Από τον ηλεκτρισμό στον μαγνητισμό

ΑΠΟ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ –

View more presentations or Upload your own.

ΘΕΩΡΙΑ:

Όταν μέσα από έναν αγωγό ρέει ηλεκτρικό ρεύμα, ο αγωγός αποκτά μαγνητικές ιδιότητες. Αν τον πλησιάσουμε σε μια πυξίδα, θα παρατηρήσουμε ότι η μαγνητική βελόνα της στρέφεται. Τα μαγνητικά φαινόμενα είναι πιο έντονα, όταν ο αγωγός έχει σχήμα πηνίου, όταν δηλαδή είναι τυλιγμένος σαν ελατήριο. Τοποθετώντας μία ράβδο από σίδηρο στο εσωτερικό του πηνίου φτιάχνουμε έναν ηλεκτρομαγνήτη, στον οποίο οι μαγνητικές ιδιότητες είναι ακόμα πιο έντονες. Ο ηλεκτρομαγνήτης έλκει μαγνητικά υλικά, και έχει βόρειο και νότιο μαγνητικό πόλο, όπως ένας μόνιμος μαγνήτης, διαθέτει όμως μαγνητικές ιδιότητες μόνο όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.

Οι μαγνητικές ιδιότητες των μόνιμων μαγνητών οφείλονται στον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια γύρω από τους πυρήνες στα άτομα των υλικών αυτών. Και στους ηλεκτρομαγνήτες οι μαγνητικές ιδιότητες οφείλονται στην κίνηση ηλεκτρονίων, των ελεύθερων ηλεκτρονίων του μεταλλικού αγωγού. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται κατά μήκος του μεταλλικού αγωγού άρα κινούνται κυκλικά γύρω από τη σιδερένια ράβδο στο εσωτερικό του πηνίου. Μόνο που εδώ η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων διαρκεί μόνον όσο η πηγή είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα. Οι μαγνητικές ιδιότητες, μόνιμες ή προσωρινές, οφείλονται πάντοτε στην κίνηση ηλεκτρικών φορτίων.

ηλεκτρομαγνήτης και πυξίδα κλικ 

ηλεκτρομαγνήτης και πυξίδα (κίνηση ηλεκτρονίων) κλικ

Κλικ για εκτέλεση

Ηλεκτρομαγνήτης λέγεται το σύστημα το οποίο αποτελείται από ένα σιδερένιο πυρήνα που γύρω του είναι τυλιγμένο ένα πηνίο από μονωμένο χάλκινο σύρμα. Όταν το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα, μεταβάλλει το σιδερένιο πυρήνα σε μαγνήτη.

Η ισχύς του είναι μεγαλύτερη, αν ο σιδερένιος πυρήνας κατασκευαστεί απόμαλακό σίδηρο.

Επίσης εξαρτάται η ισχύς και από την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, που μέχρι μια ορισμένη τιμή βρίσκεται σε σχέση ευθείας αναλογίας μ` αυτή, καθώς και από το πλήθος των σπειρών του πηνίου. Οι ηλεκτρομαγνήτες δεν είναι μόνιμοι μαγνήτες. Όταν σταματήσει η παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος, σταματά και η ιδιότητα που έχει να έλκει αντικείμενα. Επειδή ένας ηλεκτρομαγνήτης ασκεί δύναμη όσο σε αυτόν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα, τον χρησιμοποιούμε σε γερανούς. Με αυτούς τους γερανούς ανυψώνουμε βαριά μεταλλικά αντικείμενα, τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά. Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης λειτουργεί, έλκει τα μεταλλικά αντικείμενα. Μετά τη μεταφορά τους διακόπτουμε τη λειτουργία του ηλεκτρομαγνήτη και τα αντικείμενα απελευθερώνονται

  ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΟ ΚΛΙΚ

Ηλεκτρομαγνήτες ακόμα χρησιμοποιούνται στα εναέρια τρένα( λόγω της μεγάλης ταχύτητας που αναπτύσσουν, τοποθετούνται ηλεκτρομαγνήτες στα τρένα και στις ράγες. Έτσι δημιουργούνται απωστικές δυνάμεις γιατί οι όμοιοι πόλοι του ηλεκτρομαγνήτη απωθούνται και έτσι το τρένο αιωρείται σε απόσταση 1 εκ από τις ράγες),

στα μηχανήματα αναπαραγωγής ήχου, στα συστήματα σήμανσης σιδηρόδρομων ή και σε καθημερινές εφαρμογές όπως στο τηλέφωνο, στο ηλεκτρικό κουδούνι, στα μικρόφωνα και στα μεγάφωνα, στις αυτόματες ηλεκτρικές κλειδαριές κλπ Αν πλησιάσουμε έναν μαγνήτη σε μια πυξίδα, θα δούμε ότι η πυξίδα παύει να δείχνει το γεωγραφικό βορρά αλλά προσανατολίζεται στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ο μαγνήτης. Κάτι τέτοιο περίπου έκανε και ο Δανός φυσικός Oersted όταν είχε ξεχάσει κοντά σε έναν αγωγό μια πυξίδα και διαπίστωσε ότι όταν ο αγωγός άρχισε να διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, η μαγνητική βελόνα της πυξίδας μετακινήθηκε.

Το ίδιο μπορείς να δεις διαδραστικά και παρακάτω. Κλείσε το κύκλωμα, ώστε να διαρρέεται από ρεύμα και θα διαπιστώσεις ότι η μαγνητική βελόνα θα μετακινηθεί.

ΚΛΙΚ

Ας δούμε όμως τώρα πώς μπορούμε να φτιάξουμε έναν απλό ηλεκτρομαγνήτη: Χρειαζόμαστε μια μπαταρία, ένα καλώδιο και ένα σιδερένιο καρφί

Τυλίγουμε το καλώδιο σφιχτά γύρω από το καρφί, αφήνοντας 20 εκ. σύρμα ελεύθερο από τις δύο άκρες του. Όταν συνδέσουμε τις άκρες αυτές με τους πόλους μιας μπαταρίας τότε έχει φτιαχτεί ένας ηλεκτρομαγνήτης που έχει τις ιδιότητες ενός απλού μαγνήτη οι οποίες όμως ιδιότητες είναι παροδικές και διαρκούν όσο διαρρέεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Σημείωση:Να χρησιμοποιήσετε καλύτερα ειδικό χάλκινο σύρμα(χρησιμοποιείται για το τύλιγμα πηνίων), όπως της παραπάνω εικόνας και όχι απλό καλώδιο, που είναι ογκώδες. Σε αυτή την περίπτωση χρειάζεται να ξύσετε λίγο στις άκρες το καλώδιο. Επίσης να έχει αρκετές σπείρες τυλιγμένες γύρω από το καρφί