کویل الکترومغناطیس چگونه کار میکند؟

سیم پیچ یک رشته سیم الکتریکی با یک یا چند دور است که مخصوص تولید میدان مغناطیسی می باشد. سیم پیچ معمولاً برای افزایش قدرت میدان مغناطیسی استفاده می شود. هرچه تعداد دور های سیم پیچ بیشتر باشد، میدان مغناطیسی قوی تر خواهد بود. میدان های مغناطیسی هر دور سیم از مرکز هسته می گذرد و یک میدان مغناطیسی قوی تولید می کنند. پیشنهاد میکنم ابتدا مقاله الکترومغناطیس را بخوانید.

ایجاد میدان مغناطیسی با سیم پیچ

حرکت ذرات باردار باعث ایجاد میدان های مغناطیسی می شود. این اتفاق اولین بار در اوایل قرن نوزدهم مشاهده شد. در طی یک آزمایش مشاهده شد که وقتی جریان الکتریکی از طریق سیم عبور می کند، جهت عقربه یک قطب نما تغییر می کند. وقتی جریان از سیم عبور نمی کند، قطب نما به تراز اصلی خود در شمال / جنوب با میدان مغناطیسی زمین برمی گردد. بنابراین از این آزمایش نتیجه گرفته شد که الکترون هایی که از طریق یک سیم پیچ حرکت می کنند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند، چیزی که با نبود جریان وجود ندارد.

ذرات باردار فقط هنگام حرکت میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. آزمایش انجام شده در قرن نوزدهم نشان داد که سیم حامل جریان الکتریکی در واقع یک آهنربا است. از آنجایی که الکترون ها همه از طریق سیم در یک جهت حرکت می کنند، یک میدان مغناطیسی کاملاً مشخص شده در اطراف سیم وجود دارد. قدرت میدان مغناطیسی متناسب با میزان جریان عبوری از سیم است. افزایش جریان باعث افزایش قدرت میدان مغناطیسی می شود. وقتی هیچ جریانی از سیم پیچ عبور نکند، هیچ میدان مغناطیسی نیز وجود نخواهد داشت.

قدرت میدان مغناطیسی با تعداد حلقه های سیم پیچ متناسب است و با افزایش حلقه های سیم پیچ قدرت میدان مغناطیسی افزایش می یابد.

اگر جریان در جهت عقربه های ساعت در اطراف سیم پیچ جریان داشته باشد، در این صورت سیم پیچ قطب جنوب خواهد بود. از طرف دیگر، اگر جریان در خلاف جهت عقربه های ساعت در اطراف سیم پیچ جریان داشته باشد، در آن صورت سیم پیچ قطب شمال خواهد بود.

سیم پیچ ها هر بار که جریان الکتریکی از آن ها عبور می کند مانند آهنربا های دارای قطب شمال و جنوب عمل می کنند که آهنربای الکتریکی نامیده می شوند.

سیم مگنت چیست؟

سیم مگنت رسانای عایق بندی شده است که برای تبادل انرژی الکتریکی با انرژی مغناطیسی استفاده می شود. معمولاً با لایه ای نازک از عایق با مس یا آلومینیوم پوشانده می شود. سیم مگنت سه نوع دارد: سیم لعابی، سیم رسانا و ترکیب این دو. آن ها معمولاً برای سلف ها، موتور ها، پتانسیومتر ها، آهنربا و سایر کاربرد هایی که به سیم پیچ های محکم نیاز دارند، استفاده می شوند.

مقاله آهنربا الکتریکی را بخوانید.

افزایش قدرت میدان مغناطیسی با هسته فرو مغناطیسی

مواد فرو مغناطیسی عناصری هستند که می توانند به راحتی مغناطیسی شوند و معمولاً از فولاد، کبالت، آلیاژ های نیکل و آهن نرم ساخته می شوند. مواد فرو مغناطیسی به شدت نسبت به آهنربا واکنش نشان می دهند. قرار دادن این مواد در یک مدار مغناطیسی منجر به شار مغناطیسی متمرکز و متراکمی می شود که میدان مغناطیسی ناشی از جریان سیم پیچ را تقویت می کند.

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک الکترون می تواند بر جهت گیری میدان ایجاد شده توسط الکترون های مجاور که یک “حوزه مغناطیسی” تولید می کنند، تأثیر بگذارد. این جایی است که همه الکترون ها دارای میدان مغناطیسی همسو هستند. یک حوزه مغناطیسی، ناحیه ای در داخل یک ماده مغناطیسی است که در آن مغناطیس کنندگی در یک جهت یکنواخت است. این مسئول رفتار مواد فرو مغناطیسی است.

القای ولتاژ و جریان با آهنربا متحرک و سیم پیچ ثابت

قانون القای فارادی بیان می کند که یک میدان مغناطیسی متغیر، یک نیروی محرکه الکتریکی (EMF) را در یک حلقه سیم القا می کند. نیروی محرکه الکتریکی باعث حرکت الکترون ها و تشکیل جریان می شود. تغییر مساحت حلقه سیم و تغییر زاویه بین حلقه و میدان مغناطیسی می تواند جریان را القا کند.خاصیتی که مستقیماً باعث ایجاد نیروی الکتریکی می شود (emf) به عنوان شار مغناطیسی شناخته می شود. شار مغناطیسی معیاری از کل میدان مغناطیسی است که از یک حلقه سیم عبور می کند و هنگامی که این میدان تغییر کند باعث ایجاد یک نیروی محرکه الکتریکی می شود.

برای تولید جریان الکتریکی می توانیم از آهنربا و یک سیم پیچ استفاده کنیم. در تصویر بالا، حرکت آهنربا به داخل و خارج سیم پیچ ثابت باعث ایجاد جریانی در سیم پیچ می شود و این به دلیل حرکت فیزیکی شار مغناطیسی است. هرچه سرعت حرکت آهنربا بیشتر باشد، میزان جریان تولیدی نیز بیشتر خواهد بود. وقتی آهنربا ثابت است، دیگر هیچ جریانی در سیم پیچ وجود ندارد. درصورتی که آهنربا ثابت و سیم پیچ متحرک باشد نیز به همین صورت جریان ایجاد می شود. اگر سیم پیچ را به عقب و جلوی آهنربای ثابت حرکت دهیم، جریان الکتریکی در سیم پیچ القا می شود.