démonstration Electroaimant
K-J Magnetics offre maintenant de fil magnétique. Pour célébrer la nouvelle arrivée, nous utilisons un peu de fil d'aimant pour faire un électro-aimant simple.
Vous pourriez avoir vu cela à l'école élémentaire comme la démonstration classique d'une longueur de fil enroulé autour d'un clou. Une batterie fournit un courant électrique et l'ongle devient temporairement un aimant. Dans cet article, K-J explore ce qui se passe. Nous allons également mentionner brièvement pourquoi cet exemple simple obtient au cœur de ce fil magnétique est utilisé dans tant de choses.
Un aimant permanent et un électro-aimant le même aspect, à distance.
En théorie, vous pourriez avoir un aimant permanent et un électro-aimant qui produit un champ magnétique similaire. La mesure d'une courte distance, vous ne seriez pas en mesure de les distinguer.
Comment nous avons construit une démo électro
A 2" boulon long, et une coupe jusqu'à une 1" de longueur.
Utilisation d'un noyau en acier
Nous utilisons un 1” long morceau d'un boulon en acier comme le noyau pour enrouler le fil autour. Alors que la bobine de fil serait un champ magnétique sans âme en acier, il ne serait pas loin d'être aussi forte. Le matériau en acier ferromagnétique aide à « concentrer » le champ magnétique où nous en avons besoin.
Note: Nous avons utilisé un vieux boulon d'une pile de matériel aléatoire, mais cela pourrait ne pas avoir été le meilleur choix de matériel. Le boulon de grade 5, nous avons utilisé est pas nécessairement le meilleur type d'acier pour le travail. Avec le recul, nous aurions pu avoir de meilleurs résultats avec un meilleur choix de l'acier.
Enroulez le fil magnétique autour de lui un certain nombre de fois
Lorsque vous ajoutez le fil, plus tours de fil nous donne plus de force. Il est un cas de rendements décroissants, cependant, parce que d'autres tours sont de plus en plus loin de notre âme en acier.
Exécution d'un courant électrique à travers le fil
Pour garder les choses simples et en toute sécurité, nous avons utilisé une seule taille AA, batterie 1,5 volts pour fournir l'électricité. D'autres sources pourraient fournir plus de puissance, mais cette solution simple est disponible partout, facile à reproduire et peu coûteux.
Il est aussi beaucoup plus sûr que diverses sources d'alimentation que vous pourriez brancher dans le mur. Pour un projet qui est souvent recréée pour les enfants / étudiants, évitons toute électrocution grave!
Faites attention à jouer avec l'électricité.
Qu'est-ce que l'aimant de fil, de toute façon? Pourquoi voudrais-je ce genre de fil?
Câblé HookUp fil contre Magnet Wire. Notez combien plus épais l'isolation (bleu) est sur le fil torsadé!
Moteur de broche d'un lecteur DVD
Un coup d'oeil à l'intérieur de l'alimentation d'un PC de bureau. L'entrée est un courant alternatif AC, et il délivre en sortie de courant de 12V et 5V. Notez les nombreux tores et transformateurs, enveloppé dans Magnet Wire.
fil d'aimant n'est pas un aimant. Il est pas fait de néodymium, ni bâton au réfrigérateur. fil d'aimant ne colle pas à l'acier. Il est un type particulier de fil de cuivre qui a une très mince couche d'isolation.
Avez-vous d'utiliser du fil d'aimant pour faire un électro-aimant? Non, vous pouvez utiliser à peu près tout fil isolé.
Pourquoi utiliser un fil d'aimant au lieu de fil crochet régulier? fil aimant est utilisé pour des choses où vous avez besoin électroaimants ou des trucs comme électro-aimant. Regardez les transformateurs à l'intérieur, les moteurs électriques ou les disques durs, et vous verrez que les enroulements de fil utilisent tous les fils aimant. Pourquoi ont-ils choisi cela?
fil d'aimant vous permet d'adapter plus de fil en moins d'espace. Comparons les différences entre fil régulier et fil d'aimant:
- fil régulier a brin de fil de cuivre, avec de multiples brins de fil torsadés ensemble plus mince. Il est enveloppé d'un isolant relativement épais.
- Aimant fil est un fil de base unique, et présente un revêtement isolant très mince, plus comme vernis.
Les propriétés du fil régulier sont grands pour les câbles qui se déplacent. Pensez fil utilisé sur votre casque: il est flexible et durable. Les fils de cuivre bloqués à l'intérieur sont capables de se plier autour sans casser le cuivre. L'isolation plus épais est difficile et résiste excisées à l'usure normale, ce qui empêche les courts-circuits.
fil magnétique est pas si bon à ces choses. Il est certainement pas bon fil pour faire un casque avec! Ce n'est pas aussi flexible, et l'isolation ne sont pas très épais. Pour les applications magnétiques comme cet électro-aimant, cependant, vous voulez vraiment obtenir autant fil le plus près de l'âme d'acier que vous pouvez. Si nous utilisons le fil régulier avec une isolation plus épaisse, nous verrons que les couches extérieures sont plus éloignées du noyau, et ne sont pas aussi efficaces.
Puisque le fil magnétique a tendance à s'enveloppé en place une fois et pas bougé autour, l'isolation mince n'a pas besoin d'être aussi durable. isolation mince est OK ici.
Voir les résultats!
Dans la vidéo ci-dessous, nous montrons comment cet électro-aimant simple, agit comme un aimant quand le courant circule, et ne pas lorsque le courant est éteint. Nous mesurons également la force du champ ci-dessus et la force de traction fournit à une surface en acier.
Voulez-vous un peu plus d'informations techniques sur ce qui se passe?
De la loi d'Ampère, on peut déduire que le champ intérieur d'une bobine de fil est décrit comme:
- B = la force du champ magnétique au centre, en Tesla (10 000 gauss = 1 Tesla)
- μo = une constante, la perméabilité magnétique de l'espace libre, 4π x 10 -7 N · A -2
- k = une constante, la perméabilité magnétique du matériau de base. Fer = 5000, acier = 100, Air = 1.
- N / L = nombre de spires par unité de longueur de l'âme / gaine, exprimé en tours par mètre
- I = courant circulant à travers le fil, exprimé en ampères
Lorsque nous branchons les chiffres pour ce que nous avons construit, nous constatons que la force du champ calculé est beaucoup plus élevé que ce que nous avons effectivement mesuré. Pourquoi cela est-il ainsi? Ignorons le fait que nous avons mesuré l'intensité du champ à la fin de l'âme en acier, pas à l'intérieur.
Pourtant, la formule un bon point de départ pour comprendre les relations de base. Vous obtenez un champ magnétique plus fort avec un meilleur matériau de base, plus enroulements par pouce et / ou plus de courant.
Analyse des éléments finis :
Comparer un électro-aimant (ci-dessus) avec un aimant de cylindre de néodyme D5X0 (ci-dessous)
Pour obtenir une meilleure image de ce que le champ magnétique ressemble, nous l'avons calqué sur l'ordinateur. l'analyse des éléments finis nous donne une idée de ce que la force du champ magnétique et la direction ressemble.
L'électro-aimant ressemble beaucoup à un aimant. La direction du champ magnétique « flux » d'un pôle à l'autre. Par rapport à l'aimant de néodyme, cependant, cet électro-aimant est pas aussi forte.
Nous avons mesuré à la fois la force de traction et la force du champ de cet électro-aimant simple. En utilisant notre typique Force de traction, méthode Cas 1 de tirer l'aimant (électro) à l'abri d'une plaque d'acier épaisse, on mesurait environ 1 lb de la force. Cela était vrai pour 100 ou 200 tours de fil autour du boulon. Alors que nous attendions le plus grand nombre de tours pour fournir plus de force, ils étaient à peu près identiques.
La force du champ juste au-dessus de la surface de l'extrémité du boulon était d'environ 295 Gauss pour l'exemple 100 tour, et 380 Gauss pour la configuration de 200 tour.
Conclusion et questions
Quel électro dois-je utiliser pour être égale à la taille de l'aimant néodyme spécifique? Ça dépend. Comme la dernière question, cela dépend des détails de la conception de l'électro-aimant.
un électro-aimant peut repousser un aimant néodyme? Oui. Si le courant va dans la bonne direction afin que, comme les pôles des deux aimants se font face, vous verrez des forces de répulsion. Vous trouverez peut-être des situations où un aimant néodyme est plus attiré par le noyau en acier que la force répulsive, surtout quand ils se rapprocher.
Ai-je besoin d'utiliser une bobine de fil à nouveau aimanter de vieux aimants en céramique ou Alnico? Non. Alors que vous pouvez trouver de vieilles instructions pour re-aimanter de vieux aimants avec un dispositif de recharge basé sur une bobine de fil (comme cet électro-aimant), vous ne pourriez pas besoin de cet équipement aujourd'hui. Étant donné que les aimants néodyme sont tellement plus fort, vous pourriez être en mesure de réaimanter vos vieux aimants avec des aimants néo. Voir Pourquoi aimants en forme comme Horseshoes pour un exemple.
Ne sera pas un électro-aimant effectuer mieux avec un aimant de néodyme comme le noyau? Non pas forcément. Tandis que des aimants Néodyme sont grands d'être un aimant, ils ne sont pas une perméabilité élevée par rapport comme l'acier ou le fer. C'est la propriété qui tend à rediriger le champ de l'électro-aimant à travers le noyau. Un aimant néodyme là-dedans, même un d'une non aimantée, peut seulement un peu mieux qu'un noyau d'air.
Pourquoi utiliser tant fil? Je ne peux pas utiliser moins? De nombreuses photos que nous avons vu utiliser beaucoup moins de fil. Habituellement, cela fonctionne à être beaucoup moins puissant, parce que la force augmente avec le nombre d'enroulements. Il a aussi tendance à manquer la batterie plus, puisque vous dessinez tant courant - court-circuiter essentiellement la batterie avec un court morceau de fil.
A noter également que, même avec notre plus grande longueur de fil, nous nous inspirons de façon plus courant qu'une batterie typique est destinée à fournir. Il est idéal pour une démonstration, mais vous passerez par des batteries très rapidement si vous avez réellement essayé de faire un travail utile comme ça.
piles AA ont des tableaux de bord qui ne vont jusqu'à 0,5 A, tandis que les frappeurs C et D vont jusqu'à 1 A. Même à ces niveaux, il dit que vous allez utiliser jusqu'à très vite la batterie. Dans nos exemples, nous nous inspirons 3 ou 4 ampères, ce qui est vraiment trop pour la petite batterie.
Soyez créatif avec aimant fil. Faites-nous savoir ce que vous les projets que vous travaillez avec elle!