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.

استفاده جرثقیل از اهنربای الکتریکی

#1 ساخت آهنربای الکتریکی

دانلود ویدیو

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.

ساخت آهنربای الکتریکی

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.

این را هم ببینید
باتری چیست؟

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

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

میدان مغناطیسی

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:

  • تعداد دور سیم در سیم پیچ
  • مقدار جریان عبوری از سیم پیچ
  • جنس هسته

#5 محاسبه شدت میدان مغناطیسی آهنربای الکتریکی

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

محاسبه شدت میدان مغناطیسی

  • H شدت میدان مغناطیسی بر حسب آمپر – دور بر متر (At/m) است.
  • N تعداد دور سیم پیچ است.
  • I جریان موجود در سیم پیچ بر حسب آمپر (A) است.
  • L طول سیم پیچ بر حسب متر (m) 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:

  • تفنگ های الکتریکی بازی پینت بال ‏‎(paintball)‎
  • دستگاه های بازی پین بال ‏‎(pinball)‎
  • پرینتر های ماتریس ‏سوزنی
  • سیستم سوخت رسانی انژکتوری

‏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.

کاربرد پزشکی از آهنربای الکتریکی

#2-6 کاربرد آهن ربای الکتریکی در صنعت موسیقی

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

کاربرد آهنربا تجهیزات موسیقی

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

  • بلندگو
  • گوشی
  • زنگ های الکتریکی
  • ‏تجهیزات ضبط
  • ضبط صوت

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.

مقاله بالا بخشی از بسته جامع آموزش الکترونیک (BEE) است.

ویدیوهای اصلی با کیفیت عالی (FullHD) هستند. برای مشاهده کامل بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته الکترونیک
بسته الکترونیک

به آموزش الکترونیک علاقه مندم

اگر محتوای آموزشی الکترونیک را می پسندید برای دریافت آموزش های رایگان فرم را تکمیل کنید.

شماره موبایل پشتیبانی: ۰۹۰۱۷۰۳۹۳۲۹


نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.

توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.