La force d'un électroaimant

L'électro-aimant peut devenir chaud pendant les périodes d'utilisation prolongée.

Dans ce projet scientifique, vous ferez un électro-aimant en enveloppant une bobine de fil autour d'un noyau de fer. Vous serez alors déterminer si le nombre de bobines change la force de l'électro-aimant.

Fournitures de projet recommandées

Obtenez vos fournitures de projet

Ce projet utilise un kit disponible à l'achat du Buddies science Store.

Obtenez les bonnes fournitures - sélectionné et testé pour fonctionner avec ce projet.

Passer les tracas de la recherche de fournitures. Le kit comprend cueillies à la main des fournitures pour fournir les meilleurs résultats pour ce projet.

introduction

Électroaimants. ou des aimants qui utilisent le champ magnétique créé par un courant électrique circulant à travers un fil, sont au cœur de nombreux appareils électriques, allant de simples choses comme sonnettes à des machines complexes comme les accélérateurs de particules. La force des électro-aimants varie, mais certains électroaimants sont assez forts pour soulever des trains entiers! Alors, comment fonctionne un électro-aimant? Comment courant électrique mouvement -le des charges électriques, faire un aimant?

Lorsque le courant électrique circule à travers un fil, il crée un champ magnétique. Vous pouvez le prouver à vous-même avec une boussole magnétique (voir la Science Buddies Idée Abbreviated Project en utilisant un aimant comme un détecteur de courant électrique et l'électricité, Magnétisme, -. Electromagnétisme Tutoriel pour en savoir plus). Le champ magnétique autour d'un fil droit est pas très forte. Mais si le fil est enroulé dans une bobine, les champs produits à chaque tour de la bobine ajouter pour créer un champ magnétique plus fort. Lorsque la bobine est enroulée sous la forme d'un cylindre, il est appelé un solénoïde. Lorsque le courant électrique circule à travers l'électro-aimant, cela crée un champ magnétique très similaire à celle d'un barreau magnétique (figure 1).

Si un électro-aimant se compose uniquement de fil enroulé (si elle n'a que l'air dans son milieu), puis l'aimant ne sera pas très forte. Mais si vous placez un morceau de fer au milieu de la bobine un boulon de fer, par exemple, puis le morceau de fer, appelée le noyau de l'électro-aimant, fera le champ magnétique beaucoup plus forte. Ceci est parce que le fer est ferromagnétique. Il contient beaucoup de petites zones, appelées domaines magnétiques. qui agissent comme de petits aimants. Dès que le noyau de fer est placé dans la bobine, les domaines magnétiques soient alignés avec le champ magnétique constitué par le solénoïde. En conséquence, l'intensité du champ magnétique augmente considérablement.

Dans ce projet, vous examinerez comment la force du champ magnétique produit par un électro-aimant change à mesure que le nombre de tours augmente dans la bobine.

Termes et concepts

Pour faire ce projet, vous devez faire de la recherche qui vous permet de comprendre les termes et concepts suivants:

• Électro-aimant
• Courant électrique
• Solénoïde
• Coeur
• Ferromagnétique
• domaines magnétiques

Bibliographie

• La force d'un kit électro-aimants, disponible dans le Buddies Science-. comprend:
  • 6 volts (V) de la batterie de lanterne
  • Fil magnétique revêtu d'émail, 30 AWG (75 pieds)
  • cordons de pince crocodile (2)
  • boulons de fer; environ 2 1/2 pouces de long et 1/2 pouce de diamètre (4)
• Vous aurez également besoin de recueillir ces éléments, non inclus dans le kit:
  • 220 papier abrasif (environ 1 pouce carré)
  • Ruban de masquage (1 rouleau)
  • Boîte de trombones en acier (environ 100 count)
  • Des ciseaux ou des pinces coupantes
  • En option: récipient en plastique peu profond, légèrement plus long et plus large que les boulons de fer
  • Recommandé: Un porte-serviette en papier, ou des matériaux pour faire un simple porte-bobine pour le fil d'aimant, comme un crayon et une petite boîte en carton

Procédure expérimentale

Rendre vos électro-aimants

Test de votre électro-aimants

1. Faire un tableau de données, comme le tableau 1, dans votre cahier de laboratoire.

Tableau 1. Exemple de table de données.

1. Placez les trombones dans un petit récipient peu profond. Si vous ne disposez pas d'un récipient peu profond, mettre les paperclips dans une pile sur une surface plane.
2. A partir de la bobine 50 tour, utilisez les électroaimants pour ramasser les trombones du récipient peu profond.
   1. Important: Vos électroaimants auront chaud si vous les laissez connecté à la batterie entre les deux tests. Débranchez toujours une pince crocodile lorsque votre électroaimants ne sont pas utilisés.
   2. Raccorder une extrémité de la pince crocodile rouge à la borne de la batterie « + », et l'autre extrémité à une extrémité de la bobine de fil. Assurez-vous que vous vous connectez à la partie où vous poncez l'isolation. Remarque. Dans l'électronique, il est convention standard pour utiliser le rouge pour le positif et noir pour le négatif. Votre électro-aimant va encore fonctionner quelle que soit la pince crocodile couleur que vous utilisez, mais il est une bonne habitude de pratiquer!
   3. Raccorder une extrémité de la pince crocodile noir à la borne « - » de la batterie, et l'autre extrémité à l'extrémité libre de la bobine de fil. Dès que vous faites cela, votre électro-aimant se met en marche et commence à se réchauffer, il est donc important de travailler rapidement.
   4. Appuyez sur la tête du boulon à la pile de trombones, puis retirer la bobine à une distance du plateau (figure 4). Il devrait y avoir quelques trombones attachés au boulon. Si elle ne soulève pas de trombones du tout, alors votre électro-aimant ne fonctionne pas. Voir la FAQ de l'aide.
   5. Déplacez le boulon loin du plateau, puis débranchez une pince crocodile (peu importe lequel, et vous n'avez pas besoin de déconnecter les quatre pinces crocodiles). Cela devrait transformer votre électro-off et les trombones doit se détacher du boulon.
   6. Comptez le nombre de trombones que l'aimant ramassé, et enregistrer cette valeur dans votre tableau de données.
   7. Retour tous les trombones au conteneur.

Dépannage

variations

• Essayez d'utiliser des métaux différents en tant que matériaux de base à l'intérieur de la bobine, comme l'acier, le cuivre, l'aluminium, etc. Vous pouvez utiliser des clous, des boulons, des tuyaux, des tubes, et plus encore. Pour faire des comparaisons, il serait idéal d'avoir des matériaux de base qui sont le même diamètre. Vous pouvez envelopper les bobines directement autour des matériaux de base, tel que décrit dans la procédure, ou vous pouvez faire une seule bobine (pour chaque nombre de tours que vous souhaitez tester) et le tester avec différents matériaux de base à l'intérieur. Voici une procédure pour la fabrication de bobines de sorte que vous pouvez échanger le matériel de base:
  • Ajouter un corps de bobine en enroulant plusieurs couches de papier (ou un morceau de carton mince) autour d'un échantillon de matériau de coeur.
  • Utiliser des couches suffisamment de papier ou de carton de telle sorte que la forme de la bobine va garder sa forme.
  • Tape le papier ou le carton de sorte qu'il conserve sa forme, puis le faire glisser hors de la forme de cylindre.
  • Testez la forme de bobine avec chacun des matériaux de base pour assurer qu'ils correspondent tous.
  • Enveloppez votre bobine autour de la forme de bobine, comme décrit dans la procédure principale du projet.
  • Maintenant, vous serez en mesure de glisser différents matériaux de base dans et hors de la bobine. Vous pouvez laisser le formulaire papier en place.
  • Vous pouvez également essayer une autre expérience pour voir si vous retirez le papier fait une différence dans la force de l'électro-aimant. Tester les bobines à la fois avec et sans la forme de papier à l'intérieur.
  Essayez de comparer le nombre de clips de papier qui électroaimants avec différents matériaux de base peuvent soulever.
• Qu'est-ce qui se passe lorsque vous modifiez la distance entre la bobine de fil et d'un matériau de base métallique? Par exemple, augmenter le diamètre de formulaires de base (décrit dans la variante 1) par 2, 5, 10 et 20 mm.
• Pour un complément intéressant à votre tableau d'affichage, vous pouvez mapper la forme du champ magnétique produit par vos électroaimants. Voici comment: Cartographie des champs magnétiques.
• Qu'est-ce qui se passe lorsque vous modifiez la tension appliquée à la bobine? Vous pouvez connecter deux ou trois batteries lanterne en série, ou d'utiliser un nombre croissant de batteries de cellules D en série. Comme mentionbed avant, mesurer le nombre de clips papier que vous pouvez soulever avec une bobine à chaque tension.

Foire aux questions (FAQ)

Q: Je vais avoir du mal à garder une trace de combien de tours sont dans ma bobine. Avez-vous des suggestions pour le suivi de mieux?

Q: Je vais avoir du mal à garder ma bobine propre. Toutes les idées pour garder mes virages serrés et bien alignés?

Q: Les fils sur les boulons de fer font qu'il est difficile de maintenir les spires alignées. Dois-je craindre à ce sujet?

R: Nous vous suggérons de commencer votre bobine aussi proche de la partie supérieure du boulon possible afin que vous ayez plus de votre bobine sur la partie non filetée du boulon. Les bobines 50 et 100 doivent être compatibles tour complètement sur la section non filetée du boulon. Pour les bobines et 150- 200 tour, vous devrez aller sur la partie filetée du boulon. Il sera ainsi plus difficile de garder les virages serrés les uns contre les autres, car ils ont tendance à tomber dans les filets du boulon. Ceci est bien, aussi longtemps que vous faites de votre mieux pour continuer l'emballage à un rythme encore et ne pas tasser trop s'en un seul endroit.

Q: Les ruptures de fil d'aimant lorsque je tente de décapage avec du papier de verre. Comment puis-je arrêter ça?

R: Essayez d'utiliser moins de pression. Vous n'avez pas besoin de presser le sandwich au papier de verre très bien pour enlever l'isolation d'émail qui recouvre le fil d'aimant. Essayez de pratiquer sur une feuille de fil pour obtenir une idée de la quantité de pression à appliquer au papier de verre. Si vous avez fait briser le fil d'aimant « queue » de votre bobine en dépouillant, ne vous inquiétez pas. Vous pouvez dépouiller l'isolation de la partie restante de la queue de fil. Vous n'avez pas besoin de recommencer ou de faire une nouvelle bobine tout, aussi longtemps que vous avez suffisamment de fil dénudé pour la pince crocodile à tenir.

Q: Comment puis-je savoir quand le fil est dépouillé?

A: Le fil est dépouillé lorsque la couleur rougeâtre de l'isolation d'émail est disparu, révélant le cuivre couleur or brillant, brillant,. Le fil se penchera également un diluant petit peu.

Q: Mon électro-aimant ne fonctionne pas. Comment puis-je le faire fonctionner?

A: L'électro-aimant ne pourrait pas travailler pour un certain nombre de raisons, mais la plupart d'entre eux se résument à un circuit incomplet. En d'autres termes, l'électro-aimant ne fonctionnera pas si quelque chose empêche le courant de circuler de la batterie à travers le fil.

Q: Les queues de fil métallique de l'électro-aimant continuent de tomber hors des pinces crocodile. Que puis-je faire?

R: Essayez de mettre plus en arrière le fil dans les clips, plus près de la charnière où vous pressez pour ouvrir le clip. Vous pouvez également essayer les dénudant un tronçon plus du fil aimant la queue et le pliage sur l'extrémité de la queue pour le rendre plus épais. Les pinces crocodile tenir cette section plus épaisse de fil plus facilement. Si vous avez assez de fil dénudé, vous pouvez aussi enrouler le fil autour des pointes des pinces crocodiles.

Q: Mes bobines finis viennent parce que la bande bobinée tenant l'extrémité en place est tomber. Avez-vous des suggestions pour prévenir cela?

A: Essayez d'envelopper un morceau de ruban adhésif tout autour du boulon, qui couvre la dernière partie de la bobine. Lorsque vous utilisez l'électro-aimant, la chaleur qui se forme dans l'aimant peut rendre la bande fragile, il est donc une bonne idée d'appliquer une nouvelle bande au lieu de réutiliser ancienne bande.

Q: Je vois des étincelles lorsque je connecte les pinces crocodile à la bobine. Est-ce quelque chose à vous inquiéter?

R: Non, les petites étincelles ne sont pas quelque chose à craindre. Il est tout à fait normal de voir quelques petites étincelles que vous vous connectez les pinces crocodile et le circuit.

Q: Mon électro-aimant se réchauffe et commence à sentir. Est-ce quelque chose à vous inquiéter?

A: Le courant circulant à travers le circuit va chauffer le fil. Chaque fois que vous détectez une odeur, ou peut sentir l'électro-aimant à faire chaud, débrancher l'électro-aimant de la batterie. Vous pouvez vous reconnecter l'électro-aimant après refroidisse.

Demandez à un expert

Si vous avez acheté un kit pour ce projet de Science Buddies, nous sommes heureux de répondre à toute question non couvertes par la FAQ ci-dessus.

Dans votre e-mail, s'il vous plaît suivez les instructions suivantes:

1. Quel est votre kit Buddies science numéro de commande?
2. S'il vous plaît décrire la façon dont vous avez besoin d'aide aussi complètement que possible:

Liens connexes

Si vous aimez ce projet, vous pouvez profiter d'explorer ces métiers liés:

Ingénieur Electronique - électrique

Technicien en génie électrique

Nouvelles RSS dans ce sujet

Articles Liés

• démonstration Electroaimant

• Questions et réponses - Pourquoi est-il (en détail) que les plus bobines que vous ajoutez à un électro-aimant, la

• Questions et réponses - Comment puis-je faire un électro-aimant