Как можно усилить действие электромагнита
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Факторы, влияющие на силу электромагнитного поля
Электромагниты представляют собой очень полезные устройства, генерирующие контролируемое количество магнитной силы в зависимости от электрического тока. Они широко применяются в различных отраслях промышленности, а также в бытовой сфере. Самые сильные магниты могут притягивать и поднимать очень большие и увесистые металлические, предметы, они имеют много витков проволоки в своих катушках и используют большое количество тока.
Но на магнитную силу электромагнита может влиять ряд факторов. Зная эти моменты, можно эффективно повысить силу электромагнитного поля или не дать ей ослабнуть в определенных случаях.
Итак, для начала необходимо кое-что напомнить в отношении электромагнитов. Электромагнит обычно представляет собой катушку изолированного провода, намотанного вокруг железного сердечника. Он намагничивается при прохождении через него электрического тока и теряет свой магнетизм, когда ток перестает протекать.
Во-вторых, проходящий ток играет большую роль. Как правило, сила магнита увеличивается с увеличением электрического тока. Правда, такое увеличение не будет бесконечным, поскольку в определенный момент магнит станет насыщаться, достигая максимальной силы.
В-третьих, важную роль в становлении электромагнитной силы играет сам сердечник, а точнее материал, из которого он сделан. Электромагнит будет сильнее, если вы прокрутите проволоку вокруг металлического сердечника. Лучшие металлы для создания сердечников для электромагнитов обычно являются черными или железосодержащими.
И, наконец, немаловажную роль в изменении силы электромагнита играет температура. Так, токопроводящая способность проволоки электромагнита улучшается при очень низких температурах. Самые сильные магниты подобного рода изготовлены из сверхпроводников, охлажденных сжиженным азотом или гелием.
Увеличение мощности магнита
Усиление электромагнита
Чтобы понять, как увеличить силу магнита, нужно разобраться в процессе намагничивания. Это произойдет, если магнит расположить во внешнем магнитном поле противоположной стороной к исходной. Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки.
Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода. Они понадобятся для осуществления тех способов увеличения силы магнита, которые представлены ниже.
Усиление с помощью более мощного магнита
Этот способ заключается в использовании более мощного магнита для усиления исходного. Для осуществления надо поместить один магнит во внешнее магнитное поле другого, обладающего большей мощностью. Также с этой же целью применяют электромагниты. После удержания магнита в поле другого, произойдет усиление, но специфика заключается в непредсказуемости результатов, поскольку для каждого элемента такая процедура будет работать индивидуально.
Усиление с помощью добавления других магнитов
Метод усиления с использованием точки Кюри
В науке есть понятие точки Кюри. Усиление или ослабление магнита можно произвести, нагревая или охлаждая его относительно самой этой точки. Так, нагревание выше точки Кюри или сильное охлаждение (гораздо ниже нее) приведет к размагничиванию.
Надо заметить, что свойства магнита при нагревании и охлаждении относительно точки Кюри имеют скачкообразное свойство, то есть, добившись правильной температуры можно усилить его мощность.
Метод №1
Если возник вопрос, как сделать магнит сильнее, если его сила регулируется электрическим током, то сделать это можно с помощью увеличения тока, который подается на обмотку. Здесь идет пропорциональное увеличение мощности электромагнита и подачи тока. Главное, ⸺ постепенная подача, чтобы не допустить перегорания.
Метод №2
Для осуществления этого метода надо увеличить количество витков, но длина должна оставаться неизменной. То есть, можно сделать один-два дополнительных ряда провода, чтобы общее количество витков стало больше.
Усиление обычного магнита
Множество вопросов возникает, когда обычные магниты перестают выполнять свои прямые функции. Это часто происходит из-за того, что бытовые магниты таковыми не являются, ведь, по сути, они намагниченные металлические части, которые теряют свойства с течением времени. Усилить мощность таких деталей или вернуть им свойства, которые были изначально, невозможно.
Надо заметить, что прикреплять к ним магниты, даже более мощные, не имеет смысла, поскольку, при их соединении обратными полюсами, внешнее поле становится гораздо слабее или вообще нейтрализуется.
Это можно проверить с помощью обычной бытовой занавески-москитки, которая должна закрываться посередине при помощи магнитов. Если на слабые исходные магниты сверху прикрепить более мощные, то в результате штора вообще потеряет свойства соединения с помощью притяжения, потому что противоположные полюса нейтрализуют внешние поля друг друга на каждой из сторон.
Эксперименты с неодимовыми магнитами
Неомагнит довольно популярен, его состав: неодим, бор, железо. Такой магнит обладает высокой мощностью и отличается стойкостью к размагничиванию.
Как усилить неодим? Неодим очень подвержен коррозии, то есть быстро ржавеет, поэтому неодимовые магниты покрывают никелем, чтобы повысить срок службы. Также они напоминают керамику, их легко разбить или расколоть.
Но пытаться увеличивать его мощность искусственным способом нет смысла, потому что это постоянный магнит, он имеет определенный для себя уровень силы. Поэтому, если вам необходимо иметь более мощный неодим, лучше приобрести его, учитывая нужную силу нового.
Заключение: в статье рассмотрена тема, как увеличить силу магнита, в том числе, как увеличить мощность неодимового магнита. Получается, что существует несколько способов увеличить свойства магнита. Потому что бывает просто намагниченный металл, увеличить силу которого невозможно.
Наиболее простые способы: с помощью клея и других магнитиков (они должны быть приклеены идентичными полюсами), а также – более мощного, во внешнем поле которого должен находится исходный магнит.
Обычные и неодимовые магниты не способны поддаваться на увеличение собственной мощности.
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
Большой практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. Вообще по своей форме катушка напоминает пружину. Но в то время, если пружина важна в каких-либо механических системах, то катушка используется в магнетизме. Все потому что мы пропускаем электрический ток через катушку и это позволяет получить магнитное поле, сосредоточенное в основном внутри катушки и на её концах.
Посмотрите, как проходят линии магнитного поля внутри и снаружи катушки (рис. 1).
Рис. 1. Силовые линии магнитного поля
На рис. 1. представлена фотография с изображением формы силовых линий магнитного поля, полученного с помощью железных опилок. Мы видим, что линии поля внутри практически параллельны друг другу и оси катушки. На концах катушки они расходятся.
С другой стороны, в области вне соленоида, вдали от его краёв, железные опилки практически никак не упорядочены, что доказывает, что магнитная индукция там мала — магнитное поле слабое. Напоминает ли вам что-нибудь такое расположение линий магнитного поля? Такое расположение линий магнитного поля обуславливает множество применений катушки в технике.
Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
На рис. 2 показаны силовые линии, источником которых является катушка, состоящая из пяти витков проводника с электрическим током, а на рис. 3 показаны силовые линии, возникающие из кругового тока. Здесь аналогичный характер линий. Мы предполагаем, что в случае с катушкой мы имеем дело с суммированием полей, исходящих от отдельных катушек, в результате чего внутри катушки образуется почти однородное поле.
Обратите внимание, что чем плотнее (ближе друг к другу) намотаны катушки, тем больше они напоминают круги (окружности), и тогда мы практически имеем дело с сильным и однородным полем внутри катушки. Такое поле показано на рисунке 4. А соответствующая этой фигуре реальная катушка с несколько иным числом витков показана на рис. 5.
Рис. 4. Сильное и однородное поле внутри катушки 
Рис. 5. Катушка
На практике мы используем катушки с еще более плотно намотанными витками (см. рисунок 6). Можно использовать даже несколько слоев катушек. Все это делается для того, чтобы получить максимально возможное значение магнитной индукции внутри катушки. Она прямо пропорциональна плотности намотки, т.е. количеству витков на единицу длины катушки.
Рис. 6. Плотно намотанная катушка
где μ0 — магнитная постоянная, μr — магнитная проницаемость среды внутри катушки, I — значение силы тока, протекающего в обмотке, N — число витков, L — длина катушки.
Из вышеприведенной формулы можно, например, сделать следующий выводы:
Обратим внимание на еще один, очень важный аспект магнитного поля, создаваемого катушкой. А именно, сходство силовых линий этого поля с силовыми линиями постоянного магнита в форме стержня. Смотрите рисунки 7а. и 7б., где оба поля показаны символически.
Рис. 7. а, б. Сходство силовых линий полю стержневого постоянного магнита.
Электромагниты и их применение
Обратите внимание на направление электрического тока в катушке. Согласно правилу правой руки, электрический ток создает магнитное поле, силовые линии которого направлены так же, как у магнита. Таким образом, мы можем назначить магнитные полюса катушке с электрическим током, что и у магнита. Поэтому такую катушку с электрическим током можно назвать электромагнитом.
Важно! Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагниты находят бóльшее применение в технике, чем постоянные магниты. Это происходит в основном по двум причинам:
Отметим широкое применение электромагнитов, которые используются, например, в:
Конечно, не во всех случаях применения электромагнит похож на так называемый стержневой магнит, очень часто он напоминает подковообразный магнит. Например, электромагнит, используемый для подъема железного лома, модель которого показана на рис. 8. или электромагнит, который используется для электрического звонка (рис. 9.).
Рис. 8. Электромагнит для подъема металлолома 
Рис. 9. Электромагнит в схеме традиционного электрического звонка. Источник Wikipidia
Наконец, интересный факт. Можно пойти еще дальше и соединить оба конца катушки. Тогда мы получим так называемую тороидальную катушку (см. рис. 10). Это важный компонент электрических систем переменного тока; он служит для хранения энергии магнитного поля и может иметь высокую индуктивность (L).
Рис. 10. Тороидальная катушка. Источник: лицензия Freepik
Как усилить магнитное поле постоянного магнита?
Как усилить магнитные свойства постоянного магнита?
Возьмите постоянный магнит. Расположите его во внешнем магнитном поле, которое сильнее магнитного поля самого магнита. Его можно создать другим, более мощным постоянным магнитом, а можно электромагнитом. Продолжайте держать магнит в этом поле некоторое время и его магнитные свойства улучшатся.
Как увеличить силу притяжения магнита?
Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки. Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода.
Что усиливает магнитное поле?
Как экранировать магнитное поле постоянного магнита?
Первый и наиболее простой способ экранирования магнитного поля — применение ферромагнитного экрана (кожуха) в форме цилиндра, листа или сферы. Материал такого кожуха должен обладать высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой.
Как восстановить свойства магнита?
Другой способ быстро восстановить утраченные свойства магнита — расположить его на некоторое время рядом с другим мощным источником магнитного поля. Можно с этой целью использовать несколько магнитов, благодаря которым магнитные свойства изделия возобновятся.
Каковы основные свойства магнитного поля?
Одно из важнейших свойств магнитного поля — явление электромагнитной индукции. Его суть состоит в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего какой-либо контур, в нем наводится электродвижущая сила. Другим свойством магнитного поля является механическое взаимодействие его с электрическим током.
Как можно использовать электромагнит?
Электромагниты используются и в ветеринарии. Магнит используется и в различных техниках. Чаще всего в микроволновых печах и духовых шкафах. Основная сфера применения — электрические аппараты и машины, которые входят в устройства промышленной автоматики и защищают электротехнические механизмы.
Что нужно сделать чтобы размагнитить магнит?
Основной способ размагничивания заключается в воздействии на магнитные материалы переменным магнитным полем с уменьшающейся амплитудой. В качестве источника переменного магнитного поля обычно используют электромагнит.
Как сделать неодимовый магнит своими руками?
Неодимовые магниты производят двумя способами: порошок, состоящий из смеси металлов, запекается в специальной печи под давлением при температуре 1200 °С, либо впрыскивается в расплавленный полимер и затем формуется. Главная их проблема — цена, стремительно скакнувшая вверх с 2009 года.
Почему железный сердечник усиливает магнитное поле?
Почему магнитное действие катушки, по которой идет ток, усиливается, когда в нее вводят железный сердечник? … Катушка с железным сердечником при пропускании тока становится электромагнитом. Электрический ток всегда оказывает магнитное действие, поэтому железный сердечник приобретает свойства магнита.
Как можно усилить электромагнит не увеличивая силу тока в нем?
Он намагничивается при прохождении через него электрического тока и теряет свой магнетизм, когда ток перестает протекать. Чтобы увеличить силу электромагнитного поля, самое простое что можно сделать — намотать катушку с большим количеством витков провода.
Какие источники создают магнитное поле?
Источники магнитного поля
Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).
Чем экранировать электромагнитное излучение?
Для экранирования стен могут применяться различные материалы: экранирующие сетки, краски, крупноячеистые ткани, металлические листы. Самым универсальным материалом является краска (грунтовка). При экранировании стен от электромагнитных излучений необходимо установить их диапазон частот.
Какие материалы не пропускают магнитное поле?
Единственный материал, который выталкивает из себя силовые линии магнитного поля, это сверхпроводник. В сверхпроводнике внешнее магнитное поле наводит такие круговые токи вокруг силовых линий внешнего поля, которые создают противоположно направленное магнитное поле в точности равное внешнему магнитному полю.
Какой материал ослабляет магнитное поле?
Диамагнетик действительно ослабляет магнитное поле.
Как сделать электромагнит в домашних условиях
Любая однослойная или многослойная катушка из изолированной проволоки — соленоид — при пропускании по ней тока приобретает свойства магнита. Силу такого магнита при данном токе можно значительно увеличить, снабдив соленоид железной арматурой. Полученная система называется электромагнитом.
Делая отдельные части арматуры подвижными относительно других, получаем механизм, который может производить механическую работу при включении в его обмотку тока.
По конструкции электромагниты можно объединить в четыре основных группы:
с поворотным якорем,
электромагниты для создания магнитных полей.
Электромагнит – искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения электрического тока по охватывающей его обмотке, т.е. при пропускании тока через катушку помещенный внутри нее сердечник приобретает свойства естественного магнита.
Область применения электромагнитов очень обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях. Наиболее часто электромагниты и соленоиды используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза.
Так, например, грузоподъемный электромагнит является очень удобным, производительным и экономичным механизмом: для закрепления и освобождения транспортируемого груза не требуется обслуживающий персонал. Достаточно положить электромагнит на перемещаемый груз и включить электрический ток в катушку электромагнита и груз притянется к электромагниту, а для освобождения от груза необходимо лишь отключить ток.
Все типы электромагнитов применяют как для постоянного, так и для однофазного переменного тока, с той лишь разницей, что при переменном токе все железные части делают, для уменьшения потерь на токи Фуко, из листового железа, тогда как для постоянного тока их в большинстве случаев делают из сплошного железа.
Конструкция электромагнита легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками.
Как работает электромагнит (теория)
Если по проводнику протекает электрический ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле. Так как ток может течь только тогда, когда цепь замкнута, то проводник должен представлять собой замкнутый контур, как, например, круг, который является простейшим замкнутым контуром.
Раньше проводником, свернутым в круг, часто пользовались для наблюдения действия тока на магнитную стрелку, помещенную в его центре. В этом случае стрелка находится на равном расстоянии от всех частей проводника, благодаря чему легче можно наблюдать действие тока на магнит.
Чтобы усилить действие электрического тока на магнит, можно прежде всего увеличить ток. Однако, если обогнуть проводник, по которому протекает какой-то ток, два раза вокруг охватываемого им контура, то действие тока на магнит удвоится.
Таким образом можно во много раз увеличить это действие, огибая проводник соответствующее число раз вокруг данного контура. Получающееся при этом проводящее тело, состоящее из отдельных витков, число которых может быть произвольным, называется катушкой.
Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник возникает магнитное поле. Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.
Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:
где F – сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B – индукция, Тл; S – площадь сечения электромагнита, м2.
То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:
Здесь U0 – магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U – магнитная проницаемость среды, N/L – число витков на единицу длины соленоида, I – сила тока.
Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника – средой является воздух.
Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.
В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.
Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!
Всё что нужно запомнить для начала – это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит магнитная индукция, а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.
Практика
Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.
Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного – нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером – будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.
Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.
В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.
10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:
1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.
2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество – магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.
3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле – R=p*L/S
4. Если ток будет слишком большим – катушка сгорит
5. При постоянном токе – ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.
6. При работе на переменном токе – электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты – для уменьшения потерь и токов Фуко.
7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.
8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.
9. Сердечники электромагнитов постоянного тока
10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.
3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике
Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит – использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник – болт или гвоздь.
Второй вариант – использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах – реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать – снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.
Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки магнитных пускателей и контакторов, они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.
Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, нихромовой спирали.