ELEKTROMIKNATIS: KOMPOZISYON, PARÇALAR, NASIL ÇALIŞTIĞI VE UYGULAMALARI - FIZIKSEL - 2025

Bir elektromıknatıs elektrik akımından manyetizma üreten bir cihazdır. Elektrik akımı kesilirse, manyetik alan da kaybolur. 1820'de, bir elektrik akımının çevresinde manyetik bir alan oluşturduğu keşfedildi. Dört yıl sonra ilk elektromıknatıs icat edildi ve inşa edildi.

İlk elektromıknatıs, yalıtkan vernikle boyanmış demir bir at nalıydı ve üzerine elektrik yalıtımı olmayan on sekiz tur bakır tel sarıldı.

Şekil 1. Elektromıknatıs. Kaynak: Pixabay

Modern elektromıknatıslar, kendilerine verilecek nihai kullanıma bağlı olarak çeşitli şekillere sahip olabilir; ve vernik ile izole edilmiş kablodur, demir çekirdek değil. Demir çekirdeğin en yaygın şekli, üzerine yalıtılmış bakır telin sarıldığı silindiriktir.

Sadece bir manyetik alan üreten sargı ile bir elektromıknatıs yapabilirsiniz, ancak demir çekirdek alan yoğunluğunu çoğaltır.

Elektrik akımı bir elektromıknatısın sargısından geçtiğinde, demir çekirdek mıknatıslanır. Yani, malzemenin içsel manyetik momentleri hizalanır ve toplam manyetik alanı yoğunlaştırır.

Manyetizma, en azından MÖ 600'den beri, Milet Yunan Thales'in mıknatıs hakkında ayrıntılı olarak konuştuğu zamandan beri bilinmektedir. Bir demir minerali olan manyetit, doğal ve kalıcı olarak manyetizma üretir.

Elektromıknatısların avantajları

Elektromıknatısların şüphesiz bir avantajı, manyetik alanın elektrik akımını kontrol ederek oluşturulabilmesi, artırılabilmesi, azaltılabilmesi veya kaldırılabilmesidir. Kalıcı mıknatıslar yaparken elektromıknatıslar gereklidir.

Şimdi bu neden oluyor? Cevap, manyetizmanın elektriğe olduğu gibi maddeye de özgü olmasıdır, ancak her iki fenomen de yalnızca belirli koşullar altında tezahür eder.

Bununla birlikte, manyetik alanın kaynağının hareketli elektrik yükleri veya elektrik akımı olduğu söylenebilir. Maddenin içinde, atomik ve moleküler düzeyde, birbirini yok eden her yönde manyetik alan üreten bu akımlar üretilir. Malzemelerin normalde manyetizma göstermemesinin nedeni budur.

Bunu açıklamanın en iyi yolu, küçük mıknatısların (manyetik momentler) her yöne bakan maddenin içine yerleştirildiğini düşünmektir, böylece makroskopik etkileri iptal edilir.

Ferromanyetik malzemelerde manyetik momentler, manyetik alanlar adı verilen bölgeleri hizalayabilir ve oluşturabilir. Bir dış alan uygulandığında, bu alanlar hizalanır.

Dış alan kaldırıldığında, bu alanlar orijinal rastgele konumlarına geri dönmez, ancak kısmen hizalı kalır. Bu şekilde malzeme mıknatıslanır ve kalıcı bir mıknatıs oluşturur.

Bir elektromıknatısın bileşimi ve parçaları

Bir elektromıknatıs şunlardan oluşur:

- Vernikle yalıtılmış bir kablo sargısı.

- Demir çekirdek (isteğe bağlı).

- Doğrudan veya alternatif olabilen bir akım kaynağı.

Şekil 2. Bir elektromıknatısın parçaları. Kaynak: kendi kendine.

Sargı, manyetik alanı üreten akımın içinden geçtiği ve bir yay şeklinde sarıldığı iletkendir.

Sarımda, dönüşler veya dönüşler genellikle birbirine çok yakındır. Bu nedenle, sarımın yapıldığı telin özel bir vernikle elde edilen elektriksel yalıtıma sahip olması son derece önemlidir. Verniklemenin amacı, dönüşler bir araya toplanıp birbirine değdiğinde bile elektriksel olarak yalıtılmış kalmaları ve akımın spiral akışını sürdürmesidir.

Sargı iletkeni ne kadar kalınsa, kablo o kadar fazla akıma dayanır, ancak sarılabilecek toplam dönüş sayısını sınırlar. Bu nedenle birçok elektromıknatıs bobini ince bir tel kullanır.

Üretilen manyetik alan, sargı iletkeninden geçen akımla orantılı ve ayrıca dönüşlerin yoğunluğuyla orantılı olacaktır. Bu, birim uzunluk başına ne kadar çok dönüş yerleştirilirse, alan yoğunluğu o kadar fazla olduğu anlamına gelir.

Sargı dönüşleri ne kadar dar olursa, belirli bir uzunluğa sığacak sayı o kadar büyük olur, yoğunlukları ve dolayısıyla ortaya çıkan alan artar. Bu, elektromıknatısların plastik veya diğer malzemeler yerine vernikle yalıtılmış kablo kullanmasının bir başka nedenidir, bu da kalınlık katar.

solenoit

Şekil 2'de gösterilen gibi bir solenoid veya silindirik elektromıknatısta, manyetik alanın yoğunluğu aşağıdaki ilişki ile verilecektir:

B = μ⋅n⋅I

B, uluslararası sistemin birimlerinde Tesla cinsinden ölçülen manyetik alan (veya manyetik indüksiyon) olduğunda, μ çekirdeğin manyetik geçirgenliği, n ise dönüş yoğunluğu veya metre başına dönüş sayısı ve son olarak akım I amper (A) cinsinden ölçülen sargı boyunca dolaşır.

Demir çekirdeğin manyetik geçirgenliği alaşımına bağlıdır ve genellikle hava geçirgenliğinin 200 ila 5000 katı arasındadır. Ortaya çıkan alan, demir çekirdeksiz bir elektromıknatısınkine göre bu aynı faktörle çarpılır. Havanın geçirgenliği yaklaşık olarak bir vakumunkine eşittir, μ ₀ = 1,26 × ^10-6 T * m / A.

O nasıl çalışır?

Bir elektromıknatısın işleyişini anlamak için manyetizmanın fiziğini anlamak gerekir.

I akımını taşıyan basit bir düz telle başlayalım, bu akım telin etrafında manyetik bir B alanı oluşturur.

Şekil 3. Düz bir telin oluşturduğu manyetik alan. Kaynak: Wikimedia Commons

Düz telin etrafındaki manyetik alan çizgileri, kurşun telin etrafındaki eş merkezli dairelerdir. Alan çizgileri sağ el kuralına uygundur, yani sağ elin baş parmağı akım yönünü gösteriyorsa, sağ elin diğer dört parmağı manyetik alan çizgilerinin hareket yönünü gösterecektir.

Düz bir telin manyetik alanı

Ondan r mesafedeki düz bir telden kaynaklanan manyetik alan:

Kabloyu bir daire veya halka oluşturacak şekilde büktüğümüzü, ardından içindeki manyetik alan çizgilerinin hepsi aynı yönü göstererek bir araya gelerek ekleyip güçlendiğini varsayalım. Döngünün veya dairenin iç kısmında alan, alan çizgilerinin ayrılıp zayıfladığı dış kısma göre daha yoğundur.

Şekil 4. Bir daire içindeki bir telin oluşturduğu manyetik alan. Kaynak: Wikimedia Commons

Bir döngünün merkezindeki manyetik alan

Bir akım I taşıyan bir yarıçaplı a döngüsünün merkezinde ortaya çıkan manyetik alan:

Kabloyu iki, üç, dört … ve birçok dönüşe sahip olacak şekilde her büktüğümüzde efekt çoğalır. Kabloyu çok yakın sargılı bir yay şeklinde sardığımızda, yayın içindeki manyetik alan tekdüze ve çok yoğunken, dışarıda neredeyse sıfırdır.

Kabloyu 1 cm uzunluğunda ve 1 cm çapında 30 turluk bir spiral şeklinde sardığımızı varsayalım. Bu, metre başına 3000 dönüşlük bir dönüş yoğunluğu sağlar.

İdeal solenoid manyetik alan

İdeal bir solenoidde, içindeki manyetik alan şu şekilde verilir:

Özetle, 1 amper akım taşıyan ve manyetik alanı farklı konfigürasyonlarda kablodan her zaman 0,5 cm uzakta, mikroteslas cinsinden hesaplayan bir kablo için hesaplamalarımız:

1. Düz kablo: 40 mikroteslas.
2. 1 cm çapında bir daire içinde kablo: 125 mikroteslas.
3. 1 cm'de 300 dönüşlü spiral: 3770 mikroteslas = 0.003770 Tesla.

Ancak spirale 100 göreceli geçirgenliği olan bir demir çekirdek eklersek, alan 100 kat, yani 0.37 Tesla çarpılır.

Solenoid formdaki elektromıknatısın A kesitinin demir çekirdeğinin bir bölümüne uyguladığı kuvveti hesaplamak da mümkündür:

1.6 Tesla'lık bir doygunluk manyetik alanı varsayıldığında, elektromıknatıs tarafından uygulanan demir çekirdek alanının metre kare bölümü başına kuvvet 10 ^ 6 Newton, 10 ^ 5 Kilogram kuvvete eşdeğer, yani 0.1 ton olacaktır. metrekare kesit alanı.

1.6 Tesla bir doyma alanı ile bir elektromıknatıs bir ile bir demir çekirdeğe 10 kg bir kuvvet uygular, bu araçlar kesiti 1 cm ² .

Elektromıknatıs Uygulamaları

Elektromıknatıslar birçok alet ve cihazın parçasıdır. Örneğin, içeride bulunurlar:

- Elektrik motorları.

- Alternatörler ve dinamolar.

- Hoparlörler.

- Elektromekanik röleler veya anahtarlar.

- Elektrikli çanlar.

- Akış kontrolü için solenoid valfler.

- Bilgisayar sabit diskleri.

- Hurda metal kaldırma vinçleri.

- Kentsel atıklardan metal ayırıcılar.

- Trenler ve kamyonlar için elektrikli frenler.

- Nükleer manyetik rezonans görüntüleme makineleri.

Ve daha birçok cihaz.

Referanslar

1. García, F. Manyetik Alan. Kurtarıldığı yer: www.sc.ehu.es
2. Tagueña, J. ve Martina, E. Manyetizma. Pusuladan dönüşe. Kaynak: Bibliotecadigital.ilce.edu.mx.
3. Sears, Zemansky. 2016. Modern Fizikle Üniversite Fiziği. 14. Ed. Cilt 2. 921-954.
4. Vikipedi. Elektromanyetik. Wikipedia.com adresinden kurtarıldı
5. Vikipedi. Elektromanyetik. Wikipedia.com adresinden kurtarıldı
6. Vikipedi. Mıknatıslanma. Wikipedia.com adresinden kurtarıldı