از آهنربای الکتریکی چه استفاده هایی می شود

از آهنربای الکتریکی چه استفاده هایی می شود را از سایت هاب گرام دریافت کنید.

آهنربای الکتریکی

آهنربای الکتریکی نوعی آهنربا است که در آن میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی تولید می‌شود. زمانی که جریان قطع شود، میدان مغناطیسی ناپدید می‌شود. آهنرباهای الکتریکی موارد استفاده گسترده‌ای به عنوان اجزای دیگر وسایل الکتریکی دارند. مانند موتورها، مولدها، رله‌ها، بلندگوها، دیسک‌های سخت، دستگاه‌های ام آر آی، ابزارهای علمی و دستگاه‌های جداسازی مغناطیسی و همچنین به عنوان آهنرباهای صنعتی در جرثقیل‌ها برای بلند کردن و جابه‌جا کردن قطعه‌های سنگین آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جریان الکتریکی جاری در یک سیم، میدانی مغناطیسی اطراف سیم ایجاد می‌کند. (شکل را ببینید).

برای متمرکز کردن میدان مغناطیسی درون آهنربای الکتریکی، سیم به صورت سیم پیچ (چند دور سیم که در کنار هم قرار گرفته‌اند) درآورده شده‌است. میدان مغناطیسی هر دور سیم از مرکز هسته می‌گذرد و میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‌کند. سیم پیچ به شکل لوله را سیم لوله می‌نامند (solenoid). سیم لوله‌ای که به شکل یک چنبره درآمده‌است، یعنی دو انتهای آن به هم متصل شده‌اند را سیم پیچ حلقوی (toroid) می‌نامند. اگر هسته‌ای فرو مغناطیس مانند آهن نرم استفاده شود، میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی تری ایجاد می‌شود. هسته فرو مغناطیس میدان ناشی از سیم پیچ را تا هزاران برابر تقویت می‌کند؛ که این ناشی از ضریب گذر دهی مغناطیسی بسیار بالای مواد فرو مغناطیس است. این آهن‌ربا را آهن‌ربای فرو مغناطیسی می‌نامند. جهت میدان مغناطیسی گذرنده از میان یک سیم پیچ را می‌توان توسط قانون دست راست تعیین کرد. اگر انگشتان دست راست را به دور سیم پیچ و در جهت جریان (جریان قراردادی) خم کنید، انگشت شست جهت جریان در مرکز سیم پیچ را نشان می‌دهد. سمتی که خطوط میدان مغناطیسی از آن خارج می‌شود قطب N آهن‌ربا تعریف می‌شود. برتری اصلی یک آهن‌ربای الکتریکی بر یک آهنربای دائمی این است که میدان مغناطیسی می‌تواند با کنترل مقدار جریان الکتریکی، به مقدار زیادی تغییر داده شود. هرچند، برای حفظ میدان مغناطیسی، جریان الکتریکی دایمی مورد نیاز است.

هسته آهنی چگونه کار می‌کند[ویرایش]

هسته آهنربا (معمولاً آهن) از فازهای کوچکی به نام حوضه مغناطیسی تشکیل شده‌است که مانند آهنرباهای کوچکی عمل می‌کنند. قبل از ایجاد جریان در آهنربای الکتریکی، حوضه‌های مغناطیسی در جهات تصادفی قرار دارند، بنابراین میدان‌های مغناطیسی کوچک یکدیگر را خنثی می‌کنند و هسته آهنی در کل میدان مغناطیسی قابل توجهی ندارد. زمانی که جریان الکتریکی در سیمی که دور هسته پیچیده‌است، برقرار می‌شود، میدان مغناطیسی اش به آهن نفوذ می‌کند و حوضه‌های مغناطیسی را می‌چرخاند و با خود هم راستا می‌کند؛ بنابراین میدان‌های مغناطیسی کوچک حوضه‌ها به میدان مغناطیسی سیم اضافه می‌شوند و میدان مغناطیسی قوی به وجود می‌آورند که از هسته به سمت فضای اطراف آن خارج می‌شود. هرچه جریان الکتریکی که از سیم عبور می‌کند زیادتر باشد، حوضه‌های مغناطیسی بیشتری با میدان مغناطیسی آن هم راستا می‌شوند و در نتیجه میدان مغناطیسی قوی تری به وجود می‌آید. در نهایت تمام حوضه‌های مغناطیسی با میدان سیم همراستا می‌شوند و افزایش جریان تنها باعث افزایش جزئی در میدان مغناطیسی می‌شود این حالت را اشباع مغناطیسی می‌نامند. زمانی که جریان در سیم پیچ قطع می‌شود، اکثر حوضه‌های مغناطیسی نظم خود را از دست می‌دهند و به جهتی تصادفی می‌چرخند و میدان از بین می‌رود. هرچند، مقداری از نظم به خاطر اینکه حوضه‌ها بر ای چرخاندن میدان مغناطیسی خود با مخالفت رو به رو می‌شوند، باقی می‌ماند و هسته را دار ای خاصیت آهن‌ربایی دایمی ضعیفی باقی می‌گذارد. به این پدیده پسماند مغناطیسی می‌گویند.

تاریخچه[ویرایش]

دانشمند دانمارکی هانس کریستین اورستد در سال ۱۸۲۰ میلادی کشف کرد که جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. در سال ۱۸۲۴ دانشمند انگلیسی به نام ویلیام استورجن آهنربای الکتریکی را اختراع کرد. اولین آهنربای الکتریکی او قطعه آهنی به شکل نعل اسب بود که ۱۸ دور سیم مسی لخت دور آن پیچیده شده بود (در آن زمان سیم روکش دار موجود نبوده‌است). آهن با لاک از سیم پیچ عایق شده بود. زمانی که جریانی از سیم پیچ گذر می‌کرد، آهن خاصیت آهنربایی پیدا می‌کرد و دیگر قطعات آهن را می‌ربایید. زمانی که جریان قطع می‌شد این خاصیت را از دست می‌داد. استورجن قدرت این پدیده را این‌طور نمایان ساخت که با گذر جریان ناشی از یک باتری تک سلولی، آهن به وزن ۷ اونس (تقریباً۲۰۰ گرم)، می‌توانست ۹ پوند (تقریباً ۴ کیلوگرم) را بلند کند.

آهنرباهای ستورجن ضعیف بودند به خاطر اینکه او از سیم بدون روکش استفاده می‌کرد بنابراین تعداد دورهای سیم تنها به یک لایه محدود می‌شد. در ابتدای سال ۱۸۲۷ دانشمند آمریکایی جوزف هنری آهن‌ربای الکتریکی را بهبود بخشید و معروف کرد. با عایق کردن سیم با لایه‌ای از ابریشم او قادر بود سیم را چندین لایه دور هسته بپیچد و آهنرباهایی قوی با هزاران دور سیم پیچ ایجاد کند. مخصوصاً آهنربایی را که می‌توانست ۲۰۶۳ پوند (۹۳۶ کیلوگرم) را بلند کند. اولین استفاده گسترده آهنرباهای الکتریکی برای تولید صدا در تلگراف بود.

نظریه حوضه‌های مغناطیسی و طرز کار هسته‌های فرو مغناطیس اولین بار توسط دانشمند فرانسوی پیر-ارنست ویس در سال ۱۹۰۶ پیشنهاد شد؛ و نظریه دقیق مکانیک کوانتومی مدرن فرو مغناطیس در سال ۱۹۲۰ توسط هایزنبرگ، لانداو، بلوخ و دیگران تدوین شد.

موارد مصرف آهنرباهای الکتریکی[ویرایش]

آهنرباهای الکتریکی به طور گسترده‌ای در دستگاه‌های الکتریکی و الکترومغناطیسی استفاده می‌شوند. شامل:

آنالیز آهنرباهای الکتریکی فرومغناطیس[ویرایش]

میدان مغناطیسی آهنرباهای الکتریکی در کل با قانون آمپر به دست می‌آید؛ که می‌گوید انتگرال میدان مغناطیسی H اطراف هر سطح بسته‌ای برابر است با جمع جریان جاری در سیم پیچ. معادله دیگری نیز استفاده می‌شود که میدان مغناطیسی را بر اساس هر جز از جریان به دست می‌دهد و قانون بیوساوار نام دارد. محاسبه میدان مغناطیسی و نیروی ناشی از ماده فرومغناطیس به دو دلیل مشکل است. اول، به این خاطر که شدت میدان در هر نقطه به صورت پیچیده‌ای متفاوت است، مخصوصاً خارج هسته و در شکاف‌های هوایی، که باید میدان‌های حاشیه‌ای و نشتی مغناطیسی در نظر گرفته شوند. دوم، میدان مغناطیسی B و نیرو توابعی غیرخطی از جریان و متناسب با رابطه غیر خطی B و H برای ماده مورد استفاده در هسته هستند. برای محاسبه دقیق، نرم‌افزارهایی استفاده می‌شوند که می‌توانند مدلی از میدان مغناطیسی بر اساس

منابع[ویرایش]

مقاله اصلی در ویکی‌پدیای انگلیسی

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

آهنربای الکتریکی چیست؟

به همان سادگی که شما می توانید یک استیکر را به بدنه ی یخچال بچسبانید، یک جرثقیل الکتریکی می تواند چندین تن آهن را از زمین بلند کرده و جا به جا کند.
جرثقیل الکتریکی مثالی کاربردی و ملموس از کاربرد آهنربای الکتریکی و مفاهیم الکترومغناطیس است.

در این مقاله سعی داریم به مفهوم الکترومغناطیس که در شاخه الکترونیک بسیار حساس و کاربردی می باشد، نگاه متفاوتی داشته باشیم
با بیان چگونگی ساخت و کارکرد یک آهنربای الکتریکی ساده شما را به دنیای الکترومغناطیس علاقه مند سازیم.

#1 ساخت آهنربای الکتریکی

پس از اثبات تاثیر جریان الکتریکی بر میدان مغناطیسی، یک دانشمند انگلیسی به نام ویلیام استورجن موفق شد تا
برای اولین بار در سال 1824 یک آهنربای الکتریکی بسازد.

ساده ترین نوع آهنربای الکتریکی را می توان با پیچیدن یک تکه سیم عایق شده به دور یک هسته آهنی نرم (پیچ یا میخ بزرگ) ساخت.

حتما دقت داشته باشید که پس از پیچاندن سیم به دور میله، در دو سر میله دو تکه از سیم برای اتصال به منبع تغذیه آزاد باشد.

دو سر سیم را به باتری وصل کنید و می توانید برای نگه داشتن سیم روی باتری از چسب نواری استفاده کنید.

به این ترتیب جریان الکتریکی باتری وارد سیم خواهد شد و
می توان اینطور نتیجه گرفت که با قرار دادن این میخ در میدان مغناطیسی ویژگی های الکترومغناطیس در آن القا شده است.

همین امر سبب می شود تا فلزات سبکی مانند پونز به سرعت جذب میخ شوند.

هرگاه جریان قطع شود، میدان مغناطیسی نیز ناپدید شده و میخ خاصیت آهنربایی خود را ازدست خواهد داد.

#2 قانون دست راست

آهنربای الکتریکی هم مانند هر آهن ربای دائمی دارای دو سر مثبت و منفی می باشد.

برای پیدا کردن قطب های این آهنربا کافیست طبق قاعده قانون دست راست عمل کنید.

باید سیم پیچ را طوری در دست راست خود بگیریم که چهار انگشت در جهت جریان پیچیده شده و
بر روی آهنربا قرار بگیرد، اکنون انگشت شست قطب N را نشان خواهد داد.

#3 فرومغناطیس

مواد فرومغناطیس به موادی گفته می شود که می توان آن ها را مغناطیسه کرد و
معمولا از آلیاژهای آهن نرم، فولاد یا نیکل ساخته شده اند.

اگر به عنوان هسته سیم پیچ، از ماده فرومغناطیس مثل آهن استفاده کنیم، میدان ‏مغناطیسی قوی تری تولید می شود و
به آن “هسته-فرومغناطیس” یا “آهنربای الکتریکی فرومغناطیسی” می گوییم.

چنانچه هسته از مواد فرومغناطیسی مانند آهن، نیکل و یا هر ترکیبی از آلیاژ این فلزات باشد،
چگالی شار مغناطیسی اطراف سیم پیچ به طور قابل توجهی تغییر خواهد کرد.

#4 میدان مغناطیسی آهنربای الکتریکی چیست؟

این آهنربای الکتریکی را می توان حتی بدون پیچ یا میخ فلزی هم ساخت ولیکن
میدان مغناطیسی سیم پیچ با هسته آهنی بسیار قوی تر از سیم پیچ بدون هسته است زیرا
میله فلزی درون سیم پیچ شدیدا مغناطیسی شده و میدان آن بر میدان پیچ یا میخ منطبق است.

میزان جریان عبوری در آهنربای دارای میله فلزی نیز به مراتب بیشتر از میزان جریان در سیم پیچ بدون میله است.

میدان مغناطیسی که به وسیله این آهنربای الکتریکی تولید می شود مانند یک شمش مغناطیسی، قطب شمال و جنوب مشخصی دارد و
شار مغناطیسی آن متناسب با جریانی است که از سیم پیچ می گذرد.

قانون آمپر بیان میکند که جریان الکتریکی جاری در یک سیم، یک میدان مغناطیسی در اطرافش ایجاد می کند.

به همین دلیل هرچه تعداد دوری که سیم به دور میله پیچیده شود، بیشتر گردد تراکم میدان های حاصل از آن نیز بیشتر شده و
شاهد میدان مغناطیسی قوی تری خواهیم بود.

به طور خلاصه، میتوان شدت میدان مغناطیسی یک سیم پیچ را به سه عامل زیر مرتبط ساخت:

#5 محاسبه شدت میدان مغناطیسی آهنربای الکتریکی

پارامترهای مورد نیاز در محاسبه شدت میدان مغناطیسی به صورت زیر است:

تفاوت بین آهنربا های الکتریکی با آهنربا های دائمی در این است که
آهنرباهای الکتریکی فقط با عبور جریان از میان خود می ‏توانند نقش جذب اشیای فلزی را داشته باشند.

به همین علت مزایای متعددی را برایشان خواهد داشت و سبب گسترش کاربردهای آهنربا های الکتریکی شده است.

قدرت ربایش مغناطیسی آهنربای الکتریکی قابل ‏کنترل است و
می تواند به دلخواه روشن و خاموش شود.

به همین علت است که در صنعت و تحقیقات که نیاز به تعاملات مغناطیسی هست از این مدل استفاده می کنند.

#6 کاربردهای آهن ربای الکتریکی

کاربردهای آهنربا های الکتریکی در صنایع مختلف بدون حد و مرز است.

از ماشین های صنعتی بسیار بزرگ تا قطعات الکترونیکی کوچک و در حقیقت هر جا که
به یک میدان مغناطیسی کنترل شده نیاز باشد از آهنربای الکتریکی استفاده می شود.

برای نمونه هایی از کاربرد آهنربای الکتریکی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

‏علاوه بر این، آهنرباهای الکتریکی به پیشبرد پژوهش ها و آزمایش های علمی، هم چون حوزه ابر رسانش و شتاب ‏دهی سریع، هم کمک فراوانی کرده است.

#1-6 کاربرد آهن ربای الکتریکی در علوم پزشکی

توانایی آهن ربای الکتریکی در تولید میدان های مغناطیسی بسیار قوی با مقاومت کم و ‏بازده بالا سبب شده تا
بیشتر در تجهیزات علمی و پزشکی مورد توجه قرار بگیرد.

از جمله می توان به ماشین های “تصویرسازی تشدید مغناطیسی” یا همان ‏MRI‏ ‏در بیمارستان ها اشاره کرد که
در تشخیص دقیق تر بسیاری از بیماری ها به کمک علم پزشکی آمده است.

#2-6 کاربرد آهن ربای الکتریکی در صنعت موسیقی

از دیگر کاربردهای آهنربای الکتریکی میتوان به تجهیزات موسیقی اشاره کرد.

از جمله تجهیزات صنعت موسیقی، می توان موارد زیر را نام برد:

در صنعت رسانه و سرگرمی نیز برای ساخته شدن وسایل و قطعات ‏مورد نیاز، مانند دستگاه ضبط نوار و دیسک های سخت، به طور گسترده از خواص آهنربا های الکتریکی استفاده می شود.

#7 آهنربای الکتریکی پرقدرت

ساخت آهنرباهای الکتریکی پرقدرت مسأله مهندسان در کاربردهای مختلف برای دستگاه ها، از جمله معلق نگه داشتن اجسام مختلف است.

برای اینکه بتوانیم جریان های بزرگی را بکار ببریم، سیم پیچ ها باید از سیم های به مراتب کلفت تر ساخته شوند تا
گرم و یا گداخته شدن سیم پیچ، جلوگیری شود.

به همن منظور گاهی بجای سیم از لوله های مسی استفاده می شود که
در آن جریان نیرومند آب برای خنک کردن سریع دیواره های لوله که جریان از آن می گذرد گردش می کند.

ولیکن واضح است که با سیم پیچی که از سیم کلفت یا لوله ساخته شده است ایجاد تعداد زیادی دور در واحد طول ناممکن است.

با بهره گیری از ابررسانا ها در سیم پیچهای مغناطیسی، پیشرفت زیادی را در ایجاد میدان های مغناطیسی به وجود آورده است که
به کار بردن جریان های شدید را مقدور می سازد.

منبع مطلب : namatek.com

مدیر محترم سایت namatek.com لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.