Ein Elektromagnet ist ein Typ des Magnets, in dem das magnetische Feld durch den Fluss des elektrischen Stroms erzeugt wird. Das magnetische Feld verschwindet, wenn der Strom abgedreht wird. Elektromagneten werden als Bestandteile anderer elektrischer Geräte, wie Motoren, Generatoren, Relais, Lautsprecher, Festplatten, MRI Maschinen, wissenschaftliche Instrumente und magnetische Trennungsausrüstung weit verwendet, sowie als sich hebende Industrieelektromagneten verwendet werden, um sich zu erholen und schwere Eisengegenstände wie Stück-Eisen zu bewegen.

Ein elektrischer Strom, der in einer Leitung fließt, schafft ein magnetisches Feld um die Leitung (sieh Zeichnung unten). Um das magnetische Feld in einem Elektromagneten zu konzentrieren, ist die Leitung Wunde in eine Rolle mit vielen Umdrehungen der Leitung, die nebeneinander liegt. Das magnetische Feld aller Umdrehungen der Leitung führt das Zentrum der Rolle durch, ein starkes magnetisches Feld dort schaffend. Eine Rolle, die die Gestalt einer geraden Tube (eine Spirale) bildet, wird ein Solenoid genannt; ein Solenoid, das in eine Berliner-Gestalt gebogen wird, so dass sich die Enden treffen, wird einen Toroid genannt.

Viel stärkere magnetische Felder können erzeugt werden, wenn ein "Kern" des eisenmagnetischen Materials, wie weiches Eisen, innerhalb der Rolle gelegt wird. Der eisenmagnetische Kern vergrößert das magnetische Feld zu Tausenden von Zeiten die Kraft des Feldes der Rolle, die allein, zur hohen magnetischen Durchdringbarkeit μ des eisenmagnetischen Materials erwartet ist. Das wird einen Eisenmagnetisch-Kern- oder Eisenkernelektromagneten genannt.

Die Richtung des magnetischen Feldes durch eine Rolle der Leitung kann von einer Form der rechten Regel gefunden werden. Wenn die Finger der rechten Hand um die Rolle in der Richtung auf den aktuellen Fluss (herkömmlicher Strom, Fluss der positiven Anklage) durch den windings, die Daumen-Punkte in der Richtung auf das Feld innerhalb der Rolle gelockt werden. Die Seite des Magnets, aus dem die Feldlinien erscheinen, wird definiert, um der Nordpol zu sein.

Der Hauptvorteil eines Elektromagneten über einen dauerhaften Magnet besteht darin, dass das magnetische Feld über eine breite Reihe durch das Steuern des Betrags des elektrischen Stroms schnell manipuliert werden kann. Jedoch ist eine dauernde Versorgung der elektrischen Energie erforderlich, das Feld aufrechtzuerhalten.

Wie der Eisenkern arbeitet

Das Material des Kerns des Magnets (gewöhnlich Eisen) wird aus genannten magnetischen Gebieten der kleinen Gebiete zusammengesetzt, die wie winzige Magnete handeln (sieh Ferromagnetismus). Bevor der Strom im Elektromagneten, die Gebiete im Eisenkernpunkt in zufälligen Richtungen angemacht wird, so annullieren ihre winzigen magnetischen Felder einander, und das Eisen hat kein in großem Umfang magnetisches Feld. Wenn ein Strom durch die um das Eisen gewickelte Leitung passiert wird, dringt sein magnetisches Feld ins Eisen ein, und veranlasst die Gebiete, sich zu drehen, Parallele zum magnetischen Feld ausrichtend, so tragen ihre winzigen magnetischen Felder zum Feld der Leitung bei, ein großes magnetisches Feld schaffend, das sich in den Raum um den Magnet ausstreckt. Je größer der Strom die Leitungsrolle durchgeführt hat, desto mehr sich die Gebiete, und das stärkere ausrichten, ist das magnetische Feld. Schließlich werden alle Gebiete aufgestellt, und weitere Zunahmen im Strom verursachen nur geringe Zunahmen im magnetischen Feld: Dieses Phänomen wird Sättigung genannt.

Wenn der Strom in der Rolle abgedreht wird, verlieren die meisten Gebiete Anordnung und kehren zu einem zufälligen Staat zurück, und das Feld verschwindet. Jedoch dauert etwas von der Anordnung an, weil die Gebiete Schwierigkeit haben, ihre Richtung der Magnetisierung drehend, den Kern einen schwachen dauerhaften Magnet verlassend. Dieses Phänomen wird magnetische Trägheit genannt, und das restliche magnetische Feld wird remanenten Magnetismus genannt. Die restliche Magnetisierung des Kerns kann durch das Entmagnetisieren entfernt werden.

Geschichte

Dänischer Wissenschaftler Hans Christian Ørsted hat 1820 entdeckt, dass elektrische Ströme magnetische Felder schaffen. Britischer Wissenschaftler William Sturgeon hat den Elektromagneten 1824 erfunden. Sein erster Elektromagnet war ein Stück in der Form von des Hufeisens von Eisen, das mit ungefähr 18 Umdrehungen der bloßen Kupferleitung gewickelt wurde (isolierte Leitung hat noch nicht bestanden). Das Eisen wurde lackiert, um es vom windings zu isolieren. Als ein Strom durch die Rolle passiert wurde, ist das Eisen magnetisiert geworden und hat andere Stücke von Eisen angezogen; als der Strom angehalten wurde, hat er Magnetisierung verloren. Sturgeon hat seine Macht gezeigt, indem er gezeigt hat, dass, obwohl es nur sieben Unzen (ungefähr 200 Gramme) gewogen hat, es sich um neun Pfunde (ungefähr 4 Kilos) heben konnte, als der Strom einer einzelligen Batterie angewandt wurde. Jedoch waren die Magnete von Sturgeon schwach, weil die nicht isolierte Leitung, die er verwendet hat, nur in eine einzelne breite Schicht um den Kern gewickelt werden konnte, die Zahl von Umdrehungen beschränkend. 1827 beginnend, hat amerikanischer Wissenschaftler Joseph Henry systematisch verbessert und hat den Elektromagneten verbreitet. Indem er durch den Seidenfaden isolierte Leitung verwendet hat, ist er im Stande gewesen, vielfache Schichten der Leitung auf Kernen zu winden, starke Magnete mit Tausenden von Umdrehungen der Leitung einschließlich derjenigen schaffend, die unterstützen konnte. Der erste Hauptgebrauch für Elektromagneten war in Telegraf-Klopfern.

Die magnetische Bereichstheorie dessen, wie eisenmagnetische Kernarbeit zuerst 1906 vom französischen Physiker Pierre-Ernest Weiss und dem ausführlichen modernen Quant mechanische Theorie des Ferromagnetismus vorgeschlagen wurde, wurde in den 1920er Jahren von Werner Heisenberg, Lev Landau, Felix Bloch und anderen ausgearbeitet.

Gebrauch von Elektromagneten

Elektromagneten werden in elektrischen und elektromechanischen Geräten sehr weit verwendet, einschließlich:

• Motoren und Generatoren
• Transformatoren
• Relais, einschließlich Rohr-Relais, die ursprünglich in Telefonvermittlungen verwendet sind
• Elektrische Glocken
• Lautsprecher
• Magnetische Aufnahme und Datenlagerungsausrüstung: Tonbandgeräte, Videorecorder, Festplatten
• Wissenschaftliche Instrumente wie MRI-Maschinen und Massenspektrometer
• Partikel-Gaspedale
• Magnetische Schlösser
• Magnetische Trennung des Materials
• Sich hebende Industriemagnete
• Elektromagnetische für MAGLEV verwendete Suspendierung erzieht

Analyse von eisenmagnetischen Elektromagneten

Für Definitionen der Variablen unten, sieh Kasten am Ende des Artikels.

Das magnetische Feld von Elektromagneten im allgemeinen Fall wird durch das Gesetz des Amperes gegeben:

:

der sagt, dass das Integral des Magnetisierens Feld H um jeden geschlossenen Regelkreis des Feldes der Summe des Stroms gleich ist, der durch die Schleife fließt. Eine andere verwendete Gleichung, der das magnetische Feld wegen jedes kleinen Segmentes des Stroms gibt, ist das Biot-Savart Gesetz. Die Computerwissenschaft des magnetischen Feldes und der durch eisenmagnetische Materialien ausgeübten Kraft ist aus zwei Gründen schwierig. Erstens, weil sich die Kraft des Feldes vom Punkt bis Punkt auf eine komplizierte Weise besonders außerhalb des Kerns und in Luftlücken ändert, wo fringing Felder und Leckage-Fluss betrachtet werden müssen. Zweitens, weil das magnetische Feld B und die Kraft nichtlineare Funktionen des Stroms, abhängig von der nichtlinearen Beziehung zwischen B und H für das besondere verwendete Kernmaterial sind. Für genaue Berechnungen werden Computerprogramme, die ein Modell des magnetischen Feldes mit der begrenzten Element-Methode erzeugen können, verwendet.

Magnetischer Stromkreis - die unveränderliche B Feldannäherung

In vielen praktischen Anwendungen von Elektromagneten, wie Motoren, Generatoren, Transformatoren, Magnete und Lautsprecher hebend, ist der Eisenkern in der Form einer Schleife oder magnetischen Stromkreises, der vielleicht durch einige schmale Luftlücken gebrochen ist. Das ist, weil Eisen viel weniger "Widerstand" (Widerwille) dem magnetischen Feld präsentiert als Luft, so kann ein stärkeres Feld erhalten werden, wenn der grösste Teil des Pfads des magnetischen Feldes innerhalb des Kerns ist.

Da der grösste Teil des magnetischen Feldes innerhalb der Umrisse der Kernschleife beschränkt wird, erlaubt das eine Vereinfachung der mathematischen Analyse. Sieh die Zeichnung am Recht. Eine allgemeine Vereinfachungsannahme, die durch viele Elektromagneten zufrieden ist, die in dieser Abteilung verwendet werden, ist, dass die magnetische Feldkraft B um den magnetischen Stromkreis und die Null außerhalb dessen unveränderlich ist. Der grösste Teil des magnetischen Feldes wird im Kernmaterial (C) konzentriert. Innerhalb des Kerns wird das magnetische Feld (B) über jede böse Abteilung so ungefähr gleichförmig sein, wenn außerdem der Kern grob Konstantenbereich überall in seiner Länge hat, wird das Feld im Kern unveränderlich sein. Das verlässt gerade die Luftlücken (G), falls etwa, zwischen Kernabteilungen. In den Lücken werden die magnetischen Feldlinien durch den Kern nicht mehr beschränkt, so 'bauchen' sie 'sich' außer den Umrissen des Kerns vor dem Kurven zurück 'aus', um ins folgende Stück des Kernmaterials einzugehen, die Feldkraft in der Lücke reduzierend. Die Beulen (B) werden fringing Felder genannt. Jedoch, so lange die Länge der Lücke kleiner ist als die bösen Abteilungsdimensionen des Kerns, wird das Feld in der Lücke ungefähr dasselbe als im Kern sein. Außerdem werden einige der magnetischen Feldlinien (B) 'kurze Kürzungen' nehmen und den kompletten Kernstromkreis nicht durchführen, und werden so zur durch den Magnet ausgeübten Kraft nicht beitragen. Das schließt auch Feldlinien ein, die die Leitung windings umgeben, aber in den Kern nicht eingehen. Das wird Leckage-Fluss genannt. Deshalb sind die Gleichungen in dieser Abteilung für Elektromagneten für der gültig:

1. der magnetische Stromkreis ist eine einzelne Schleife des Kernmaterials, das vielleicht durch einige Luftlücken gebrochen ist
2. der Kern hat grob dasselbe böse Schnittgebiet überall in seiner Länge.
3. irgendwelche Luftlücken zwischen Abteilungen des Kernmaterials sind im Vergleich zu den bösen Schnittdimensionen des Kerns nicht groß.
4. es gibt unwesentlichen Leckage-Fluss

Die nichtlineare Haupteigenschaft von eisenmagnetischen Materialien ist, dass das B Feld an einem bestimmten Wert sättigt, der ungefähr 1.6 teslas (T) für höchste Durchdringbarkeitskernstahle ist. Das B Feld nimmt schnell mit der Erhöhung des Stroms bis zu diesem Wert zu, aber über diesem Wert pendelt sich das Feld ein und wird fast unveränderlich, unabhängig davon, wie viel Strom durch den windings gesandt wird. So wird die Kraft des magnetischen von einem Eisenkernelektromagneten möglichen Feldes auf ungefähr 1.6 zu 2 T beschränkt.

Magnetisches Feld durch einen Strom geschaffen

Das magnetische durch einen Elektromagneten geschaffene Feld ist sowohl zur Zahl von Umdrehungen im Winden, N, als auch zum Strom in der Leitung, mir, folglich dieses Produkt proportional, NI, in Ampere-Umdrehungen, wird der Name magnetomotive Kraft gegeben. Für einen Elektromagneten mit einem einzelnen magnetischen Stromkreis, dessen Länge L im Kernmaterial und der Länge ist, ist L in Luftlücken, das Gesetz des Amperes nimmt ab zu:

::

:: wo

:: ist die Durchdringbarkeit des freien Raums (oder Luft); bemerken Sie, dass in dieser Definition Ampere ist.

Das ist eine nichtlineare Gleichung, weil sich die Durchdringbarkeit des Kerns, μ, mit dem magnetischen Feld B ändert. Für eine genaue Lösung muss der Wert von μ am verwendeten B-Wert bei der materiellen Kernkurve der magnetischen Trägheit erhalten werden. Wenn B unbekannt ist, muss die Gleichung durch numerische Methoden gelöst werden. Jedoch, wenn die Magnetomotive-Kraft ganz über der Sättigung ist, so ist das Kernmaterial in der Sättigung, wird das magnetische Feld ungefähr der Sättigungswert B für das Material sein, und wird sich viel mit Änderungen in NI nicht ändern. Für einen geschlossenen magnetischen Stromkreis (keine Luftlücke) sättigen die meisten Kernmaterialien an einer magnetomotive Kraft von ungefähr 800 Ampere-Umdrehungen pro Meter des Fluss-Pfads.

Für die meisten Kernmaterialien. So in der Gleichung (1) oben herrscht der zweite Begriff vor. Deshalb, in magnetischen Stromkreisen mit einer Luftlücke, hängt die Kraft des magnetischen Feldes B stark von der Länge der Luftlücke ab, und die Länge des Fluss-Pfads im Kern ist viel egal.

Kraft durch das magnetische Feld ausgeübt

Die Kraft, die durch einen Elektromagneten auf eine Abteilung des Kernmaterials ausgeübt ist, ist:

:

Die 1.6 T-Grenze auf dem Feld, das oben erwähnt ist, legt eine Grenze zwischen der maximalen Kraft pro Einheitskerngebiet oder Druck fest, ein Eisenkernelektromagnet kann ausüben; grob:

:

In intuitiveren Einheiten ist es nützlich sich zu erinnern, dass an 1T der magnetische Druck etwa 4 Atmosphären oder Kg/Cm ist.

In Anbetracht einer Kerngeometrie kann das B für eine gegebene Kraft erforderliche Feld von (2) berechnet werden; wenn es zu viel mehr als 1.6 T herauskommt, muss ein größerer Kern verwendet werden.

Geschlossener magnetischer Stromkreis

Für einen geschlossenen magnetischen Stromkreis (keine Luftlücke) solche, die in einem Elektromagneten gefunden würde, der ein Stück von über seine Pole überbrücktem Eisen hebt, wird Gleichung (1):

:

In (2) vertretend, ist die Kraft:

:

Es kann gesehen werden, dass, um die Kraft zu maximieren, ein Kern mit einem kurzen Fluss-Pfad L und einem breiten bösen Schnittgebiet A bevorzugt wird. Um das in Anwendungen wie das Heben von Magneten zu erreichen (sieh Foto oben), und Lautsprechern wird ein flaches zylindrisches Design häufig verwendet. Das Winden wird um einen kurzen breiten zylindrischen Kern gewickelt, der einen Pol bildet, und eine dicke Metallunterkunft, die sich um die Außenseite des windings einhüllt, den anderen Teil des magnetischen Stromkreises bildet, das magnetische Feld zur Vorderseite dazu bringend, den anderen Pol zu bilden.

Kraft zwischen Elektromagneten

Die obengenannten Methoden sind unanwendbar, wenn der grösste Teil des magnetischen Feldpfads außerhalb des Kerns ist. Für Elektromagneten (oder dauerhafte Magnete) mit gut definierten 'Polen', wo die Feldlinien aus dem Kern erscheinen, kann die Kraft zwischen zwei Elektromagneten mit dem 'Modell von Gilbert' gefunden werden, das annimmt, dass das magnetische Feld durch magnetische 'Romananklagen' auf der Oberfläche der Pole, mit der Pol-Kraft M und Einheiten des Meters der Ampere-Umdrehung erzeugt wird. Die magnetische Pol-Kraft von Elektromagneten kann gefunden werden von:

Die Kraft zwischen zwei Polen ist:

Dieses Modell gibt das richtige magnetische Feld innerhalb des Kerns nicht, und gibt so falsche Ergebnisse, wenn der Pole eines Magnets zu nahe zu einem anderen Magnet kommt.

Nebenwirkungen in großen Elektromagneten

Es gibt mehrere Nebenwirkungen, die wichtig in großen Elektromagneten werden und in ihrem Design gesorgt werden müssen:

Heizung von Ohmic

Die einzige in einem Gleichstrom-Elektromagneten verbrauchte Macht ist wegen des Widerstands des windings, und wird als Hitze zerstreut. Einige große Elektromagneten verlangen, dass kühl werdendes Wasser, das durch Pfeifen im windings zirkuliert die überflüssige Hitze fortträgt.

Da das magnetische Feld zum Produkt NI, die Zahl von Umdrehungen im windings N und dem Strom proportional ist, kann ich gewählt werden, um Hitzeverluste zu minimieren, so lange ihr Produkt unveränderlich ist. Seit der Macht-Verschwendung, P = IR, Zunahmen mit dem Quadrat des Stroms, aber nimmt nur ungefähr geradlinig mit der Zahl von windings zu, die im windings verlorene Macht kann durch das Reduzieren I und das Steigern der Zahl von Umdrehungen N proportional minimiert werden. Zum Beispiel I halbierend und N Hälften des Macht-Verlustes verdoppelnd. Das ist ein Grund die meisten Elektromagneten haben windings mit vielen Umdrehungen der Leitung.

Jedoch ist die Grenze zur Erhöhung N, dass die größere Zahl von windings mehr Zimmer zwischen den Kernstücken des Magnets aufnimmt. Wenn das für den windings verfügbare Gebiet voll gefüllt wird, verlangen mehr Umdrehungen das Gehen zu einem kleineren Diameter der Leitung, die höheren Widerstand hat, der den Vorteil des Verwendens von mehr Umdrehungen annulliert. So in großen Magneten gibt es einen minimalen Betrag des Hitzeverlustes, der nicht reduziert werden kann. Das nimmt mit dem Quadrat des magnetischen Flusses B zu.

Induktive Stromspannungsspitzen

Ein Elektromagnet ist ein großer Induktor, und widersteht Änderungen im Strom durch seinen windings. Irgendwelche plötzlichen Änderungen in der krummen aktuellen Ursache große Stromspannungsspitzen über den windings. Das ist, weil, wenn der Strom durch den Magnet, solcher als vergrößert wird, wenn es angemacht wird, die Energie vom Stromkreis im magnetischen Feld versorgt werden muss. Wenn es abgedreht wird, wird die Energie im Feld in den Stromkreis zurückgegeben.

Wenn ein gewöhnlicher Schalter verwendet wird, um den krummen Strom zu kontrollieren, kann das Funken an den Terminals des Schalters verursachen. Das kommt nicht vor, wenn der Magnet eingeschaltet wird, weil die Stromspannung auf die Macht-Versorgungsstromspannung beschränkt wird. Aber wenn es ausgeschaltet wird, wird die Energie im magnetischen Feld in den Stromkreis plötzlich zurückgegeben, eine große Stromspannungsspitze und einen Kreisbogen über die Schalter-Kontakte verursachend, die sie beschädigen können. Mit kleinen Elektromagneten wird ein Kondensator häufig über die Kontakte verwendet, der das Funken durch die vorläufige Speicherung des Stroms reduziert. Öfter wird eine Diode verwendet, um Stromspannungsspitzen durch die Versorgung eines Pfads für den Strom zu verhindern, um durch das Winden wiederzuzirkulieren, bis die Energie als Hitze zerstreut wird. Die Diode wird über das Winden verbunden, orientiert so wird es während der unveränderlichen Zustandoperation rückbeeinflusst und führt nicht. Wenn die Versorgungsstromspannung, die Stromspannungsspitze-Vorwärtsneigungen entfernt wird, setzen die Diode und der reaktive Strom fort, durch das Winden durch die Diode und zurück ins Winden zu fließen. Eine Diode verwendet wird häufig auf diese Weise eine flyback Diode genannt.

Große Elektromagneten werden gewöhnlich durch den variablen aktuellen elektronischen Macht-Bedarf angetrieben, der von einem Mikroprozessor kontrolliert ist, die Stromspannungsspitzen durch die Vollendung aktueller Änderungen langsam in sanften Rampen verhindern. Man kann mehrere Minuten brauchen, um energisch zu handeln, oder deenergize ein großer Magnet.

Kräfte von Lorentz

In starken Elektromagneten übt das magnetische Feld eine Kraft auf jede Umdrehung des windings wegen der Kraft von Lorentz aus, die den bewegenden Anklagen innerhalb der Leitung folgt. Die Lorentz-Kraft ist sowohl auf der Achse der Leitung als auch auf dem magnetischen Feld rechtwinklig. Es kann als ein Druck zwischen den magnetischen Feldlinien vergegenwärtigt werden, sie einzeln stoßend. Es hat zwei Effekten auf einen windings eines Elektromagneten:

• Die Feldlinien innerhalb der Achse der Rolle üben eine radiale Kraft auf jede Umdrehung des windings aus, dazu neigend, sie äußer in allen Richtungen zu stoßen. Das verursacht eine dehnbare Betonung in der Leitung.
• Die Leckage-Feldlinien zwischen jeder Umdrehung der Rolle üben eine abstoßende Kraft zwischen angrenzenden Umdrehungen aus, dazu neigend, sie einzeln zu stoßen.

Der Lorentz zwingt Zunahme mit B. In großen Elektromagneten muss der windings im Platz fest festgeklammert werden, um Bewegung auf der Macht und Abschaltung davon zu verhindern, Metallerschöpfung im windings zu verursachen. Im Bitteren Design, unten, verwendet in sehr hohen Feldforschungsmagneten, werden die windings als flache Platten gebaut, um den radialen Kräften zu widerstehen, und in einer axialen Richtung festgeklammert, um den axialen zu widerstehen.

Kernverluste

In Elektromagneten des Wechselstroms (AC), die in Transformatoren, Induktoren, und AC Motoren und Generatoren verwendet sind, ändert sich das magnetische Feld ständig. Das verursacht Energieverluste in ihren magnetischen Kernen, die als Hitze im Kern zerstreut werden. Die Verluste stammen von zwei Prozessen:

• Wirbel-Ströme: Aus dem Gesetz von Faraday der Induktion veranlasst das sich ändernde magnetische Feld zirkulierende elektrische Ströme innerhalb von nahe gelegenen Leitern, genannt Wirbel-Ströme. Die Energie in diesen Strömen wird als Hitze im elektrischen Widerstand des Leiters zerstreut, so sind sie eine Ursache des Energieverlustes. Da der Eisenkern des Magnets leitend ist, und der grösste Teil des magnetischen Feldes dort konzentriert wird, sind Wirbel-Ströme im Kern das Hauptproblem. Wirbel-Ströme sind geschlossene Regelkreise des Stroms, die in der Flugzeug-Senkrechte ins magnetische Feld fließen. Die zerstreute Energie ist zum durch die Schleife eingeschlossenen Gebiet proportional. Um sie zu verhindern, werden die Kerne von AC Elektromagneten aus Stapeln von dünnen Stahlplatten oder Lamellierung gemacht, hat Parallele zum magnetischen Feld mit einem Isolieren-Überzug auf der Oberfläche orientiert. Die Isolierungsschichten halten Wirbel-Strom davon ab, zwischen den Platten zu fließen. Irgendwelche restlichen Wirbel-Ströme müssen innerhalb der bösen Abteilung jeder individuellen Lamellierung fließen, die Verluste außerordentlich reduziert. Eine andere Alternative soll einen ferrite Kern verwenden, der ein Nichtleiter ist.
• Verluste der magnetischen Trägheit: Das Umkehren der Richtung der Magnetisierung der magnetischen Gebiete im Kernmaterial jeder Zyklus verursacht Energieverlust wegen der Sättigungskoerzitivkraft des Materials. Diese Verluste werden magnetische Trägheit genannt. Die pro Zyklus verlorene Energie ist zum Gebiet der Schleife der magnetischen Trägheit im BH Graphen proportional. Um diesen Verlust zu minimieren, werden magnetische Kerne, die in Transformatoren und anderen AC Elektromagneten verwendet sind, aus "weichen" niedrigen Sättigungskoerzitivkraft-Materialien, wie Silikonstahl oder weichem ferrite gemacht.

Der Energieverlust pro Zyklus des AC Stroms ist für jeden dieser Prozesse unveränderlich, so nimmt der Macht-Verlust geradlinig mit der Frequenz zu.

Hohe Feldelektromagneten

Das Superleiten von Elektromagneten

Wenn ein magnetisches Feld höher als die eisenmagnetische Grenze von 1.6 T erforderlich ist, kann das Superführen von Elektromagneten verwendet werden. Anstatt eisenmagnetische Materialien zu verwenden, verwenden diese das Superleiten windings abgekühlt mit flüssigem Helium, die Strom ohne elektrischen Widerstand führen. Diese erlauben enormen Strömen zu fließen, die intensive magnetische Felder erzeugen. Superführende Magnete werden durch die Feldkraft beschränkt, an der das krumme Material aufhört superzuführen. Aktuelle Designs werden auf 10-20 T, mit dem Strom (2009) Aufzeichnung von 33.8 T beschränkt. Die notwendige Kühlungsausrüstung und cryostat machen sie viel teurer als gewöhnliche Elektromagneten. Jedoch in hohen Macht-Anwendungen kann das durch niedrigere Betriebskosten ausgeglichen werden, da nach dem Anlauf keine Macht für den windings erforderlich ist, da keine Energie gegen die Ohmic-Heizung verloren wird. Sie werden in Partikel-Gaspedalen, MRI Maschinen und Forschung verwendet.

Bittere Elektromagneten

Sowohl Eisenkern als auch Superleiten-Elektromagneten haben Grenzen zum Feld, das sie erzeugen können. Deshalb sind die stärksten künstlichen magnetischen Felder durch den Luftkern nonsuperconducting Elektromagneten eines Designs erzeugt worden, das von Francis Bitter 1933 erfunden ist, genannt Elektromagneten von Bitter. Statt der Leitung windings besteht ein Magnet von Bitter aus einem Solenoid, das aus einem Stapel gemacht ist, Platten zu führen, eingeordnet, so dass sich der Strom in einem spiralenförmigen Pfad durch sie bewegt. Dieses Design hat die mechanische Kraft, um den äußersten Kräften von Lorentz des Feldes zu widerstehen, die mit B zunehmen. Die Platten werden mit Löchern durchstoßen, durch die das Abkühlen von Wasser geht, um die durch den hohen Strom verursachte Hitze wegzutragen. Das stärkste dauernde mit einem widerspenstigen Magnet erreichte Feld ist zurzeit (2008) 35 T, die durch einen Elektromagneten von Bitter erzeugt sind. Das stärkste dauernde magnetische Feld, 45 T, wurde mit einem hybriden Gerät erreicht, das aus einem Magnet von Bitter innerhalb eines Superleiten-Magnets besteht.

Das Sprengen von Elektromagneten

Der Faktor, der die Kraft von Elektromagneten beschränkt, ist die Unfähigkeit, die enorme überflüssige Hitze zu zerstreuen, so sind stärkere Felder, bis zu 90 T, bei widerspenstigen Magneten durch das Senden kurzer Pulse des Stroms durch sie erhalten worden. Die stärksten künstlichen magnetischen Felder sind durch das Verwenden von Explosivstoffen geschaffen worden, um das magnetische Feld innerhalb eines Elektromagneten zusammenzupressen, weil es pulsiert wird. Die Implosion presst das magnetische Feld zu Werten von ungefähr 1000 T seit ein paar Mikrosekunden zusammen. Während diese Methode sehr zerstörend scheinen kann, gibt es Methoden, die Druckwelle zu kontrollieren, so dass keinem das Experiment oder die magnetische Struktur verletzt wird, indem er die Hauptlast der Kraft radial nach außen umadressiert. Diese Geräte sind bekannt, weil zerstörend Elektromagneten pulsiert hat. Sie werden in der Physik und Material-Wissenschaftsforschung verwendet, um die Eigenschaften von Materialien an hohen magnetischen Feldern zu studieren.

Definition von Begriffen

Siehe auch

• Dipolmagnet - Elektromagnet, der in Partikel-Gaspedalen verwendet ist
• Elektromagnetismus
• Magnetisches Lager
• Quadrupol-Magnet - Elektromagnet, der in Partikel-Gaspedalen verwendet ist
• Das Superleiten des Magnets - Elektromagnet, der das Superleiten windings verwendet
• Bitterer Elektromagnet - ein starker Typ des Elektromagneten

Außenverbindungen

• Magnete vom Mini-bis Mächtigen: Zündvorrichtung auf Elektromagneten und anderen Magneten Nationales Hohes Magnetisches Feldlaboratorium
• Magnetische Felder und Kräfte Cuyahoga Gemeinschaftsuniversität
• Grundsätzliche Beziehungsschule der Geologie und Geophysik, Universität Oklahomas