Die Stärke eines Elektro

Der Elektromagnet kann während längeren Gebrauchs heiß werden.

In diesem Science-Projekt, werden Sie einen Elektromagneten durch Wickeln einer Spule aus Draht um einen Eisenkern machen. Sie werden dann prüfen, ob die Anzahl der Spulen der Elektromagneten Stärke ändert.

Einführung

Elektro. oder Magneten, die das Magnetfeld, das durch elektrischen Strom erzeugt, um durch einen Draht fließt, liegen im Zentrum der viele elektrischen Geräte, die von einfachen Dingen wie Türklingeln zu komplexen Maschinen wie Teilchenbeschleuniger. Die Stärke von Elektromagneten variiert, aber einige Elektromagneten sind stark genug, um ganze Züge zu heben! Wie funktioniert ein Elektromagnet Arbeit? Wie wirkt elektrische Strom -die Bewegung von elektrischen Ladungen einen Magneten-machen?

Wenn elektrischer Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er ein Magnetfeld. Sie können dies mit einem magnetischen Kompass, um sich zu beweisen (die Science Buddies Abbreviated Projektidee sehen ein Magnet wie ein elektrischer Strom-Detektor und die Elektrizität, Magnetismus, -. Electromagnetism Tutorial um mehr zu erfahren). Das Magnetfeld um einen geraden Draht ist nicht sehr stark. Aber wenn der Draht in einer Spule gewickelt ist, werden die Felder in jeder Windung der Spule erzeugt summieren sich zu einem stärkeren Magnetfeld zu erzeugen. Wenn die Spule in der Form eines Zylinders gewickelt ist, wird er ein Solenoid genannt. Wenn elektrischer Strom durch das Solenoid fließt, erzeugt er ein Magnetfeld, sehr ähnlich dem eines Stabmagneten (Abbildung 1).

Wenn ein Elektromagnet nur aus gewickelten Draht besteht (wenn es nichts als Luft in seiner Mitte hat), dann wird der Magnet nicht sehr stark sein. Aber wenn man ein Stück Eisen in der Mitte der Spulen ein Platz Eisenbolzen, zum Beispiel-dann das Stück Eisen, genannt den Kern des Elektromagneten wird das Magnetfeld viel stärker. Dies liegt daran, Eisen ferromagnetisch ist. Es enthält viele kleine Bereiche, magnetische Domänen genannt. daß wirken wie kleine Magneten. Sobald der Eisenkern in der Spule angeordnet ist, reihen sich die magnetischen Domänen mit dem Magnetfeld, das durch den Elektromagneten besteht. Als Ergebnis erhöht sich die Stärke des Magnetfeldes stark.

In diesem Projekt wird untersucht, wie man die Stärke des Magnetfeldes, das durch einen Elektromagnet erzeugt ändert, wenn die Anzahl der Windungen in der Spule erhöht.

Begriffe und Konzepte

Um dieses Projekt zu tun, sollten Sie Forschung tun, dass Sie die folgenden Begriffe und Konzepte verstehen ermöglicht:

Elektromagnet
Elektrischer Strom
Magnetspule
Ader
ferromagnetisch
magnetische Domänen

Literaturverzeichnis

Die Stärke eines Elektro Kit, erhältlich im Science Buddies Store. Eingeschlossen sind:
- 6 Volt (V) Batterie Laterne
- Emaille-beschichteten Magnetdraht 30 AWG (75 Fuß)
- Krokodilklemme (2) führt
- Eisenbolzen; etwa 2 1/2 Zoll lang und 1/2 Inch Durchmesser (4)
Sie werden auch diese Elemente sammeln müssen, nicht im Kit enthalten:
- 220 Schleifpapier (etwa 1 Quadratzoll)
- Abdeckband (1 roll)
- Box aus Stahl Büroklammer (etwa 100 count)
- Schere oder Drahtschneider
- Optional: Shallow Kunststoffbehälter, etwas länger und breiter als die Eisenbolzen
- Empfehlung: Ein Papierhandtuchhalter, oder Materialien, die einen einfachen Spulenhalter für den Magnetdraht zu machen, wie ein Bleistift und einen kleiner Karton

Versuchsdurchführung

Making Your Elektromagnete

Testen Elektromagnete

Machen Sie eine Datentabelle, wie Tabelle 1, in Ihrem Labor-Notebook.

Tabelle 1. Beispiel Datentabelle.

Legen Sie die Büroklammern in einem kleinen, flachen Behälter. Wenn Sie nicht über einen flachen Behälter haben, legen Sie die Büroklammern in einem Stapel auf einer ebenen Fläche.
Beginnend mit dem 50-Windungswickel, verwendet, um die Elektromagnete Büroklammern aus dem flachen Behälter aufzunehmen.
1. Wichtig: Ihr Elektromagnet wird heiß, wenn man sich auf die Batterie zwischendurch Tests verbunden lassen. Ziehen Sie immer eine Krokodilklemme, wenn die Elektromagneten nicht in Gebrauch sind.
2. Ein Ende der roten Krokodilklemme an die Klemme „+“ der Batterie, und das andere Ende an ein Ende der Drahtspule. Stellen Sie sicher, dass Sie mit dem Teil verbinden, wo Sie die Isolierung abgeschliffen. Hinweis. In der Elektronik ist es Standard-Konvention für positive und schwarz für negative rot zu verwenden. Ihr Elektromagnet funktioniert noch unabhängig von der Farbe Krokodilklemme Sie verwenden, aber es ist eine gute Gewohnheit zu üben!
3. Ein Ende der schwarzen Krokodilklemme an den „-“ Anschluß der Batterie, und das anderen Ende mit dem freien Ende der Drahtspule. Sobald Sie dies tun, wird Ihr Elektromagnet eingeschaltet und beginnen zu erwärmen, so ist es wichtig, schnell zu arbeiten.
4. Berühren den Kopf der Schraube auf den Stapel von Papierklammern und zieht die Spule weg von dem Tablett (4). Es sollte einige Büroklammern an dem Bolzen befestigt werden. Wenn es keine Büroklammern überhaupt nicht anheben, dann Elektromagnet funktioniert nicht. Siehe FAQ für Hilfe.
5. Bewegen Sie die Schraube weg von der Schale, und ziehen Sie dann ein Krokodilklemme (es ist egal, welche, und Sie brauchen nicht alle vier Krokodilklemmen zu trennen). Dies sollte Ihren Elektro ausschalten und die Büroklammern sollten von der Schraube fallen weg.
6. Zählen Sie die Anzahl von Büroklammern, dass der Magnet aufgenommen, und notieren Sie diesen Wert in der Datentabelle.
7. Liefert alle der Büroklammern in den Behälter.

Fehlerbehebung

Variationen

Verwendung von unterschiedlichen Metallen als Kernmaterialien versuchen, im Innern der Spule, wie Stahl, Kupfer, Aluminium und so weiter. Sie können Nägel, Schrauben, Rohre, Schläuche und vieles mehr verwendet werden. Für Vergleiche, wäre es ideal, Kernmaterialien zu haben, die die gleichen Durchmesser sind. Sie können die Spulen direkt um die Kernmaterialien wickeln, wie in dem Verfahren beschrieben, oder Sie können eine einzelne Spule machen (für jede Anzahl von Windungen, die Sie testen möchten) und testen Sie es mit unterschiedlichen Kernmaterialien im Inneren. Hier ist ein Verfahren für die Spulen zu machen, so dass Sie das Kernmaterial austauschen können:
- Machen Sie eine Spule Form durch mehrere Schichten von Packpapier (oder ein Stück aus dünnem Karton) um eine Probe Ihres Kernmaterials.
- Verwenden genug Schichten aus Papier oder Pappe, so daß die Spulenform ihre Form halten wird.
- Band das Papier oder Pappe, so daß er seine Form halten wird, und es dann ab gleiten die Zylinderform.
- Testen Sie die Spulenform mit jedem der Kernmaterialien, um sicherzustellen, dass sie alle passen.
- Wickeln Sie Ihre Spule um die Spulenform, wie sie im Hauptprojektvorgehensweise beschrieben.
- Jetzt werden Sie in der Lage sein, verschiedene Kernmaterialien in der und aus der Spule zu gleiten. Sie können die Papierform an Ort und Stelle belassen.
- Sie könnten auch ein anderes Experiment versuchen, um zu sehen, ob das Entfernen von Papier in der Stärke des Elektromagneten einen Unterschied macht. Testen Sie die Spulen sowohl mit als auch ohne die Papierform nach innen.
Versuchen Sie, die Anzahl der Büroklammern zu vergleichen, die mit unterschiedlichen Kernmaterialien Elektromagneten heben kann.
Was passiert, wenn man den Abstand zwischen der Drahtspule und einem Metallkernmaterial ändern? Zum Beispiel erhöhen den Durchmesser des Kernformen (beschrieben in der Variation 1) von 2, 5, 10 und 20 mm.
Für eine interessante Ergänzung zu Ihrer Anzeigetafel, können Sie die Form des Magnetfeldes, das durch Ihre Elektromagneten erzeugt kartieren. Hier ist, wie: Magnetic Fields Mapping.
Was passiert, wenn man die Spannung über die Spule angelegt ändern? Sie können zwei oder drei Laterne Batterien in Serie verbinden, oder verwenden Sie eine wachsende Zahl von D-Zellen-Batterien in Serie. Nach wie vor mentionbed, misst, wie viele Büroklammern Sie mit einer Spule bei jeder Spannung heben können.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Ich habe Probleme Spur zu halten, wie viele Umdrehungen in meiner Spule sind. Haben Sie Vorschläge für die bessere Verfolgung?

F: Ich habe eine harte Zeit habe zu halten meine Spule ordentlich. Irgendwelche Ideen für meine Kurven dicht zu halten und schön aufgereiht?

F: Die Gewinde auf den Eisenbolzen machen es schwer, die Umdrehungen zu halten, aufgereiht. Muss ich mir Sorgen darüber?

A: Wir schlagen vor dem Starten Ihrer Spule so nahe an die Spitze des Bolzens wie möglich, so dass Sie die meisten Ihrer Spule auf dem Nicht-Gewindeteil des Bolzens haben. Die 50- und 100-turn Spulen sollten vollständig passen auf dem nicht mit Gewinde versehenen Abschnitt des Bolzens. Für die 150- und 200-Turn-Spulen, müssen Sie auf den Gewindeabschnitt des Bolzens gehen. Dadurch wird es schwieriger, gegeneinander um die Windungen dicht gepackt zu halten, da sie in das Gewinde des Bolzens fallen neigen. Das ist in Ordnung, solange Sie Ihr Bestes tun, einem gleichmäßigen Tempo fortsetzen Verpackung an, und tun Haufen nicht zu hoch viele an einem Ort verwandelt.

F: Die Pausen Magnetdraht, wenn ich es mit Schmirgelpapier versuchen Strippen. Wie kann ich das verhindern?

A: Versuchen Sie, weniger Druck. Sie brauchen nicht das Schmirgelpapier Sandwich sehr eng, um zu quetschen die Lackisolation, dass Coats den Magnetdraht zu entfernen. Versuchen Sie, auf einem separaten Stück Draht zu üben, um ein Gefühl zu bekommen, wie viel Druck mit dem Sandpapier aufzubringen. Wenn Sie den Magnetdraht „Schwanz“ Ihre Spule tun brechen, während es Strippen, keine Sorge. Sie können aus den verbleibenden Teil des Drahtes tail abisolieren. Sie müssen nicht über starten oder eine ganz neue Spule machen, solange man genug abisolierten Draht für die Krokodilklemme zu halten hat.

F: Wie kann ich wissen, wenn der Draht abgezogen wird?

A: Der Draht abgezogen wird, wenn die rötliche Farbe der Zahnschmelzes Isolierung hellt, glänzendes, goldfarbenes Kupfer weg, enthüllt. Der Draht wird sich auch ein wenig dünner.

F: Mein Elektromagnet funktioniert nicht. Wie kann ich es?

A: Der Elektromagnet möglicherweise nicht für eine Reihe von Gründen arbeiten, aber die meisten von ihnen zu einer unvollständigen Schaltung einkochen. Mit anderen Worten arbeitet der Elektromagnet nicht, wenn etwas von den elektrischen Strom zu verhindern, dass die Batterie durch den Draht fließt.

F: Der Draht Schwänze des Elektromagneten halten aus den Krokodilklemmen fallen. Was kann ich dagegen tun?

A: Versuchen Sie, den Draht weiter zurück in den Klammern setzen, näher am Scharnier, wo Sie drücken Sie den Clip zu öffnen. Sie können auch versuchen, die Isolierung aus einem längeren Abschnitt des Magnetdraht Schwanz Strippen und über das Ende des Schwanzes falten, um es dicker zu machen. Die Krokodilklemmen werden diesen dickeren Abschnitt des Drahtes leichter halten. Wenn Sie genug abisolierten Draht haben, können Sie auch den Draht wickeln sich um die Spitzen der Krokodilklemmen.

F: Meine fertigen Spulen kommen abgewickelte weil das Bandende an Ort und Stelle hält, wird fallen. Haben Sie Vorschläge für die Prävention?

A: versuchen, ein Stück Umwickeln von Abdeckband der ganzen Weg um den Bolzen, für den letzten Teil der Spule. Wie Sie die Elektromagneten verwenden, kann die Wärme, die in dem Magneten aufbauen macht das Band spröde, so ist es eine gute Idee neues Band anzuwenden, anstatt alte Band wieder zu verwenden.

F: Ich Funken sehen, wenn ich die Krokodilklemmen an die Spule anschließen. Ist das etwas zu befürchten?

A: Nein, sind kleine Funken nicht etwas zu befürchten. Es ist völlig normal, ein paar kleine Funken zu sehen, wie Sie die Krokodilklemmen verbinden und die Schaltung zu vervollständigen.

F: Mein Elektromagnet wird warm und fängt an zu riechen. Ist das etwas zu befürchten?

A: Der Strom muss durch den Schaltkreis wird der Draht erwärmen. Jedes Mal, wenn Sie einen Geruch erkennen, oder können den Elektromagnet fühlen heiß, ziehen Sie die Elektromagneten von der Batterie. Sie können die Elektromagneten wieder an, nachdem es abgekühlt ist.

Fragen Sie einen Experten

Wenn Sie ein Kit für dieses Projekt von Science Buddies erworben haben, freuen wir uns, jede Frage zu beantworten nicht oben durch die FAQ gerichtet.

In Ihrer E-Mail, folgen Sie bitte folgenden Anweisungen:

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