Электромагнитная катушка 12 вольт своими руками. Электромагнит

Электромагнит - искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения электрического тока по охватывающей его обмотке, т.е. при пропускании тока через катушку помещенный внутри нее сердечник приобретает свойства естественного магнита.

Область применения электромагнитов очень обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях. Наиболее часто электромагниты и соленоиды используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза.

Так, например, грузоподъемный электромагнит является очень удобным, производительным и экономичным механизмом: для закрепления и освобождения транспортируемого груза не требуется обслуживающий персонал. Достаточно положить электромагнит на перемещаемый груз и включить электрический ток в катушку электромагнита и груз притянется к электромагниту, а для освобождения от груза необходимо лишь отключить ток.

Конструкция электромагнита легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками?

Как работает электромагнит (теория)

Если по проводнику протекает электрический ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле. Так как ток может течь только тогда, когда цепь замкнута, то проводник должен представлять собой замкнутый контур, как, например, круг, который является простейшим замкнутым контуром.

Раньше проводником, свернутым в круг, часто пользовались для наблюдения действия тока на магнитную стрелку, помещенную в его центре. В этом случае стрелка находится на равном расстоянии от всех частей проводника, благодаря чему легче можно наблюдать действие тока на магнит.

Чтобы усилить действие электрического тока на магнит, можно прежде всего увеличить ток. Однако, если обогнуть проводник, по которому протекает какой-то ток, два раза вокруг охватываемого им контура, то действие тока на магнит удвоится.

Таким образом можно во много раз увеличить это действие, огибая проводник соответствующее число раз вокруг данного контура. Получающееся при этом проводящее тело, состоящее из отдельных витков, число которых может быть произвольным, называется катушкой.

Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник . Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.

Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:

F=40550∙B 2 ∙S,

где F - сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B - индукция, Тл; S - площадь сечения электромагнита, м2.

То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:

Здесь U0 - магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U - магнитная проницаемость среды, N/L - число витков на единицу длины соленоида, I - сила тока.

Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника - средой является воздух.

Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.

В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.

Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!

Всё что нужно запомнить для начала - это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит , а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.

Практика

Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.

Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного - нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером - будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.

Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.

В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.

10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:

1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.

2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество - магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.

3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле - R=p*L/S

4. Если ток будет слишком большим - катушка сгорит

5. При постоянном токе - ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.

6. При работе на переменном токе - электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты - для уменьшения потерь и токов Фуко.

7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.

8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.

9. Сердечники электромагнитов постоянного тока

10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.

3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике

Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит - использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник - болт или гвоздь.

Второй вариант - использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах - реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать - снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.

Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки , они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.

Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, .

Для того дабы сделать сильный электромагнит , возьмите отличный магнитопровод, обмотайте его изолированным проводником и подключите к источнику тока. Мощность такого электромагнит а дозволено регулировать разными методами.

Вам понадобится

кусок низкоуглеродистой электротехнической стали цилиндрической формы, отчужденный медный провод, источник непрерывного тока.

Инструкция

1. Возьмите заготовку из электротехнической стали и старательно, виток к витку обмотайте ее изолированным медным проводом. Провод возьмите среднего сечения, для того, дабы вместилось как дозволено огромнее витков, но в то же время не слишком тонкий, дабы он не перегорел от крупных токов.

2. Позже этого подсоедините провод к источнику непрерывного тока через реостат, если в самом источнике нет вероятности регулировать напряжение. Для такого магнита абсолютно довольно источника, тот, что выдает до 24 В. Позже этого переведите ползунок реостата на наивысшее сопротивление либо регулятор источника на минимальное напряжение.

3. Медлительно и осмотрительно увеличивайте напряжение. При этом появится характерная вибрация, сопровождаемая звуком, тот, что дозволено слышать при работе трансформатора – это типично. Непременно контролируйте температуру обмотки, от того что от этого зависит продолжительность работы электромагнит а. Доведите напряжение до того значения, при котором медный провод начнет очевидно нагреваться. Позже этого отключите ток и дайте обмотке остынуть. Вновь включите ток и с подмогой таких манипуляций обнаружьте наивысшее напряжение, при котором проводник не будет нагреваться. Это и будет номинальный режим работы сделанного электромагнит а.

4. Поднесите к одному из полюсов работающего магнита тело из вещества, которое содержит сталь. Оно должно прочно притянуться к пятаку магнита (пятаком считаем основание стального сердечника). Если сила притяжения неудовлетворительна, возьмите провод с большей длиной и наложите витки несколькими слоями, пропорционально увеличивая магнитное поле. При этом сопротивление проводника увеличится, и его регулировку необходимо будет проводить вновь.

5. Дабы магнит класснее притягивал, возьмите сердечник подковообразной формы и обмотайте проводом его прямые участки – тогда поверхность притяжения и его сила увеличится. Дабы увеличить силу притяжения, сделайте сердечник из сплава железа и кобальта, проводимость магнитного поля которого несколько выше.

Люди давным-давно подметили, что при пропускании электрического тока через катушку, намотанную из металлического провода, создается магнитное поле. А если, поместить внутри этой катушки какой-нибудь металл, ферромагнетик (сталь, кобальт, никель и т.п.), то результативность магнитного поля повышается в сотни, а то и в тысячи раз. Так и возник на свет электромагнит , тот, что и в наше время является необходимой частью многих электротехнических устройств.

Вам понадобится

Гвоздь, плоскогубцы, эмалированный провод, кембрик (изоляция от проводов), источник питания, бумага, изолента.

Инструкция

1. Возьмите толстый гвоздь и плоскогубцами откусите от него острый кончик. Место среза обработайте напильником, так дабы торец гвоздя был ровным и гладким. После этого, обожгите его в печке, дайте ему самому остыть на воздухе и отчистите от нагара.

3. Возьмите эмалированный провод и плотно, виток к витку намотайте его на кембрик, когда намотаете один слой, оберните его бумагой и наматывайте дальнейший. Чем огромнее намотаете витков, тем огромнее будет результативность электромагнит а. Позже окончания намотки выведите провода наружу, оберните конечный слой обмотки бумагой и замотайте изолентой. Очистите концы проводов от эмали и подключите их к источнику тока, электромагнит будет притягивать к себе металлические предметы.

Видео по теме

Обратите внимание!
Не подключайте электромагнит на основе гвоздя к сетевому напряжению в 220 вольт.

Полезный совет
Отличнее каждого применять непрерывный ток, результативность будет огромнее. Для переменного тока, сердечник уместно сделать наборный из электротехнической стали, скажем от ветхого трансформатора, дабы минимизировать вихревые токи, возникающие в нем. Чем огромнее площадь сердечника, тем результативней электромагнит.

Источником тока именуется устройство, где происходит реформирование энергии какого-нибудь вида в электрическую энергию. В нем происходит работа, в основе которой лежит распределение правильно и негативно заряженных частиц, накапливающихся на полюсах источника.

Вам понадобится

угольный стержень, нашатырный спирт, клейстер, цинковый сосуд, оцинкованное сталь, поваренная соль, питьевая сода, монеты, лимон, яблоко, вольтметр, гальванометр

Инструкция

1. Сделайте химический источник тока , в котором за счет химических реакций произойдет реформирование внутренней энергии в электрическую.Примером этому служит гальванический элемент, где угольный стержень вставлен в цинковый сосуд.

2. Разместите стержень в полотняный мешочек, заблаговременно наполните его смесью угля с оксидом марганца.

3. Используйте в элементе клейстер из муки на растворе нашатырного спирта. Во время взаимодействия цинка с нашатырем, угольный стержень приобретает правильный заряд, а цинк – негативный. Между цинковым сосудом и заряженным стержнем возникнет электрическое поле. В этом источнике тока позитивным электродом будет являться уголь, негативным – цинковый сосуд.

4. Сделайте батарею, объединив несколько сходственных гальванических элементов. Источники тока на этой основе применяются в ИБП, а также в бытовых самостоятельных электроприборах. На их основе производят аккумуляторы для автомобилей, электромобилей и сотовых телефонов.

5. Возьмите электрическую лампу без стеклянного баллона, вверните ее в патрон, заблаговременно укрепленный на подставке. Объедините с гальванометром. Если нагреть место соединения спирали с проволочкой спичкой, то прибор покажет присутствие тока .

6. Возьмите яблоко либо лимон и воткните в него медную проволоку. Прикрепите на маленьком расстоянии оцинкованное сталь. Получится батарейка, т.е. гальванический элемент. Если измерить вольтметром напряжение на этой батарейке, то оно будет около 1 В. Дозволено также сделать огромную батарею, подключив элементы ступенчато.

7. Возьмите по пять «белых» и «желтых» монет. Разложите их, чередуя между собой. Проложите между ними прокладки, исполненные из газеты, заблаговременно смоченной в растворе традиционной поваренной соли. Поставьте их столбиком и сожмите. Подсоединив вольтметр к первой «белой» и последней «желтой» монете, дозволено найти напряжение, а прикоснувшись, даже получить легкий удар электрическим током. Все металлические детали заблаговременно следует очистить от жира.

Видео по теме

Создание сильных электромагнитов – это трудная техническая задача. В промышленности, как, собственно, и в повседневной жизни магниты огромный мощности нужны. В ряде государств теснее даже работают поезда на магнитной подушке. Машины с электромагнитным мотором скоро массово появятся и у нас под маркой «Ё-мобиль». Но как создаются магниты крупный мощности?

Инструкция

1. Сразу стоит подметить, что магниты делятся на несколько классов. Есть непрерывные магниты – это, как водится, куски определённого металла и сплава, владеющие определённым магнетизмом без стороннего воздействия. А есть также электромагниты. Это технические приборы, в которых магнитное поле создаётся путём проведения электрического тока через особые катушки.

2. Из непрерывных магнитов к категории сильных дозволено отнести только неодимовые. При относительно маленьком размере, они имеют примитивно ошеломляющие магнитные колляции. Во-первых, свои магнитные свойства они теряют только на 1% за сто лет. Во-вторых, при относительно маленьких размерах, они имеют большую магнитную силу. Изготавливаются неодимовые магниты неестественно. Для их создания нужен редкоземельный металл неодим. Также применяется сталь и бор. Полученный сплав намагничивается в магнитном поле. В результате, неодимовый магнит готов.

3. В промышленности же повсюду используются сильные электромагниты. Их конструкция куда труднее, чем у непрерывных магнитов . Для создания сильного электромагнита нужна катушка, состоящая из обмотки из медного провода, а также железного сердечника. Сила магнита в данном случае зависит только от силы тока, проведённого через катушки, а также числа витков провода на обмотке. Стоит подметить, что при определённой силе тока намагничивание железного сердечника подвергается насыщению. Следственно самые сильные индустриальные магниты изготовляются без него. Взамен этого добавляется ещё некоторое число витков провода. В большинстве же сильных индустриальных магнитах с железным сердечником число витков провода редко превышает десяти тысяч на метр, а применяемая сила тока – 2-х ампер.

Фактически всякий домашний мастер начинал свое знакомство с физикой в детстве с постройки электромагнита . Если у вас подрастает сын, пришла пора и ему совместно с вами собрать данный несложный прибор, позже чего он наверно заинтересуется наукой и техникой и в будущем тоже станет домашним мастером. Да и вам наверно будет небезынтересно припомнить детство.

Вам понадобится

Несколько метров изолированного провода
Изолента
Гвоздь
Паяльник, припой и нейтральный флюс
Кусачки
Две батарейки AA и отсек для них
Лампочка на 3,5 В, 0,26 А
Выключатель
Скрепки

Инструкция

1. Возьмите гвоздь и обмотайте его слоем изоленты таким образом, дабы открытой осталась только шляпка.

2. Возьмите несколько метров изолированного провода и намотайте его на гвоздь внавал.

3. Концы провода зачистите. Объедините ступенчато батарейный отсек, лампу и получившийся электромагнит.

4. Вставьте в батарейный отсек батарейки и включите выключатель. Лампа засветится.

5. Удостоверитесь, что гвоздь начал притягивать к себе скрепки.

6. Гвоздь исполнен из магнитомягкой стали. Это обозначает, что остаточную намагниченность он если и сберегает, то недолго. Позже того, как вы отключите электромагнит, он стремительно утратит способность притягивать скрепки. Существуют также магнитотвердые сорта стали. Изделие из такой стали, будучи некогда намагниченным, после этого длинно сберегает это качество.

7. Намагнитьте с поддержкой электромагнита скрепку. Она должна сберегать намагниченность дольше, чем гвоздь. Еще дольше ее сберегает отвертка. В ряде случаев, намагниченная отвертка гораздо комфортнее, чем ненамагниченная. Но учтите, что пользоваться такими отвертками любят не все. Некоторым домашним мастерам намагниченные отвертки, напротив, кажутся дюже неудобными.

8. Проведите такой навык. Поднесите к электромагниту скрепку – она притянется к нему. К этой скрепке поднесите иную, к ней – еще одну, составив тем самым цепочку из скрепок. Скрепки будут держаться друг на друге, пока вы не отключите электромагнит. Позже же его отключения цепочка скрепок стремительно распадется.

9. На скорость намагничивания и размагничивания стальных изделий влияют механические воздействия. Удостоверитесь в этом так. Включите электромагнит, слегка постучите по шляпке гвоздя, позже чего отключите его. Намагниченность сохранится несколько дольше. Если же постучать по шляпке гвоздя, когда электромагнит отключен, он и размагнитится стремительней.

10. Поднесите к электромагниту непрерывный магнит, имеющий приблизительно ту же силу, что и электромагнит. Удостоверитесь, что разноименные полюса магнитов притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Поменяв полярность питания электромагнита , вы найдете, что его полюса также поменялись местами.

11. Обратите внимание, что, будучи включенной через электромагнит, лампа неторопливей набирает яркость, а при размыкании выключателя между его контактами проскакивает искра, которая не отслеживается без электромагнита . Это проявляет себя так называемая самоиндукция. О том, что это такое, ваш сын узнает в старших классах на уроках физики, либо, если это ему увлекательно теснее теперь, прочитает в интернете.

Обратите внимание!
Не подключайте электромагнит к батарейкам напрямую, без лампы.Не касайтесь оголенных концов проводов в момент отключения электромагнита, дабы не получить удар напряжением самоиндукции.

Видео по теме

Иногда простой вопрос, например, как собрать рассыпавшиеся скрепки или, тем более, найти металлическую стружку, упавшие на ковровое покрытие, превращается в проблему. А решить-то ее совсем не сложно. Для этого нужно сделать электромагнит своими руками. Инструкция, как это сделать, показана в видео-уроке.

Видео-обучение «Электромагнит своими руками (инструкция)»

Немного из школьной физики

Этому учат еще со школьной скамьи. Предметы, способные «магнитить», бывают двух типов — магнитотвердые и магнитомягкие. Разница между ними не в плотности, а в способности вторых быстро терять свои свойства. Если предметом из железа потереть или поводить по сильному магниту, он сам «научится» притягивать мелкие предметы. А если быстро потереть половинками ножниц, ими легко можно будет «подхватывать» иголки.

Электроток, протекающий в проводе, создает вокруг него магнитное поле. Для того, чтобы сконцентрировать его в электромагните, нужно намотать провод на катушку. Магнитное поле намотанных проводов, пройдя через катушку, усилит в ней сильное магнитное поле.

Как изготовить электромагнит своими руками?

Для изготовления простейшего электромагнита нужно будет приготовить:

медную проволоку;
гвоздь или болт с гайкой;
зажимы для бумаги или две пластиковые шайбы;
канцелярский скотч или изоленту любого цвета.

Шаг первый:

возьмите гвоздь и намотайте на него медную проволоку;
зачистите концы проволоки.

Шаг второй:

возьмите кусок картона и вырежьте из него прямоугольник;
разделите прямоугольник пополам;
сделайте легкий надрез и согните.

Шаг третий:

в половинках картона проделайте отверстия;
вставьте зажимы для бумаги, при сжимании картона между зажимами должен быть контакт.

Шаг четвертый:

соедините зачищенные и скрученные концы проводов с зажимами для бумаги;
закрепите зажимы на картоне;
изолируйте концы зажимов скотчем с одной стороны.

Шаг пятый:

подключите один зажим «крокодил» к полюсу батарейки;
другой зажим соедините с проводом, намотанным на гвоздь;
второй конец провода, идущего от гвоздя, соедините зажимом «крокодил» с батарейкой;
сложите картон, он будет действовать по принципу выключателя;
гвоздь будет «работать» в качестве электромагнита: получилась разомкнутая электрическая сеть.

Проверим действие собранной электромагнитной цепи. Разложим конструкцию на столе и возле гвоздя разбросаем несколько скрепок. Соединим половинки картонок вместе, замкнем цепь: скрепки под воздействием электромагнитной силы «потянутся» к гвоздю с намотанной на него проволокой.

Заработало! Представляете, как с помощью такого простого механизма можно легко выполнить скучную работу с мелкими металлическими вещичками! А если усовершенствовать изобретение, оно сможет «работать» еще эффективнее.

Кстати, силу электромагнита можно проверить с помощью специальных приборов, которые называются магнитометрами.

В качестве исходных материалов для электромагнитов кроме железа используются различные сплавы. Самые «сильные» магниты, которые изготовлены путем смешивания железа, бора и неодима. Чтобы «разорвать» несколько небольших магнитиков из этого сплава, потребуется усилие до 150 кг. Но это – в промышленном производстве.

А пока попробуйте изготовить себе помощника в поиске и удержании небольших канцелярских предметов или отходов работ в домашней мастерской своими руками. Варианты электромагнитов могут быть самые разные.

Изобретайте, выдумывайте, пробуйте!

Однажды, в очередной раз, перелистывая книгу, которую нашел у мусорного бачка, обратил внимание на простой, приблизительный расчет электромагнитов. Титульный лист книги показан на фото1.

Вообще их расчет это сложный процесс, но для радиолюбителей, расчет, приведенный в этой книге, вполне подойдет. Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции - В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф. Ф = В S - магнитная индукция — В умноженная на площадь поперечного сечения магнитопровода — S. Силовой поток зависит также от так называемой магнитодвижущей силы (Ем), которая определяется числом ампервитков на 1см длины пути силовых линий и может быть выражена формулой:
Ф = магнитодвижущая сила (Ем) магнитное сопротивление (Rм)
Здесь Ем = 1,3 I N, где N - число витков катушки, а I - сила текущего по катушке тока в амперах. Другая составляющая:
Rм = L/M S, где L — средняя длина пути силовых магнитных линий, М - магнитная проницаемость, a S - поперечное сечение магнитопровода. При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала - железоматериал с большой магнитной проницаемостью. Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков. Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 1,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Рассматривая график (к сожалению я его в приложении не нашел) намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода L =L1+L2 равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.
Если диаметр D сердечника (Рис.1,в)примем равным 2 см, то его площадь будет равна: S = 3,14xD2/4 = 3,14 см2. 0тсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S= 10000 x 3,14=31400 силовых линий. Можно приближенно вычислить и подъемную силу электромагнита (P). P = B2 S/25 1000000 = 12,4 кг. Для двухполюсного магнита этот результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг = 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы. Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N J = 60 ампервиткам.
Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 А и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении тока, например 0,25 А и 240 витков. Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение. Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 а/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2 а - 0,4 мм2, а для тока в 0,25 а - 0,05 мм2, диаметр проволоки будет 0,7 мм или 0,2 мм соответственно. Каким же из этих проводов следует производить обмотку? С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся ассортиментом проволоки, с другой - возможностями источников питания, как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков - 30, а другая - из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление. Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки L равна, произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): L = N x L1 где L1 - длина одного витка, равная 3,14 x D. В нашем примере D = 2 см, и L1 = 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, сопротивление обмотки постоянному току будет примерно равно? 0,1 Ом, а для второй - 240 x 6,3 = 1 512 см, R ? 8,7 Ом. Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2А необходимое напряжение равно 0,2В, а для тока в 0,25А - 2,2В.
Таков элементарный расчет электромагнитов. Конструируя электромагниты, надо не только производить указанный расчет, но и уметь выбрать материал для сердечника, его форму, продумать технологию изготовления. Удовлетворительными материалами для изготовления сердечников в кружках являются прутковое железо (круглое и полосовое) и различные. железные изделия: болты, проволока, гвозди, шурупы и т. д. Чтобы избежать больших потерь на токах Фуко, сердечники для приборов переменного тока необходимо собирать из изолированных друг от друга тонких листов железа или проволоки. Для придания железу «мягкости» его необходимо подвергать отжигу. Большое значение имеет и правильный выбор формы сердечника. Наиболее рациональные из них кольцевые и П-образные. Некоторые из распространенных сердечников показаны на рисунке 1.

Наряду с постоянными магнитами с 19 века человек стал активно применять в технике и быту магниты переменные, работу которых можно регулировать подачей электрического тока. Конструктивно простой электромагнит представляет собой катушку из электроизоляционного материала с намотанным на ней проводом. При наличии минимума набора материалов и инструментов электромагнит не сложно изготовить самостоятельно. О том, как его сделать мы и расскажем в этой статье.

При прохождении по проводнику электрического тока вокруг провода возникает магнитное поле, при отключении тока поле исчезает. Для усиления магнитных свойств в центр катушки можно вводить стальной сердечник или увеличивать силу тока.

Применение электромагнитов в быту

Электромагниты могут быть использованы для решения целого ряда проблем:

для сбора и удаления стальных опилок или мелких стальных крепежных деталей;
в процессе изготовления различных игр и игрушек совместно с детьми;
для электризации отверток и бит, что позволяет примагничивать шурупы и облегчает процесс их завинчивания;
для проведения различных опытов по электромагнетизму.

Изготовление простого электромагнита

Простейший электромагнит, вполне пригодный для решения небольшого спектра практических бытовых задач может быть изготовлен своими руками без использования катушки.

Для работы приготовьте следующие материалы:

стальной стержень диаметром 5-8 миллиметров или гвоздь на 100;
провод медный в лаковой изоляции диаметром 0,1-0,3 миллиметра;
два куска по 20 сантиметров медного провода в ПВХ изоляции;
изоляционную ленту;
источник электричества (батарейка, аккумулятор и пр.).

Из инструментов приготовьте ножницы или кусачки (бокорезы) для резки проводов, пассатижи, зажигалку.

Первый этап – намотка электропровода. Непосредственно на стальной сердечник (гвоздь) намотайте несколько сотен витков тонкого провода. Вручную этот процесс осуществлять достаточно долго. Воспользуйтесь простейшим приспособлением для намотки. Зажмите гвоздь в патрон шуруповерта или электродрели, включите инструмент и, направляя провод, выполните его намотку. К концам намотанного провода примотайте куски провода большего диаметра и заизолируйте места контакта с помощью изоляционной ленты.

При эксплуатации магнита остается лишь подключить свободные концы проводов к полюсам источника тока. Распределение полярности подключения не оказывает влияния на работу приспособления.

Использование выключателя

Для удобства использования предлагаем слегка усовершенствовать полученную схему. К указанному выше перечню следует добавить еще два элемента. Первый из них – третий провод в ПВХ изоляции. Второй – выключатель любого типа (клавишный, кнопочный и т.д.).

Таким образом, схема подключения электромагнита будет выглядеть так:

первый провод соединяет один контакт батарейки с контактом выключателя;
второй провод соединяет второй контакт выключателя с одним из контактов провода электромагнита;

третий провод замыкает цепь, соединяя второй контакт электромагнита с оставшимся контактом батарейки.

Используя выключатель, включение и отключение электромагнита будет осуществляться значительно удобнее.

Электромагнит на основе катушки

Более сложный электромагнит изготавливается на основе катушки из электроизоляционного материала – картона, дерева, пластмассы. При отсутствии подобного элемента его несложно сделать самому. Возьмите небольшую трубочку из указанных материалов и приклейте к ней по торцам пару шайб с отверстиями. Лучше, если шайбы будут располагаться на небольшом отдалении от торцов катушки.