מכשיר אלקטרומגנט

אלקטרומגנט, מכשיר המורכב מליבה של חומר מגנטי המוקף בסליל דרכו מועבר זרם חשמלי למגנטציה של הליבה. משתמשים באלקטרומגנט בכל מקום בו נדרשים מגנטים הניתנים לשליטה, כמו בקשיים בהם יש לשנות את השטף המגנטי, להפוך אותו או לכבות אותו.

התכנון ההנדסי של אלקטרומגנטים נעשה במערכת באמצעות מושג המעגל המגנטי. במעגל המגנטי כוח מגנטי F, או Fm, מוגדר כסיבובי האמפרה של הסליל המייצר את השדה המגנטי לייצור השטף המגנטי במעגל. לפיכך, אם סליל של n מסתובב למטר נושא זרם i amperes, השדה שבתוך הסליל הוא ni ampère למטר והכוח המגנטי-מנועי שהוא מייצר הוא אפס-מסתובב אפס, כאשר אני אורך הסליל. בנוחות רבה יותר, כוח המגה-מגנטי הוא Ni, כאשר N הוא המספר הכולל של סיבובים בסליל. צפיפות השטף המגנטי B היא המקבילה במעגל המגנטי לצפיפות הזרם במעגל חשמלי. במעגל המגנטי המקבילה המגנטית לזרם היא השטף הכולל המסומל על ידי האות phi היוונית ϕ, שניתנה על ידי BA, כאשר A הוא אזור חתך החלקים של המעגל המגנטי. במעגל חשמלי כוח האלקטרומוטי (E) קשור לזרם i, במעגל על ​​ידי E = Ri, כאשר R הוא ההתנגדות של המעגל. במעגל המגנטי F = rϕ, כאשר r הוא הרתיעה של המעגל המגנטי ושווה להתנגדות במעגל החשמלי. רתיעה מתקבלת על ידי חלוקת אורך הנתיב המגנטי l על ידי חדירות פעמים באזור חתך הרוחב A; כך r = l / μA, האות היוונית mu, μ, המסמלת את החדירות של המדיום היוצר את המעגל המגנטי. יחידות הרתיעה הן אמפר-סיבובים לכל וובר. ניתן להשתמש במושגים אלה כדי לחשב את הרתיעה של מעגל מגנטי ובכך את הזרם הנדרש דרך סליל בכדי להכריח את השטף הרצוי דרך מעגל זה.

עם זאת, מספר הנחות המעורבות בחישוב מסוג זה הופכות אותו במקרה הטוב רק למדריך משוער לעיצוב. ניתן להמחיש את ההשפעה של מדיום חדיר על שדה מגנטי כמי שמצופף את קווי הכוח המגנטיים אל תוך עצמו. מנגד, קווי הכוח העוברים מאזור גבוה לאחד בעלי חדירות נמוכה נוטים להתפשט, והתרחשות זו תתרחש בפער אוויר. כך צפיפות השטף, שהיא פרופורציונאלית למספר קווי הכוח ליחידת יחידה, תצטמצם בפער האוויר על ידי הקווים הבולטים, או משולבים אותם, בצידי הפער. השפעה זו תגדל במשך פערים ארוכים יותר; ניתן לבצע תיקונים גסים לצורך התחשבות באפקט הציציות.

כמו כן, הניחו שהשדה המגנטי כלול בתוך הסליל. למעשה, תמיד קיימת כמות מסוימת של שטף דליפה, המיוצג על ידי קווי כוח מגנטיים סביב החלק החיצוני של הסליל, אשר אינו תורם למגנטציה של הליבה. שטף הזליגה הוא בדרך כלל קטן אם החדירות של הליבה המגנטית גבוהה יחסית.

בפועל, החדירות של חומר מגנטי היא פונקציה של צפיפות השטף בו. לפיכך, החישוב יכול להיעשות רק עבור חומר אמיתי אם קיימת עקומת המגנטיזציה בפועל, או, יותר שימושי, גרף של μ כנגד B.

לבסוף, העיצוב מניח שהליבה המגנטית אינה ממוגנטת לרוויה. אם היה, לא ניתן היה להגדיל את צפיפות השטף בפער האוויר בתכנון זה, לא משנה כמה זרם יועבר דרך הסליל. מושגים אלה מורחבים עוד יותר בסעיפים הבאים במכשירים ספציפיים.