Elektro Demonstration
K-J Magnetics bietet jetzt Magnet Draht. Um die neue Ankunft zu feiern, wir verwenden einige Magnetdraht um einen einfachen Elektromagneten zu machen.
Sie könnten diese haben in der Grundschule als klassisches Beispiel einer Länge von Draht um einen Nagel eingewickelt gesehen. Eine Batterie liefert einen elektrischen Strom, und der Nagel wird vorübergehend ein Magnet. In diesem Artikel untersucht K-J, was los ist. Wir werden auch kurz erwähnen, warum dieses einfache Beispiel zum Kern bekommt, was Magnetdraht für so viele Dinge verwendet wird.
Ein Permanentmagnet und ein Elektromagnet sehen gleich aus, aus der Ferne.
Theoretisch könnte man einen Permanentmagnet hat und einen Elektromagnet, die ein ähnliches magnetisches Feld erzeugen. Messung von kurzer Entfernung, würden Sie nicht in der Lage sein, sie zu unterscheiden.
Wie wir bauten eine Elektro Demo
A 2" lange Schraube und ein Schnitt bis zu einer 1" Länge.
Verwenden einen Stahlkern
Wir verwenden ein 1” langes Stück einer Stahlschraube als Kern, um den Draht zu wickeln. Während die Drahtspule ein Magnetfeld ohne den Stahlkern machen würde, wäre es bei weitem nicht so stark sein. Das ferromagnetische Stahlmaterial hilft das Magnetfeld zu „konzentrieren“, wo wir es brauchen.
Hinweis: Wir haben einen alten Schraube aus einem Haufen von zufälliger Hardware, aber dies nicht hat, könnte die beste Materialwahl gewesen. Die Klasse-5 Bolzen wir verwenden, ist nicht unbedingt die beste Art von Stahl für den Job. Im Nachhinein hätten wir bessere Ergebnisse mit einer besseren Auswahl von Stahl hatten.
Wickeln Sie den Magnetdraht um es ein paar Mal
Wie Sie Draht hinzufügen, mehr Drahtwindungen gibt uns mehr Kraft. Es ist ein Fall des abnehmenden Ertrags, obwohl, weil zusätzliche Windungen weiter und weiter weg von unserem Stahlkern.
Führen Sie einen elektrischen Strom durch den Draht
Um die Dinge einfach und sicher, haben wir eine einzige, Größe AA, 1,5-Volt-Batterie, den Strom zu versorgen. Andere Quellen könnten mehr Leistung bieten, aber diese einfache Lösung ist überall verfügbar, leicht zu reproduzieren und kostengünstig.
Es ist auch viel sicherer als verschiedene Stromversorgungen Sie in die Wand stecken könnte. Für ein Projekt, das für Kinder / Studenten oft neu erstellt hat, lassen Sie sich einen ernsthaften Stromschlag vermeiden!
Seien Sie vorsichtig mit Strom zu spielen.
Was ist Magnet Draht, sowieso? Warum sollte ich diese Art von Draht?
Stranded HookUp Draht gegen Magnet Draht. Beachten Sie, wie viel dicker die (blau) Isolierung auf der Litze ist!
Spindelmotor von einem DVD-Player
Ein Blick ins Innere der Stromversorgung von einem Desktop-PC. Der Eingang ist AC Wechselstrom, und es gibt 12 V und 5 V Gleichstrom. Beachten Sie die vielen toroids und Transformatoren, eingewickelt in Magnetdraht.
Magnetdraht ist kein Magnet. Es ist ja nicht aus Neodym, noch an den Kühlschrank kleben bleibt. Magnetdraht haftet nicht an Stahl. Es ist eine besondere Art von Kupferdraht, der eine sehr dünne Isolationsschicht aufweist.
Müssen Sie Magnetdraht um einen Elektromagneten verwenden? Nein, könnte man fast jeden isolierten Draht verwenden.
Warum Magnetdraht anstelle der normalen Schaltdraht verwenden? Magnetdraht wird für Dinge verwendet, wo man Elektromagneten oder Elektroartigen Material benötigen. Ansehen Transformatoren, Elektromotoren oder Festplatten, und Sie werden feststellen, dass die Wicklungen von Draht alle Magnetdraht verwenden. Warum haben sie wählen das?
Magnetdraht können Sie mehr Draht in weniger Raum passen. Lassen Sie sich die Unterschiede zwischen normalen Draht und Magnetdraht vergleichen:
- Regulärer Draht Kupferdraht verseilt, mit mehreren Strängen aus dünnerem Draht verdrillt. Es ist mit relativ dicker Isolierung gewickelt.
- Magnetdraht ist Einkerndraht, und hat eine sehr dünne isolierende Beschichtung, mehr wie Lack.
Die Eigenschaften der regelmäßigen Draht sind für Kabel, die sich bewegen. Denken Sie an den Draht über Kopfhörer verwendet: es ist flexibel und langlebig. Die Kupferlitzen sind im Inneren der Lage zu biegen um, ohne das Kupfer zu brechen. Die dickere Isolation ist zäh und wieder mit normalen Verschleiß und verhindert elektrische Kurzschlüsse geschnitten zu werden.
Magnetdraht ist nicht so gut an diesen Dingen. Es ist definitiv nicht gut Draht zu machen Kopfhörer mit! Es ist nicht so flexibel, und die Isolierung ist nicht sehr dick. Für magnetische Anwendungen wie dieser Elektromagnet, aber wollen Sie wirklich so viel Draht so nah an den Stahlkern wie möglich zu erhalten. Wenn wir regelmäßig Draht mit dicker Isolierung verwenden, finden wir, dass die äußeren Schichten weiter weg vom Kern, und sind nicht so effektiv.
Da Magnetdraht neigt einmal an Ort und Stelle eingewickelt werden und dann um sich nicht bewegt, desto dünner Isolierung muss nicht ganz so haltbar sein. Dünne Isolierung ist OK hier.
Siehe die Ergebnisse!
In dem Video unten zeigen wir, wie dieser einfache Elektromagnet wie ein Magnet wirkt, wenn Strom fließt, und nicht, wenn der Strom ausgeschaltet ist. Wir messen auch die Feldstärke über sie und die Zugkraft es zu einer Stahloberfläche zur Verfügung stellt.
Willst du ein wenig mehr technische Informationen über das, was vor sich geht?
Von Flutungsgesetz, kann es, dass das Feld in einer Drahtspule, wie beschrieben abgeleitet werden:
- B = die magnetische Feldstärke in der Mitte, in Tesla (10.000 Gauss = 1 Tesla)
- uo = eine Konstante, die magnetische Permeabilität des freien Raums, 4π × 10 -7 N · A -2
- k = eine Konstante, die magnetische Permeabilität des Kernmaterials. Eisen = 5000, Stahl = 100, Air = 1.
- N / L = Anzahl der Drehungen pro Länge der Kern / Welle, ausgedrückt in Umdrehungen pro Meter
- I = Strom durch den Draht fließt, ausgedrückt in Ampere
Wenn wir in den Zahlen stecken für das, was wir gebaut, so finden wir, dass die berechnete Feldstärke viel höher als das, was wir tatsächlich gemessen. Warum ist das so? Lassen Sie uns die Tatsache ignorieren, dass wir die Feldstärke am Ende des Stahlkerns gemessen, nicht in seinem Inneren.
Dennoch ist die Formel ein guter Ausgangspunkt für die grundlegenden Beziehungen zu verstehen. Sie erhalten ein stärkeres Magnetfeld mit einem besseren Kernmaterial, mehr Windungen pro Zoll und / oder mehr Strom.
Finite-Elemente-Analyse:
Vergleichen einen Elektromagneten (oben) mit einem Neodym D5X0 Zylindermagneten (unten)
Um sich ein besseres Bild von dem, was das Magnetfeld aussieht, wir modelliert es auf dem Computer. Finite-Elemente-Analyse gibt uns eine Vorstellung davon, was das Magnetfeld der Stärke und Richtung aussieht.
Der Elektromagnet sieht viel wie ein Magnet. Die Richtung des Magnetfelds „fließt“ von einem Pol zum anderen. Verglichen mit dem Neodym-Magneten, aber ist dieser Elektromagnet nicht mehr so stark.
Wir maßen sowohl die Zugkraft und die Feldstärke dieser einfachen Elektromagneten. Mit unserem typischen Pull Force Fall 1 Verfahren des Ziehens der (Elektro-) Magneten weg von einer dicken Stahlplatte, gemessen wir etwa 1 Pfund Kraft. Dies galt für entweder 100 oder 200 Drahtwindungen um den Bolzen. Während wir die größere Anzahl von Windungen zu erwarten mehr Festigkeit zu verleihen, waren sie in etwa gleich.
Die Feldstärke unmittelbar über der Oberfläche des Bolzenende betrug etwa 295 Gauss für das 100-turn Beispiel Gauss und 380 für den 200-turn-Setup.
Fazit und Fragen
Welche Größe Elektromagnet soll ich zu einer bestimmten Neodym-Magneten Größe, um gleich benutzen? Es hängt davon ab, ob. Wie bei der letzten Frage, es hängt von den Details des Designs des Elektromagneten.
Kann ein Elektromagnet einen Neodym-Magneten abstoßen? Ja. Wenn der Strom in die richtige Richtung geht, so dass gleiche Pole der beiden Magneten zugewandt sind, einander, werden Sie Abstoßungskräfte sehen. Sie könnten finden, wo ein Neodym-Magnet mehr auf den Stahlkern als die abstoßenden Kraft angezogen, vor allem, wenn sie in der Nähe zu bekommen.
Muss ich eine Spule aus Draht verwenden, alte Keramik oder Alnicomagneten neu zu magnetisieren? Nein. Während Sie alte Anweisungen zur Wiedermagnetisierungs alte Magneten mit einer Ladevorrichtung auf der Grundlage einer Drahtspule (wie dieser Elektromagnet) finden können, können Sie das Gerät nicht heute benötigen. Da Neodym-Magneten so viel stärker sind, können Sie in der Lage sein, Ihre alten Magneten mit einigen neo Magneten ummagnetisieren. Siehe Warum Geformte Magnete wie Hufeisen für ein Beispiel.
Wird nicht ein Elektromagnet mit einem Neodym-Magneten als Kern eine bessere Leistung? Nein, nicht unbedingt. Während Neodym-Magneten groß sind ein Magnet auf sein, sie haben keine hohe relative Permeabilität, wie Stahl oder Eisen. Das ist die Eigenschaft, dass das Elektrofeldes durch den Kern zu umleiten neigt. Ein Neodym-Magnet in da, auch eine nicht-magnetisiert ein, vielleicht nur ein wenig besser als ein Luftkern sein.
Warum haben wir so viel Draht? Kann ich nicht weniger? Viele Bilder, die wir gesehen haben, viel weniger Draht verwenden. Normalerweise funktioniert dies viel weniger leistungsfähig erwiesen, weil Kraft sich mit der Anzahl der Windungen geht. Es neigt auch dazu, die Batterie mehr auslaufen zu lassen, da man so viel Strom zieht sind - im Wesentlichen die Batterie einen Kurzschluss mit einem so kurzen Stück Draht.
Beachten Sie auch, dass auch bei unserer längeren Länge von Draht, sind zeichnen wir viel mehr Strom als eine typische Batterie bereitzustellen sollte. Es ist toll für eine Demonstration, aber Sie werden sehr schnell durch Batterien gehen, wenn Sie tatsächlich nützliche Arbeit wie diese versuchen zu tun.
AA-Batterien Leistungsdiagramme, die nur bis zu 0,5 A gehen, während C und D Teige gehen bis zu 1 A. Auch auf diesen Ebenen, es sagt die Batterie sehr schnell aufbrauchen werde. In unseren Beispielen sind zeichnen wir 3 oder 4 Ampere, das ist wirklich zu viel für die kleine Batterie ist.
Seien Sie kreativ mit Magneten Draht. Lassen Sie uns wissen, welche Projekte Sie gerade arbeiten mit ihm!