Elektromagnet

Elektromagneten , også kalt elektromagnet , er et elektroteknisk element som består av en kjerne i ferromagnetisk materiale (vanligvis mykt jern ) som en solenoid er viklet på , det vil si en spole av mange vindinger med elektrisk ledning. Formålet med elektromagneten er å generere et magnetfelt fra en elektrisk strøm og for dette skiller den seg fra induktoren , hvor induktansfenomenet utnyttes til å akkumulere energi .

Den første elektromagneten ble bygget i 1824 av den britiske ingeniøren William Sturgeon (1783 - 1850), som en direkte konsekvens av forholdet mellom strømmer og magnetisme oppdaget av Hans Christian Ørsted i 1820. En grunnleggende rolle i studiet og utviklingen av denne elektriske enheten skylder den amerikanske fysikeren Joseph Henry .

Funksjoner

Intensiteten til det genererte magnetfeltet kan beregnes med reglene for magnetisk induksjon og i hovedsak:

• er proporsjonal med antall omdreininger som utgjør viklingen , Økningen i antall omdreininger og derfor i lengden på ledningen reduserer imidlertid sirkulasjonsstrømmen (med samme spenning ) som en konsekvens av Ohms lov , for å overvinne problemet er det nødvendig å øke seksjonen av ledningen for å redusere dens elektriske motstand
• den er proporsjonal med strømmen som sirkulerer i viklingen , strømkryssingen genererer varme produsert av Joule-effekten , derfor må den utbedres med avhending.

Når det gjelder kraften utviklet av magnetfeltet, avtar dens intensitet med kvadratet på avstanden mellom delene, av denne grunn er elektromagneten effektiv bare på kort avstand.

Hvis spolen mates med en variabel strøm, er magnetfeltet selv variabelt, og det samme er kraften som produseres.

Dette er grunnlaget for driften av vanlige magnetodynamiske høyttalere .
Ved beregning av elektromagneter med variable strømmer må man også ta hensyn til effekten av induktans ved forskjellige frekvenser . Videre, for å unngå dannelse av virvelstrømmer i kjernen, er denne laget med tynne lamineringer i stedet for en kompakt blokk, akkurat som i transformatoren .

Høye feltstyrker

I noen applikasjoner, for eksempel elementær partikkelakselerasjon , magnetisk levitasjon , kjernemagnetisk resonans og mer, er det nødvendig å ha magnetiske felt med eksepsjonell intensitet. To kategorier av elektromagneter brukes til dette formålet:

Klassiske superelektromagneter

Dette er elektromagneter bygget med normale ledere, men for å produsere intense felt må noen problemer overvinnes:

• varmen som produseres av Joule-effekten kan være svært høy, og avhendes ved hjelp av kobberrør som lederkabler der kjølevannet får strømme. Bruken av hule ledere er også optimal med tanke på hudeffekten som får elektronene til å bevege seg på overflaten av kabelen, noe som gjør den innerste delen ubrukelig.
• de frastøtende elektromagnetiske kreftene mellom spolene kan være så intense at solenoiden eksploderer. Konstruksjonen må derfor være meget solid, med spolene holdt sammen med sterke bolter og metallplater.
• metningen av ferromagnetiske materialer setter en grense for det maksimale feltet som kan overføres fra dem. Av denne grunn utnyttes magnetfeltet produsert av en superelektromagnet direkte i hjertet av spolen. Feltet som produseres inne i spolen kan i korte perioder være enda mye mer intenst enn det som kan produseres med superledende magneter.

Av de oppførte grunnene er ikke-superledende elektromagneter egnet der det kreves impulsive , ikke-permanente magnetiske felt.

Superledende elektromagneter

Disse enhetene er basert på fenomenet superledning , der noen metaller fullstendig mister sin elektriske motstand ved temperaturer nær absolutt null , og dermed går glipp av energitapet på grunn av Joule-effekten . Noen legeringer er i stand til å vise det samme fenomenet ved mer praktiske temperaturer , rundt 100 K. Disse elektromagnetene består av en eller flere spoler av superledende kabel nedsenket i en kjølevæske, der det induseres en veldig høy strøm, som deretter blir værende i lang tid og produserer et konstant magnetfelt. Den maksimale magnetiske feltstyrken som kan produseres er flere tesla , vanligvis opptil 15 eller 20.

Hovedbegrensningen til disse systemene er selve magnetfeltet, som utover en viss terskel fører til at den superledende effekten forsvinner.

Superledende magneter brukes i partikkelakseleratorer som CERN LHC .

Applikasjoner

Magnetfeltet kan brukes:

• Direkte , for eksempel for å avlede elektrisk ladede partikler , som i katodestrålerør , partikkelakseleratorer , massespektrometer (noen kraner bruker en kraftig elektromagnet for å hekte og løfte skrapjern ) etc.
• Indirekte er elektromagneten mest brukt til å produsere mekanisk arbeid ; i dette tilfellet er det assosiert med en mobil del, laget av ferromagnetisk materiale, vanligvis kalt still . Kjernen og ankeret er atskilt av et luftrom som kalles et luftgap , når strøm påføres, forårsaker magnetfeltet en tiltrekning mellom de to elementene som har en tendens til å lukke luftgapet. Kraften som produseres kan utføre flere handlinger: lukking av elektriske kontakter i releer , betjening av ventiler i magnetventiler , utløsning av elektriske låser, flytting av hammere i bjeller , flytting av hodet på harddisker , betjening av nåler eller clutcher i skrivere , flytting av instrumenthender, måling etc.
  Et annet eksempel på bruk er innen låser, hvor elektromagneten brukes til å holde en dør lukket, samtidig som den sikrer åpningen ved strømbrudd.

Elektromagneter påført tekniske dører

Rundt 1980 begynte magnetfeltet som stammer fra en elektromagnet å bli brukt i konstruksjon og mer presist innen sikkerhetsvinduer.

Et sveitsisk selskap begynte å produsere en elektromagnet, av svært begrenset størrelse og vekt, som drevet ved lav spenning (12 Vdc - 24 Vdc) utviklet et magnetfelt som var i stand til å motstå en kraft på flere tusen newton . Denne elektromagneten ble satt inn i et aluminiumshus slik at den kunne festes til loddrett av en dørkarm. På selve dørbladet var det festet en behandlet jernplate som måtte tiltrekkes av elektromagneten. På denne måten ville døren ha blitt holdt lukket av elektromagneten når den ble slått på, men den ville absolutt ha åpnet seg uten strøm.

Denne applikasjonen ble umiddelbart en stor suksess innen nødutganger fordi den garanterte sikkerhet mot innbrudd uten bruk av mekaniske deler, men sørget samtidig for åpning av døren, uten menneskelig innblanding, i tilfelle strømmangel.

Utviklingen av dette systemet har ført til at byggesektoren har brukt elektromagneten massivt som et elektrisk lukkeelement. I dag brukes den på ulike måter avhengig av dimensjoner, bruksområder, profiler og type dør. Sammen med en Hall -effektsensor gir magnetfeltet utviklet av elektromagneten et bladstatussignal som gjør den spesielt egnet i adgangskontrollsektoren.

De fleste elektromagneter av denne typen er laget av isopermmaterialer.

Bibliografi

• Giosuè Gino Rippo, Beregning og konstruksjon av elektromagneter , 3. utgave, G. Lavagnolo, rundt 1959.

Andre prosjekter

• Wiktionary inneholder ordboklemmaet « Elektromagnet »
• Wikimedia Commons inneholder bilder eller andre filer om Elektromagnet