Электромагнит представляет собой особый тип магнита, в котором магнитное поле создается посредством воздействия электрического тока на этот магнит. При отсутствии тока магнитное поле исчезает, и такая особенность бывает полезной во многих областях электротехники.
Электромагнит является довольно простым прибором, потому его изготовление является довольно простым и недорогим занятием. Даже в некоторых школах показывают учащимся основную технику изготовления электромагнитов с помощью провода, гвоздя и аккумулятора. И ученики с удивлением смотрят, как быстро построенный электромагнит поднимает легкие металлические предметы, такие как скрепки для бумаг, булавки и гвозди. Но вы можете также самостоятельно сделать мощный электромагнит постоянного тока, который в несколько раз сильнее, чем те, которые делают в классах.
Итак, для начала положите пальцы на провод в 50 сантиметрах от конца. Оберните провод вокруг верхней части стального штыря (можно взять большой гвоздь), начиная с места, где ваши пальцы лежат на проводе. Выполняйте обмотку плавно и аккуратно до самого конца штыря. Дойдя до конца, начинайте обматывать провод поверх первого слоя, делая новую обмотку в направлении верха штыря. Затем снова оборачивайте проволоку назад по штырю в направлении его низа, делая второй слой. Отрежьте провод от катушки, оставив 50-сантиметровый кусок проволоки в нижней части штыря.
Далее подключите верхний медный провод к отрицательной клемме, а нижний – к положительной клемме аккумулятора. Убедитесь, что провода хорошо контактируют с клеммами. Желательно иметь кнопку включения аккумулятора, или можно поставить контактор на один из концов провода, чтобы подавать питание на электромагнит, замыкая цепь, когда это необходимо. После успешной сборки проверьте работоспособность электромагнита, поднося к нему различные металлические предметы.
Следует заметить, что чем более мощный аккумулятор вы используете, тем мощнее будет и ваш электромагнит. Увеличение напряжения аккумуляторной батареи и использование большего числа слоев электромагнитной катушки увеличивает мощность электромагнита. Но при этом нужно следить за состоянием провода, поскольку он может сильно нагреваться, что в конечном итоге может быть опасно. Если толщина проволоки будет небольшой, то такая проволока будет генерировать больше тепла.
.
Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.
В домашнем хозяйстве периодически требуются разные инструменты. Нередко приходится делать различные приспособления своими руками в том числе и электромагнит. Этот прибор очень эффективно убирает металлическую стружку, с его помощью легко отыскиваются мелкие металлические предметы. Иногда домашним мастерам хочется просто поэкспериментировать, вспомнив свои знания из школьного курса физики.
Устройство электромагнита
Классический электромагнит представляет собой устройство, в котором в то время когда через него проходит электрический ток. В самом простом электромагните, такое поле может образоваться даже вокруг обычного проводника, если он находится под напряжением.
В схему простейшего электромагнита входит ферромагнитный сердечник с намотанной обмоткой. Когда по обмотке протекает электрический ток, в сердечнике образуется мощное магнитное поле. Для совершения механических действий конструкция оборудована подвижной частью, называемой якорем. Для обмотки используется алюминиевый или медный изолированный провод. Данная принципиальная схема является основой для создания аналогичных электромагнитов своими руками в домашних условиях.
Изготовление электромагнита в домашних условиях
Для изготовления электромагнита своими руками в начале необходимо подобрать материал для сердечника. Наиболее простым и подходящим вариантом будет гвоздь больших размеров, длиной от 100 до 200 мм. Его нужно вначале сильно разогреть, а потом дать остыть и очистить от окалины. После этого гвоздь сгибается ровно пополам, а шляпка и кончик отпиливают ножовкой.
Вторым этапом будет изготовление катушки. Конструкция катушки включает следующие элементы: бумажная шейка прямоугольной формы (48х37 мм), бумажные упорные венчики (48х3 мм) и картонные ободки круглой формы с отверстием в середине. Их наружный и внутренний диаметр соответственно будет 19 и 7 мм.
После подготовки деталей можно приступать к сборке электромагнита. Шейка с более узкой стороны наматывается на гвоздь в свободном состоянии и фиксируется клеем. Далее на нижнюю и верхнюю часть шейки надеваются картонные ободки. Упорные венчики смазываются клеем, наматываются по краям шейки и приклеивается к ободкам. Клей на всех участках должен хорошо высохнуть.
Для обмотки подойдет провод, длиной примерно 15-20 метров. Проволоку наматывают на катушку с таким расчетом, чтобы по краям оставались концы по 10 сантиметров. Намотка должна быть ровной, чтобы все витки располагались плотно между собой. От этого полностью зависит мощность будущего электромагнита. Наибольшая сложность состоит в наматывании первого слоя. Каждый готовый ряд оборачивается тонкой бумагой в два слоя. По окончании обмотки вся катушка сверху оборачивается изолентой. Оставшиеся концы обмотки необходимо зачистить для дальнейшего подключения.
К полученной конструкции остается присоединить выключатель и батарейку. Таким образом, электромагнит своими руками будет полностью сделан.
Когда электричество идет по проводу, оно создает вокруг себя магнетизм. Чтобы его усилить, ты можешь либо свернуть провод спиралью, либо намотать витки вокруг чего-нибудь, сделанного из стали или железа, либо увеличить количество витков или увеличить электрический поток – а можешь сделать все вместе. Сегодня мы займемся проведением интересного опыта, и сделаем самый настоящий электромагнит.
Чтобы собрать электромагнит, тебе потребуется
Новая батарейка типа С
Примерно 1м тонкого провода в пластмассовом изоляционном покрытии
Большой, толстый стальной шуруп длиной около 8 см
Кусачки или старые ножницы
Клейкая лента (по желанию)
Металлические скрепки для бумаги
Собираем электромагнит
1. Сними изоляцию с концов провода, чтобы оголить достаточную длину проволоки, чтобы можно было прикрепить ее к контактам батарейки.
2. Отступи примерно на 10 см, а затем начни наматывать провод на шуруп и сделай около двадцати плотных, близких друг к другу оборотов вокруг него. Начав с одного конца и двигаясь к противоположному.
3. Если захочешь, можешь закрепить витки на месте клейкой лентой.
4. Продолжай наматывать провод на шуруп поверх предыдущего ряда, продвигаясь обратно к тому концу, с которого начали.
5. Просмотри, сколько скрепок притянется к концу шурупа до и после того, как ты присоединишь зачищенные концы провода к батарейке.
Постарайся подключать батарейку каждый раз только на пять или шесть секунд, иначе ее заряд быстро закончится. Чтобы сделать еще более сильный электромагнит, можешь использовать девяти вольтовою батарейку.
А ты знаешь?
Чистое железо теряет свои магнитные свойства при отсоединении от батарейки, а сталь остается намагниченной. Шуруп, возможно, останется слабым магнитом после окончания опыта.
Ты можешь изучить еще несколько увлекательных и любопытных опытов на других страницах раздела. Например, ты можешь создать , соорудить , вырастить
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.
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 . 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:
F=40550∙B 2 ∙S,
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 , 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 , 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, .
Иногда простой вопрос, например, как собрать рассыпавшиеся скрепки или, тем более, найти металлическую стружку, упавшие на ковровое покрытие, превращается в проблему. А решить-то ее совсем не сложно. Для этого нужно сделать электромагнит своими руками. Инструкция, как это сделать, показана в видео-уроке.
Видео-обучение «Электромагнит своими руками (инструкция)»
Немного из школьной физики
Этому учат еще со школьной скамьи. Предметы, способные «магнитить», бывают двух типов — магнитотвердые и магнитомягкие. Разница между ними не в плотности, а в способности вторых быстро терять свои свойства. Если предметом из железа потереть или поводить по сильному магниту, он сам «научится» притягивать мелкие предметы. А если быстро потереть половинками ножниц, ими легко можно будет «подхватывать» иголки.
Электроток, протекающий в проводе, создает вокруг него магнитное поле. Для того, чтобы сконцентрировать его в электромагните, нужно намотать провод на катушку. Магнитное поле намотанных проводов, пройдя через катушку, усилит в ней сильное магнитное поле.
Как изготовить электромагнит своими руками?
Для изготовления простейшего электромагнита нужно будет приготовить:
- медную проволоку;
- гвоздь или болт с гайкой;
- зажимы для бумаги или две пластиковые шайбы;
- канцелярский скотч или изоленту любого цвета.
Шаг первый:
- возьмите гвоздь и намотайте на него медную проволоку;
- зачистите концы проволоки.
Шаг второй:
- возьмите кусок картона и вырежьте из него прямоугольник;
- разделите прямоугольник пополам;
- сделайте легкий надрез и согните.
Шаг третий:
- в половинках картона проделайте отверстия;
- вставьте зажимы для бумаги, при сжимании картона между зажимами должен быть контакт.
Шаг четвертый:
- соедините зачищенные и скрученные концы проводов с зажимами для бумаги;
- закрепите зажимы на картоне;
- изолируйте концы зажимов скотчем с одной стороны.
Шаг пятый:
- подключите один зажим «крокодил» к полюсу батарейки;
- другой зажим соедините с проводом, намотанным на гвоздь;
- второй конец провода, идущего от гвоздя, соедините зажимом «крокодил» с батарейкой;
- сложите картон, он будет действовать по принципу выключателя;
- гвоздь будет «работать» в качестве электромагнита: получилась разомкнутая электрическая сеть.
Проверим действие собранной электромагнитной цепи. Разложим конструкцию на столе и возле гвоздя разбросаем несколько скрепок. Соединим половинки картонок вместе, замкнем цепь: скрепки под воздействием электромагнитной силы «потянутся» к гвоздю с намотанной на него проволокой.
Заработало! Представляете, как с помощью такого простого механизма можно легко выполнить скучную работу с мелкими металлическими вещичками! А если усовершенствовать изобретение, оно сможет «работать» еще эффективнее.
Кстати, силу электромагнита можно проверить с помощью специальных приборов, которые называются магнитометрами.
В качестве исходных материалов для электромагнитов кроме железа используются различные сплавы. Самые «сильные» магниты, которые изготовлены путем смешивания железа, бора и неодима. Чтобы «разорвать» несколько небольших магнитиков из этого сплава, потребуется усилие до 150 кг. Но это – в промышленном производстве.
А пока попробуйте изготовить себе помощника в поиске и удержании небольших канцелярских предметов или отходов работ в домашней мастерской своими руками. Варианты электромагнитов могут быть самые разные.
Изобретайте, выдумывайте, пробуйте!
