آهنربای الکتریکی: جادوی کنترل پذیر مغناطیس
آهنربایی که با یک کلید روشن میشود
برخلاف آهنربای معمولی یخچال که همیشه آهنرباست، آهنربای الکتریکی۱ فقط وقتی خاصیت آهنربایی دارد که جریان برق از آن عبور کند. ساختار اصلی آن بسیار ساده است: یک میله آهنی نرم (هسته) که دور آن سیمی پیچیده شده است. وقتی دو سر این سیم به یک باتری متصل شود، جریان الکتریکی از آن عبور میکند و در اطراف سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی ایجاد میشود. این میدان، هسته آهنی را نیز مغناطیسی کرده و در مجموع، یک آهنربای قوی به وجود میآورد. با قطع کلید و قطع جریان برق، میدان مغناطیسی ناپدید شده و هسته آهن نیز خاصیت مغناطیسی خود را از دست میدهد.
کاربردهای شگفتانگیز در دنیای اطراف ما
توانایی خاموش و روشن کردن مغناطیس، ایدهای انقلابی بوده که در وسایل زیادی استفاده شده است. در جدول زیر میتوانید سه نمونه معروف و نحوه عملکرد هر کدام را مقایسه کنید:
| وسیله | نقش آهنربای الکتریکی | نحوه عملکرد ساده |
|---|---|---|
| جرثقیل مغناطیسی | بلند کردن و جابهجایی قطعات آهنی و فولادی سنگین | با روشن شدن برق، آهنربا فعال و قطعه را جذب میکند. برای رها کردن، کافی است برق قطع شود. |
| زنگ اخبار (درب) | تبدیل فشار دادن کلید به ضربه و تولید صدا | آهنربا یک قطعه فلزی (چکش) را جذب و رها میکند. این حرکت سریع چکش به یک زنگ یا صفحه، صدا ایجاد میکند. |
| دربازکن برقی (آیفون) | کشیدن مکانیسم قفل در از راه دور | با فشار کلید، آهنربا یک پیستون یا اهرم فلزی را میکشد و باعث باز شدن قفل در میشود. |
از قراضهگاه تا درب خانه: داستان یک فناوری
بیایید با یک مثال ملموس، کاربرد آهنربای الکتریکی در جرثقیل مغناطیسی را بهتر درک کنیم. تصور کنید در یک کارخانه بازیافت یا کارگاه فولاد، تکهها و صفحات بسیار سنگین آهن روی زمین ریخته شده است. برداشتن آنها با زنجیر یا قلاب سخت و زمانبر است. در اینجا جرثقیل مغناطیسی وارد عمل میشود. اپراتور جرثقیل، آهنربای بزرگ زیر جرثقیل را دقیقاً بالای قطعات آهنی قرار میدهد و با یک کلید، جریان برق را وصل میکند. در لحظه، آهنربا فعال میشود و تمام قطعات فلزی را با قدرت به خود میچسباند، حتی بدون اینکه نیاز باشد آنها را لمس کند! سپس جرثقیل آنها را به محل مورد نظر حمل میکند و برای رهاسازی، کافی است اپراتور دکمه را رها کند تا برق قطع و آهنربا خاموش شود.
این ایده هوشمندانه در مقیاسی کوچکتر، در زنگ در خانه شما هم پیاده شده است. وقتی دکمه زنگ را فشار میدهید، یک مدار الکتریکی بسته میشود. جریان برق (که معمولاً توسط یک ترانسفورماتور کمولتاژ شده) از سیمپیچ یک آهنربای الکتریکی عبور میکند. این آهنربا یک نوار یا چکش فلزی متحرک را به سرعت به سمت خود جذب میکند. حرکت این چکش به یک صفحه فلزی برخورد کرده و صدای "دینگ" یا "بیز" را تولید میکند. در بعضی مدلها، با آزاد کردن دکمه، یک فنر چکش را به عقب برمیگرداند که این بار هم با برخورد به نقطه دیگری، صدای "دانگ" را میسازد.
پرسشهای رایج درباره آهنربای الکتریکی
پاسخ: این یک نگرانی مهم است. در صورت قطع ناگهانی برق، آهنربای الکتریکی خاصیت خود را از دست داده و بار میافتد. برای جلوگیری از این حادثه، بسیاری از جرثقیلهای مغناطیسی مدرن مجهز به باتری پشتیبان هستند. این باتری بلافاصله بعد از قطع برق اصلی وارد مدار شده و برای چندین دقیقه (معمولاً 15 تا 20 دقیقه) آهنربا را فعال نگه میدارد تا بار با ایمنی روی زمین گذاشته شود.
پاسخ: خیر، جنس هسته بسیار مهم است. باید از آهن نرم استفاده شود نه فولاد. زیرا فولاد بعد از قطع جریان برق، مقداری از خاصیت مغناطیسی را در خود حفظ میکند (مانند آهنربای دائمی) و این با هدف کنترلپذیری کامل آهنربای الکتریکی در تضاد است. آهن نرم بلافاصله پس از قطع برق، خاصیت آهنربایی خود را از دست میدهد.
پاسخ: خیلی از زنگهای مدرن و الکترونیکی که آهنگ پخش میکنند، از یک تراشه الکترونیکی و بلندگو برای تولید صدا استفاده میکنند و ممکن است در آنها خبری از آهنربا و چکش مکانیکی نباشد. اما اصل کار در زنگهای سنتی و بسیاری از دربازکنهای برقی همچنان بر اساس الکترومغناطیس است.
پاورقی
۱آهنربای الکتریکی (Electromagnet): وسیلهای که از یک هسته آهنی نرم و یک سیمپیچ تشکیل شده و تنها هنگام عبور جریان الکتریکی از سیمپیچ، خاصیت آهنربایی پیدا میکند.
۲میدان مغناطیسی (Magnetic Field): ناحیهای در اطراف آهنربا یا سیم حامل جریان که نیروی مغناطیسی در آن اعمال میشود.
۳ترانسفورماتور (Transformer): وسیلهای که برای افزایش یا کاهش ولتاژ جریان متناوب (برق شهر) استفاده میشود. در زنگ درها برای کاهش ولتاژ خطرناک برق شهر به ولتاژ کمخطر (مثلاً 12 ولت) به کار میرود.
