آهنربای الکتریکی: سحر و جادویی که با برق روشن میشود!
سه رکن اساسی یک آهنربای الکتریکی
برای ساختن یک آهنربای الکتریکی ساده در خانه، فقط به سه قطعه اصلی نیاز داری. این سه بخش مانند مواد اولیه یک کیک، با ترکیب شدن با هم، خاصیت آهنربایی ایجاد میکنند.
| نام قطعه | وظیفه | مثال ملموس |
|---|---|---|
| سیم (هادی) | مسیر عبور جریان الکتریکی است. | سیم روکشدار داخل سیمشارژر تلفن همراه. |
| منبع نیروی محرکه الکتریکی[2] | جریان الکتریکی را تأمین میکند. مثل باتری یا پریز برق. | باتری قلمی AA. |
| هسته فلزی (اغلب آهنی) | میدان مغناطیسی ایجاد شده را تقویت و متمرکز میکند. | یک میخ بزرگ یا پیچ آهنی. |
چگونه جریان برق، آهنربا میسازد؟
این اتفاق بر اساس یک قانون مهم فیزیک به نام الکترومغناطیس[3] رخ میدهد. وقتی سیمی را دور یک میخ آهنی میپیچی و دو سر آن را به باتری وصل میکنی، جریان الکتریکی از سیم عبور میکند. این جریان در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی نامرئی ایجاد میکند. حالا چون سیم را به صورت پیچ (سیمپیچ) دور میخ حلقه زدهای، میدانهای مغناطیسی حلقههای مجاور با هم جمع میشوند و یک میدان مغناطیسی قویتر ایجاد میکنند. این میدان قوی، اتمهای درون میخ آهنی را همراستا کرده و آن را به یک آهنربای موقت بسیار قدرتمند تبدیل میکند.
- تعداد دور سیمپیچ: هرچه سیمپیچ دور هسته بیشتر باشد، قدرت بیشتر میشود.
- شدت جریان[4]: هرچه جریان قویتری از باتری یا منبع دیگر بگذرد، آهنربا قویتر است.
- جنس هسته: هستههای آهنی (مانند فولاد نرم) بهتر از هستههای چوبی یا پلاستیکی خاصیت آهنربایی پیدا میکنند.
آهنربای الکتریکی در زندگی روزمره: از در خانه تا کارخانه
احتمالاً بدون اینکه بدانی، دهها بار در روز از آهنربای الکتریکی استفاده میکنی! زنگ در قدیمی منزل شما یک نمونه ساده است. با فشردن دکمه، یک مدار الکتریکی بسته میشود، جریان از سیمپیچ میگذرد و یک آهنربای الکتریکی ایجاد میشود که یک قطعه فلزی را جذب میکند و این حرکت باعث کوبیدن چکش به زنگ میشود.
داخل بلندگو گوشی یا هدفونت نیز یک آهنربای الکتریکی کوچک وجود دارد. سیگنالهای صوتی به شکل جریانهای متغیر الکتریکی درمیآیند و به سیمپیچ داخل بلندگو میرسند. این جریان متغیر، باعث میشود قدرت آهنربای الکتریکی به سرعت تغییر کند و دیافراگم بلندگو را به لرزه درآورد و صدا تولید کند.
در سطح صنعتی، جرثقیلهای مغناطیسی در کارخانههای بازیافت از غولپیکرترین آهنرباهای الکتریکی استفاده میکنند. اپراتور میتواند با روشن کردن برق، هزاران کیلوگرم آهن قراضه را بلند کند، جابهجا کند و با قطع برق، آن را رها کند.
مقایسه آهنربای دائمی و الکتریکی
برخلاف آهنربای یخچال که همیشه آهنرباست، آهنربای الکتریکی فقط وقتی کار میکند که برق داشته باشد. این تفاوت بزرگ، مزایا و معایبی ایجاد میکند.
| ویژگی | آهنربای دائمی[5] | آهنربای الکتریکی |
|---|---|---|
| منشأ ایجاد میدان | خواص ذاتی مواد (مانند آهنربا) | عبور جریان الکتریکی از سیمپیچ |
| قابلیت کنترل | ثابت و غیرقابل کنترل | کاملاً قابل کنترل (با قطع/وصل برق یا تغییر جریان) مزیت اصلی |
| نمونه کاربردی | قطبنمای ساده، درب یخچال | جرثقیل ضایعات آهن، زنگ در برقی، موتور الکتریکی |
| قدرت | معمولاً محدود و ثابت | میتوان آن را با افزایش جریان یا دور سیمپیچ، بسیار قوی کرد |
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
که در آن: $\mu_0$ یک ثابت عددی است، $n$ تعداد دور سیمپیچ در واحد طول، و $I$ شدت جریان الکتریکی است. میبینی که $B$ مستقیماً به هر دو عامل تعداد دور و شدت جریان بستگی دارد.
پاورقی
[1] آهنربای الکتریکی (Electromagnet).
[2] منبع نیروی محرکه الکتریکی یا Electromotive Force Source. وسیلهای مانند باتری که با ایجاد اختلاف پتانسیل، سبب حرکت بارهای الکتریکی در مدار میشود.
[3] الکترومغناطیس (Electromagnetism). شاخهای از فیزیک که به مطالعه پدیدههای ناشی از ارتباط بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی میپردازد.
[4] شدت جریان الکتریکی (Electric Current Intensity). به مقدار بار الکتریکی که در واحد زمان از سطح مقطع یک هادی میگذرد، گفته میشود. واحد آن آمپر (A) است.
[5] آهنربای دائمی (Permanent Magnet). مادهای که میدان مغناطیسی خود را برای مدت طولانی و بدون نیاز به منبع انرژی خارجی حفظ میکند.
