Τετάρτη 26 Απριλίου 2023

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ-Κεφάλαιο 3ο Από τον ηλεκτρισμό στον μαγνητισμό- Ο ηλεκτρομαγνήτης

 


βλ. https://atheo.gr/yliko/fst/p/9,3/index.html 

Εφαρμογή ηλεκτρομαγνήτη είναι και ο ηλεκτρομαγνητικός διακόπτης (ρελέ).
Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης διαρρέεται από ρεύμα, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες με αποτέλεσμα να έλκει το σιδηρομαγνητικό έλασμα και ο διακόπτης να κλείνει.
Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης δε διαρρέεται από ρεύμα, το σιδηρομαγνητικό έλασμα επανέρχεται στην αρχική του θέση και ο διακόπτης ανοίγει.
Χρησιμοποιείται σε συσκευές τηλεφώνου, ανελκυστήρες και συσκευές αυτοματισμού.




Εντυπωσιακή εφαρμογή ηλεκτρομαγνητών είναι τα εναέρια τρένα που κινούνται χωρίς να ακουμπούν στις ράγες αφού απέχουν από αυτές 1 εκατοστό. Αυτό συμβαίνει λόγω της άπωσης των όμοιων μαγνητικών πόλων που υπάρχουν στο πάνω μέρος της τροχιάς και στο κάτω μέρος του τρένου. Τα τρένα αυτά μπορεί να αναπτύσσουν ταχύτητα που ξεπερνά τα 500km/h.


Ένας ηλεκτρομαγνήτης αποκτά μαγνητικές ιδιότητες όσο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτήν την ιδιότητα εκμεταλλεύεται ο άνθρωπος με τους ηλεκτρομαγνητικούς γερανούς, με τους οποίους ανυψώνονται βαριά μεταλλικά αντικείμενα που αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά. Έτσι ανυψώνονται αυτοκίνητα σε μάντρες, ή σίδερα σε χωματερές. 
Ο χειριστής του τεράστιου αυτού ηλεκτρομαγνήτη θα πρέπει να διακόψει την  παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, ώστε ο ηλεκτρομαγνήτης να πάψει να έχει μαγνητικές ιδιότητες και να πέσουν τα σίδερα.





Το κουδούνι λειτουργεί εξαιτίας του ηλεκτρομαγνητισμού. Με τη βοήθεια του διακόπτη κλείνει το κύκλωμα που τροφοδοτεί με ρεύμα το πηνίο, στο εσωτερικό του οποίου είναι τοποθετημένος σίδηρος (ηλεκτρομαγνήτης). Έτσι ο ηλεκτρομαγνήτης, αφού διαρρέεται από ρεύμα, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες με αποτέλεσμα να έλκει το σιδηρομαγνητικό έλασμα, του οποίου το άκρο αποτελείται από μια μεταλλική σφύρα που εκτελεί κρούσεις στο κουδούνι.
Όταν όμως το έλασμα έλκεται από τον ηλεκτρομαγνήτη, το κύκλωμα ανοίγει και διακόπτεται η ροή του ρεύματος στο κύκλωμα, άρα και στον ηλεκτρομαγνήτη. Έτσι ο ηλεκτρομαγνήτης παύει να έχει μαγνητικές ιδιότητες και να έλκει το έλασμα, το οποίο επιστρέφει στη θέση του και ξανακλείνει το κύκλωμα που διαρρέεται ξανά από ρεύμα κ.ό.κ.

https://photodentro.edu.gr/v/item/ds/8521/8572


Οι μαγνητικές ιδιότητες των μόνιμων μαγνητών οφείλονται στον τρόπο κίνησης των ηλεκτρονίων γύρω από τους πυρήνες στα άτομα των υλικών αυτών. 

Στους ηλεκτρομαγνήτες, οι μαγνητικές ιδιότητες οφείλονται επίσης στην κίνηση ηλεκτρονίων, και συγκεκριμένα 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 στην  περίπτωση του ηλεκτρομαγνήτη η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων διαρκεί μόνο όσο η πηγή είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα. 
Συμπεραίνουμε πως σε κάθε περίπτωση, οι μαγνητικές ιδιότητες, μόνιμες ή προσωρινές, οφείλονται πάντα στην κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων.