Elektromágnes (fizika)

Az elektromágnes általában egy lágyvas mag, amelyet legalább egy tekercs vesz körül. A tekercsben folyó elektromos áram mágneses teret hoz létre, mely a jobbkéz-szabály szerinti irányú. Mivel az erővonalak a tekercs belsejében azonos irányúak, így a vasban mágneses fluxus alakul ki. Ez a fluxus teszi lehetővé, hogy mágnesezhető anyagokat magához vonzzon. Az elektromos áram megszűnése után elveszíti mágneses tulajdonságait.

Szemléltetés: A bekapcsolt elektromágnes (tekercs) magához vonzza a vas iratkapcsokat

Története

szerkesztés

Hans Christian Ørsted (17771851) dán fizikus 1820-ban felfedezte, hogy a vezetőben folyó elektromos áram kitéríti a mágnestűt. Ezután André-Marie Ampère (17751836) fedezte fel, hogy az áramjárta vezeték hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a mágnesrúd.

Az elektromágnes erőssége

szerkesztés

Az elektromágnes erőssége függ

  • a tekercsben folyó áram nagyságától
  • a tekercs menetszámától
  • a vasmag anyagától, relatív permeabilitásától
  • a vasmag alakjától, méretétől

Gyakorlati alkalmazásai

szerkesztés

Néhány példa a gyakorlati alkalmazására: generátor, lineáris motor, mágneses lebegtetés, teheremelő mágnes, sínfék, villanymotor, relé, elektromos mérőműszer, automata biztosító, mikrofon, hangszóró, autókürt, elektromos csengő, mágneses ajtózár, elektromágneses ágyú (kísérleti fegyver), kromatográfiás analitika, részecskegyorsító stb.

Villamosenergia-termelés

szerkesztés

Mivel a villamosenergia felhasználás nem állandó, de az erőművek generátorainak a terheléstől függetlenül állandó feszültséget kell szolgáltatniuk, a generátorokban nem használhatnak állandómágneseket. A forgórész elektromágneseinek gerjesztésének nagyságával szabályozható az előállított teljesítmény.

Lineáris motor

szerkesztés

Felépítése megegyezik a normál motorokéval, de az egész síkban ki van terítve. Az átkapcsolást elektronika vezérli.

Mágneses lebegtetés

szerkesztés

A korszerű vasúti járművek nem sínen gurulnak, hanem elektromágnesek tartják meghatározott magasságban, így elkerülve a súrlódást, rázkódást.

Teheremelő mágnes

szerkesztés

Vasanyagok, és mágnesezhető anyagok felemelésére, szállítására használják. Az elektromos áram ki- és bekapcsolásával szabályozzák, hogy a mágnes felemelje vagy elengedje az anyagot.

Kötöttpályás járműveknél a sínfék biztosítja a gyors fékezést. Az elektromágnes rugó ellenében a sínhez vonzza magát, és a nagy súrlódást kihasználva fékez.

Villamos motorok

szerkesztés

Az elektromágneses vonzás és taszítás elvén működnek az elektromotorok. Az egyenáramú motorok esetében a forgórészre szerelt kommutátor feladata, hogy a forgórészen és az állórészen mindig a megfelelő irányú mágneses tér legyen jelen. A váltakozóáramú háromfázisú motorok az állórészen lévő tekercsekkel hoznak létre forgó mágneses teret. Az egyfázisú motoroknál induktív vagy kapacitív fáziseltolással hozzák létre a forgó mágneses teret.

Elektromágneses jelfogó (relé)

szerkesztés

Ha az elektromágnes horgonyát villamos kontaktus mozgatására használjuk fel, kis elektromos jellel nagy teljesítményt kapcsolhatunk. A reed-relé esetében magukban a tekercs belsejében lévő ferromágneses érintkezőkben lép fel a vonzóerő, amely egymáshoz rántja a lágyvasakat, mivel ugyanaz az a mágneses tér mágnesezi fel a lemezeket, de egymáshoz képest eltoltan a déli pólussal szemben a másik lemez északi pólusa található.

Elektromos mérőműszer

szerkesztés

Adattárolás

szerkesztés

A mágneses hang és képrögzítés esetében a villamos jellé alakított hanggal vagy a képtartalommal a felvevőfejet (ami tulajdonképpen egy elektromágnes) táplálják, ami az előtte elhaladó mágnesezhető anyagon a jellel arányos mágneses nyomot hoz létre, ami visszaolvasható. A számítógépek mágneslemezei is ugyanezen az elven működnek, az 5,25"-os floppytól a modern winchesterekig.

Orvosi alkalmazás

szerkesztés

A diagnosztikában használt MRI (Magnetic Resonance Imaging) egy gyorsan változó, erős mágneses teret hoz létre, ennek hatását használják fel képalkotásra.

Elektromos csengő

szerkesztés

Itt az elektromágnes előtt található egy lágyvas test, amelyet egy rugalmas fémlemez tart. Ha a tekercsben áram folyik, magához vonzza a lágyvasat, és a vele összekötött kalapácsot ami megszólaltatja a csengőt. De össze van kötve egy érintkezővel is, ami ilyenkor meg is szakítja az áramkört. Az elektromágnes elveszti mágnesességét, a lágyvas visszatér eredeti pozíciójába, az áramkör újra záródik, ez a mozgás addig ismétlődik amíg a csengőgombot elengedve a táplálás meg nem szűnik.

A kenyérszeletek behelyezése után, a kar lenyomásakor (rugó ellenében) egy elektromágneshez nyomjuk a karral kényszerkapcsolatban álló lágyvas darabot. A beállított érték elérése után az elektromágnes áramellátása megszakad, tovább nem tudja megtartani a lágyvas darabot, és a rugóerő hatására a szerkezet visszatér alaphelyzetbe.