Magnetický efekt elektrického prúdu LEIFIphysik
Magnetický efekt elektrického prúdu
Kľúčové fakty v skratke
- Elektrický prúd má magnetický efekt, ale pri jednoduchom priamom vodiči je veľmi slabý.
- Ak sa do cievky zavedie feromagnetický materiál, ako je železo, magnetický efekt sa výrazne zvýši.
- Veľkou výhodou elektromagnetov je, že ich magnetický efekt po vypnutí prúdu takmer zmizne.
Dôkaz magnetického efektu v experimente ØRSTED
Fyzik Hans Christian ØERSTED objavil v roku 1819, že tok elektrického prúdu vodičom vytvára magnetickú silu. Magnetická sila priameho vodiča však nie je príliš veľká. V Ørstedovom experimente (Obr) na vychýlenie ľahko otočnej magnetickej ihly je potrebný veľký prúd cez priamy vodič. Zodpovedajúca magnetická sila vychádzajúca z vodiča je preto veľmi malá.
Cievkové vinutie a železné jadro
Ak však navíjate vodič ako medený drôt na malú cievku, je sila oveľa vyššia. Táto „cievka typu vzduch-jadro“ však stále nie je dosť silná ako praktický zdvíhací magnet pre feromagnetické materiály.
Zabalíte sa však ako do Obr cievka sa otočí o železný klinec, takže môžete bezpečne zdvihnúť kancelárske sponky pomocou magnetických síl. Železný klinec tak zvyšuje magnetickú silu generovanú prúdom prúdiacim cievkou.
Prezentácia modelu na posilnenie magnetického efektu
V malej animácii v Obr model ukazuje, ako je magnetický efekt zosilnený železným jadrom v cievke:
Železo je takzvaný feromagnet a ako model má veľa malých elementárnych magnetov. Najskôr sú tieto elementárne magnety v železe úplne náhodne zmiešané, ich magnetické účinky sa navzájom rušia. Preto nemôžete zbierať sponky iba železným klincom.
Ale ak vložíte železný klinec do cievky a necháte prúdiť cievkou, elementárne magnety sa vyrovnajú vďaka magnetickému účinku cievky. Teraz sa magnetické účinky elementárnych magnetov „sčítajú“ a zvyšujú magnetický efekt cievky.
Silné elektromagnety
Ak sa použijú väčšie cievky a použijú sa vyššie prúdy, môžu sa pomocou magnetov zdvihnúť veľmi veľké bremená, ak sú vyrobené z feromagnetického materiálu, ako je železo, nikel alebo kobalt. Napríklad staré autá sa zdvíhajú na vrakovisku pomocou elektromagnetov.
Cievky týchto magnetov sú v poslednej dobe vyrobené zo supravodivého materiálu (t.j. z mimoriadne dobrých vodičov), takže cievkami môžu prúdiť veľmi veľké prúdy a vytvárajú sa mimoriadne silné magnetické sily.
Výhody elektromagnetov
Jednou z výhod elektromagnetov je ich sila. Pomocou elektromagnetov je možné aplikovať podstatne väčšie magnetické sily ako u klasických permanentných magnetov a tiež väčšie sily ako u neodýmových magnetov.
Druhou hlavnou výhodou elektromagnetu pred permanentným magnetom je skutočnosť, že keď je prúd cievky vypnutý, magnetický efekt takmer zmizne. Iba tak môžete odpojiť nevyžiadané auto od magnetu.