain ini tidak kembali ke kedudukan rawak asalnya, tetapi sejajar sebahagiannya. Dengan cara ini bahan menjadi magnet dan membentuk magnet kekal.

Komposisi dan bahagian elektromagnet

Elektromagnet terdiri daripada:

- Gegelung kabel yang dilindungi dengan pernis

- Teras besi (pilihan).

- Sumber semasa, yang boleh langsung atau bergantian.

Rajah 2. Bahagian elektromagnet. Sumber: buatan sendiri.

Penggulungan adalah konduktor yang melaluinya arus yang menghasilkan medan magnet berlalu dan dililit dalam bentuk pegas.

Dalam penggulungan, selekoh atau selekoh biasanya sangat berdekatan. Itulah sebabnya sangat penting bahawa wayar yang dililitnya dibuat mempunyai penebat elektrik, yang dicapai dengan pernis khas. Tujuan pernis adalah bahawa walaupun giliran dikelompokkan dan bersentuhan satu sama lain, mereka tetap terisolasi elektrik dan arus meneruskan perjalanan pusingannya.

Semakin tebal konduktor berliku, semakin kuat arus kabel yang tahan, tetapi menghadkan jumlah putaran yang boleh dilukai. Atas sebab inilah banyak gegelung elektromagnet menggunakan wayar nipis.

Medan magnet yang dihasilkan akan berkadar dengan arus yang melewati konduktor berliku dan juga berkadar dengan ketumpatan lilitan. Ini bermaksud bahawa semakin banyak putaran per unit panjang diletakkan, semakin besar intensiti medan.

Semakin ketat putaran belitan, semakin besar bilangan yang sesuai dengan panjang tertentu, meningkatkan ketumpatannya dan oleh itu medan yang dihasilkan. Ini adalah sebab lain mengapa elektromagnet menggunakan kabel yang dilindungi dengan pernis dan bukannya plastik atau bahan lain, yang akan menambahkan ketebalan.

Solenoid

Dalam elektromagnet solenoid atau silinder seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2, intensiti medan magnet akan diberikan oleh hubungan berikut:

B = μ⋅n⋅I

Di mana B adalah medan magnet (atau induksi magnetik), yang dalam unit sistem antarabangsa diukur dalam Tesla, μ adalah kebolehtelapan magnetik teras, n adalah ketumpatan putaran atau bilangan putaran per meter dan akhirnya arus I yang beredar melalui belitan yang diukur dalam amp (A).

Ketelapan magnetik teras besi bergantung pada aloi dan biasanya antara 200 hingga 5000 kali kebolehtelapan udara. Medan yang dihasilkan dikalikan dengan faktor yang sama dengan elektromagnet tanpa teras besi. Kebolehtelapan udara kira-kira sama dengan vakum, iaitu μ ₀ = 1.26 × 10 ^-6 T * m / A.

Bagaimanakah ia berfungsi?

Untuk memahami operasi elektromagnet, perlu memahami fizik magnet.

Mari kita mulakan dengan wayar lurus sederhana yang membawa arus I, arus ini menghasilkan medan magnet B di sekitar wayar.

Rajah 3. Medan magnet yang dihasilkan oleh wayar lurus. Sumber: Wikimedia Commons

Garis medan magnet di sekitar wayar lurus adalah bulatan sepusat di sekitar wayar plumbum. Garis medan mematuhi peraturan tangan kanan, iaitu, jika ibu jari tangan kanan menunjuk ke arah arus, empat jari tangan kanan yang lain akan menunjukkan arah pergerakan garis medan magnet.

Medan magnet dawai lurus

Medan magnet kerana wayar lurus pada jarak r darinya adalah:

Katakan kita membengkokkan kabel sehingga membentuk lingkaran atau gelung, maka garis medan magnet di dalamnya bersatu menunjuk semua ke arah yang sama, menambah dan menguatkan. Di bahagian dalam gelung atau lingkaran, medan lebih sengit daripada di bahagian luar, di mana garis medan terpisah dan lemah.

Rajah 4. Medan magnet yang dihasilkan oleh wayar dalam bulatan. Sumber: Wikimedia Commons

Medan magnet di tengah gelung

Medan magnet yang dihasilkan di tengah-tengah gelung jejari yang membawa arus I adalah:

Kesannya berlipat ganda jika setiap kali kita membengkokkan kabel sehingga mempunyai dua, tiga, empat, … dan banyak putaran. Apabila kita menggulung kabel dalam bentuk pegas dengan gegelung yang sangat rapat, medan magnet di dalam pegas adalah seragam dan sangat sengit, sedangkan di luarnya praktikalnya sifar.

Katakan kita menggulung kabel dalam putaran 30 putaran dalam panjang 1 cm dan diameter 1 cm. Ini memberikan kepadatan putaran 3000 putaran per meter.

Medan magnet solenoid yang sesuai

Dalam solenoid yang ideal medan magnet di dalamnya diberikan oleh:

Ringkasnya, pengiraan kami untuk kabel yang membawa 1 ampere arus dan mengira medan magnet dalam mikroteslas, selalu berjarak 0.5 cm dari kabel dalam konfigurasi yang berbeza:

1. Kabel lurus: 40 microteslas.
2. Kabel dalam bulatan berdiameter 1 cm: 125 mikroteslas.
3. Spiral 300 putaran dalam 1 cm: 3770 microteslas = 0.003770 Tesla.

Tetapi jika kita menambah lingkaran besi dengan teras relatif 100, maka medan itu dikalikan 100 kali, iaitu 0.37 Tesla.

Juga mungkin untuk menghitung daya yang diberikan oleh elektromagnet dalam bentuk solenoid pada bahagian teras besi dari keratan rentas A:

Dengan andaian medan magnet tepu 1.6 Tesla, daya setiap bahagian meter persegi luas teras besi yang diberikan oleh elektromagnet akan menjadi 10 ^ 6 Newton bersamaan dengan kekuatan 10 ^ 5 Kilogram, iaitu 0.1 tan per meter persegi keratan rentas.

Ini bermaksud bahawa elektromagnet dengan medan tepu 1.6 Tesla memberikan daya 10 kg pada teras besi dengan keratan rentas 1 cm ² .

Aplikasi Elektromagnet

Elektromagnet adalah sebahagian daripada banyak alat dan peranti. Contohnya, mereka hadir di dalam:

- Motor elektrik.

- Alternator dan dinamos.

- Penceramah.

- Relay atau suis elektromekanik.

- Loceng elektrik.

- Injap solenoid untuk kawalan aliran.

- Pemacu keras komputer.

- Kren mengangkat besi buruk.

- Pemisah logam dari sampah bandar.

- Brek elektrik untuk kereta api dan trak.

- Mesin pengimejan resonans magnetik nuklear.

Dan banyak lagi peranti.

Rujukan

1. García, F. Medan Magnetik. Dipulihkan dari: www.sc.ehu.es
2. Tagueña, J. dan Martina, E. Magnetisme. Dari kompas hingga putaran. Dipulihkan dari: Bibliotecadigital.ilce.edu.mx.
3. Sears, Zemansky. 2016. Fizik Universiti dengan Fizik Moden. 14hb. Ed. Jilid 2. 921-954.
4. Wikipedia. Elektromagnet. Dipulihkan dari: wikipedia.com
5. Wikipedia. Elektromagnet. Dipulihkan dari: wikipedia.com
6. Wikipedia. Pembesaran. Dipulihkan dari: wikipedia.com