Электромагнетизм является одной из фундаментальных сил вселенной, ответственной за все, от электрических и магнитных полей до света. Первоначально ученые считали, что магнетизм и электричество были отдельными силами. Но к концу 19-го века эта точка зрения изменилась, поскольку исследования убедительно продемонстрировали, что положительные и отрицательные электрические заряды регулируются одной силой (то есть магнетизмом). Советуем вам сайт meanders.ru, здесь вы узнаете больше
о применении электромагнетизма https://meanders.ru/chto-takoe-jelektromagnetizm.shtml.

С того времени ученые стремились проверить и измерить электромагнитные поля и воссоздать их. С этой целью они создали электромагниты, устройство, которое использует электрический ток для индукции магнитного поля. И с момента своего первоначального изобретения в качестве научного инструмента электромагниты стали неотъемлемой частью электронных устройств и промышленных процессов.

Электромагниты отличаются от постоянных магнитов тем, что они проявляют магнитное притяжение к другим металлическим предметам, когда через них проходит ток. Это дает многочисленные преимущества, заключающиеся в том, что мощность его магнитного притяжения можно контролировать, а также включать и выключать по желанию. Именно по этой причине они широко используются в исследованиях и промышленности везде, где требуются магнитные взаимодействия.

История электромагнитов:

Первое зарегистрированное открытие связи между электричеством и магнетизмом произошло в 1820 году, когда датский ученый Ганс Кристиан Орстед заметил, что стрелка на его компасе указала в сторону от магнитного севера, когда была включена ближайшая батарея. Это отклонение убедило его, что магнитные поля излучают со всех сторон провода, несущего электрический ток, так же, как свет и тепло.

Вскоре после этого он опубликовал свои выводы, математически показывая, что электрический ток создает магнитное поле, когда он протекает через провод. Четыре года спустя английский ученый Уильям Стерджен разработал первый электромагнит, который состоял из железного куска в форме подковы, обмотанного медной проволокой. Когда ток проходил через провод, он притягивал другие куски железа, а когда ток останавливался, он терял намагниченность.

Электромагнит осетровых, хотя и слабый по современным стандартам, демонстрирует их потенциальную полезность. Несмотря на то, что он весил всего 200 граммов (7 унций), он мог поднимать предметы весом примерно 4 кг (9 фунтов) только с током от одноэлементной батареи. В результате исследования начали усиливаться как в электромагнитах, так и в природе электродинамики.

К 1930-м годам американский ученый Джозеф Генри внес ряд улучшений в конструкцию электромагнита. Используя изолированный провод, он смог разместить тысячи витков провода на одном сердечнике. В результате один из его электромагнитов может выдержать до 936 кг (2063 фунтов) веса. Это должно было популяризировать использование электромагнитов.

Типы электромагнитов:

Электрический ток, протекающий по проволоке, создает магнитное поле вокруг проволоки по закону Ампера. Этот закон гласит, что для любого пути замкнутого контура сумма элементов длины, умноженных на магнитное поле в направлении элемента длины, равна проницаемости, умноженной на электрический ток, заключенный в контуре.

Чтобы сконцентрировать магнитное поле в электромагните, провод многократно наматывают в катушку, гарантируя, что витые провода располагаются рядом вдоль края. Магнитное поле, создаваемое витками провода, проходит через центр катушки, создавая там сильное магнитное поле. Сторона магнита, из которой возникают силовые линии, определяется как северный полюс .

Катушка проволоки, которая принимает форму спирали, называется «соленоид». Тем не менее, можно создать гораздо более сильные магнитные поля, если ферромагнитный материал (например, железо) находится внутри катушки. Это то, что называется «ферромагнитный сердечник» (или «электромагнит с железным сердечником»), который может генерировать магнитное поле, в тысячу раз превышающее силу одной катушки.

Затем то, что известно как «ядро toirodal», в котором проволока намотана вокруг ферромагнитного сердечника, принимает форму замкнутого контура (он же магнитная цепь). В этом случае магнитные поля принимают форму замкнутого контура, таким образом, оказывая гораздо меньшее «сопротивление» магнитному полю, чем воздух. В результате более сильное поле может быть получено, если большая часть пути магнитного поля находится внутри сердечника.

Кроме того, существуют «сверхпроводящие» электромагниты, которые состоят из спиральной проволоки, изготовленной из сверхпроводящих материалов (таких как ниобий-титан или диборид магния). Эти провода также выдерживают при криогенных температурах, чтобы обеспечить минимальное электрическое сопротивление. Такие электромагниты могут проводить гораздо большие токи, чем обычный провод, создавая самые сильные магнитные поля любого электромагнита, а также дешевле в эксплуатации из-за отсутствия потерь энергии.

Современное использование для электромагнитов:

Сегодня существует множество областей применения электромагнитов, начиная от крупногабаритного промышленного оборудования и заканчивая мелкими электронными компонентами. Кроме того, электромагниты широко используются для проведения научных исследований и экспериментов, особенно там, где требуется сверхпроводимость и быстрое ускорение.

В случае электромагнитных соленоидов они используются везде, где необходимо однородное (т.е. контролируемое) магнитное поле. То же самое верно для электромагнита с железным сердечником, где железный или другой ферромагнитный сердечник может быть вставлен или удален для усиления напряженности поля магнита. В результате соленоидные магниты обычно встречаются в электронных пейнтбольных маркерах, автоматах для пинбола, матричных принтерах и топливных инжекторах, где магнетизм применяется и контролируется для обеспечения контролируемого перемещения определенных компонентов.

Учитывая их способность генерировать очень мощные магнитные поля, низкое сопротивление и высокую эффективность, сверхпроводящие электромагниты часто встречаются в научном и медицинском оборудовании. К ним относятся машины магнитно-резонансной томографии (МРТ) в больницах, а также научные приборы, такие как спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометры, а также ускорители частиц.