Elektromagnetisme

De ontdekking van de relatie tussen magnetisme en elektriciteit werd, zoals zoveel andere wetenschappelijke ontdekkingen, bijna per ongeluk ontdekt. De Deense natuurkundige Hans Christian Oersted hield op een dag in 1820 een lezing over de mogelijkheid dat elektriciteit en magnetisme met elkaar in verband staan, en heeft dit tijdens het proces overtuigend aangetoond door experiment voor zijn hele klas!

Door een elektrische stroom door een metaaldraad te leiden die boven een magnetisch kompas hangt, kon Oersted een duidelijke beweging van de kompasnaald produceren als reactie op de stroom. Wat aan het begin van de les als een vermoeden begon, werd aan het eind als een feit bevestigd. Onnodig te zeggen dat Oersted zijn aantekeningen moest herzien voor toekomstige lessen! Zijn toevallige ontdekking maakte de weg vrij voor een geheel nieuwe tak van wetenschap:elektromagnetische technologie.

Gedetailleerde experimenten toonden aan dat het magnetische veld dat wordt geproduceerd door een elektrische stroom altijd loodrecht op de stroomrichting staat. Een eenvoudige methode om deze relatie aan te tonen is de rechterhandregel . Eenvoudig gezegd, de rechterhandregel zegt dat de magnetische fluxlijnen die worden geproduceerd door een stroomvoerende draad in dezelfde richting zullen zijn georiënteerd als de gekrulde vingers van iemands rechterhand (in de "liftende" positie), met de duim naar binnen gericht de richting van de conventionele stroom:

Het magnetische veld omringt dit rechte stuk stroomvoerende draad; de magnetische fluxlijnen hebben geen duidelijke "noord" of "zuid" polen.

Hoewel het magnetische veld rond een stroomvoerende draad inderdaad interessant is, is het vrij zwak voor gewone hoeveelheden stroom, in staat om een ​​kompasnaald af te buigen en niet veel meer. Om een ​​sterkere magnetische veldkracht (en dus meer veldflux) te creëren met dezelfde hoeveelheid elektrische stroom, kunnen we de draad in een spoelvorm wikkelen, waarbij de cirkelende magnetische velden rond de draad zullen samenkomen om een ​​groter veld te creëren met een definitieve magnetische (noord en zuid) polariteit:

De hoeveelheid magnetische veldkracht die wordt gegenereerd door een opgerolde draad is evenredig met de stroom door de draad vermenigvuldigd met het aantal "windingen" of "wikkelingen" van draad in de spoel. Deze veldkracht wordt magnetomotorische kracht genoemd (mmf), en is zeer analoog aan elektromotorische kracht (E) in een elektrisch circuit.

Een elektromagneet is een stuk draad dat bedoeld is om een ​​magnetisch veld op te wekken waar elektrische stroom doorheen gaat. Hoewel alle stroomvoerende geleiders magnetische velden produceren, wordt een elektromagneet meestal zo geconstrueerd dat de sterkte van het magnetische veld dat het voor een speciaal doel produceert, wordt gemaximaliseerd. Elektromagneten worden veelvuldig toegepast in onderzoek, industrie, medische en consumentenproducten.

Als elektrisch bestuurbare magneet vinden elektromagneten toepassing in een breed scala aan "elektromechanische" apparaten:machines die mechanische kracht of beweging teweegbrengen door middel van elektrische stroom. Misschien wel het meest voor de hand liggende voorbeeld van zo'n machine is de elektromotor .

Een ander voorbeeld is de relais , een elektrisch bediende schakelaar. Als een schakelcontactmechanisme zo is gebouwd dat het kan worden geactiveerd (geopend en gesloten) door het aanleggen van een magnetisch veld, en een elektromagneetspoel in de nabije omgeving wordt geplaatst om dat vereiste veld te produceren, zal het mogelijk zijn om te openen en te sluiten de schakelaar door het aanleggen van een stroom door de spoel. Dit geeft ons in feite een apparaat waarmee elektriciteit de elektriciteit kan regelen:

Relais kunnen worden geconstrueerd om meerdere schakelcontacten te bedienen, of ze in "reverse" te laten werken (als de spoel wordt bekrachtigd, wordt open het schakelcontact, en door de spoel uit te schakelen, kan deze weer gesloten worden).

BEOORDELING:

• Als er stroom door een geleider vloeit, wordt er een magnetisch veld rond die geleider geproduceerd.
• De rechterhandregel stelt dat de magnetische fluxlijnen die worden geproduceerd door een stroomvoerende draad in dezelfde richting worden gericht als de gekrulde vingers van de rechterhand van een persoon (in de "liftende" positie), met de duim naar binnen gericht de richting van de conventionele stroom.
• De magnetische veldkracht die wordt geproduceerd door een stroomvoerende draad kan aanzienlijk worden vergroot door de draad in een spoel te vormen in plaats van een rechte lijn. Als het in de vorm van een spoel is gewikkeld, wordt het magnetische veld langs de as van de lengte van de spoel georiënteerd.
• De magnetische veldkracht geproduceerd door een elektromagneet (de magnetomotorische kracht genoemd) , of mmf), is evenredig met het product (vermenigvuldiging) van de stroom door de elektromagneet en het aantal volledige spoelwindingen gevormd door de draad.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Intermediair elektromagnetisme en elektromagnetische inductie werkblad
• Basiswerkblad elektromagnetisme en elektromagnetische inductie