Από τον
ηλεκτρισμό στον μαγνητισμό
Ο ηλεκτρομαγνήτης
Φυσική Στ΄ δημοτικού
Στόχοι:Να διαπιστώσουν οι μαθητές πειραματικά ότι, όταν
ένας αγωγός διαρρέεται από ρεύμα, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες, να
κατασκευάσουν ένα πηνίο και έναν ηλεκτρομαγνήτη και να συγκρίνουν
τις μαγνητικές τους ιδιότητες και να αναφέρουν τουλάχιστον δύο
εφαρμογές των ηλεκτρομαγνητών.
Όταν μέσα από έναν αγωγό ρέει
ηλεκτρικό ρεύμα, ο αγωγός αποκτά μαγνητικές ιδιότητες. Αν τον
πλησιάσουμε σε μια πυξίδα, θα παρατηρήσουμε ότι η μαγνητική βελόνα
της στρέφεται.
Τα
μαγνητικά φαινόμενα είναι πιο έντονα, όταν ο αγωγός έχει σχήμα
πηνίου, όταν δηλαδή είναι τυλιγμένος σαν ελατήριο.
Τοποθετώντας
μία ράβδο από σίδηρο στο εσωτερικό του πηνίου φτιάχνουμε έναν
ηλεκτρομαγνήτη, στον οποίο οι μαγνητικές ιδιότητες είναι
ακόμα πιο έντονες.
Ο
ηλεκτρομαγνήτης έλκει μαγνητικά υλικά, και έχει Βόρειο και
Νότιο μαγνητικό πόλο, όπως ένας μόνιμος μαγνήτης. Διαθέτει
όμως μαγνητικές ιδιότητες μόνο όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.
ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ: Οι μαγνητικές ιδιότητες των μόνιμων μαγνητών
οφείλονται στον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια γύρω από
τους πυρήνες στα άτομα των υλικών αυτών. Και στους ηλεκτρομαγνήτες
οι μαγνητικές ιδιότητες οφείλονται στην κίνηση των ελεύθερων
ηλεκτρονίων του μεταλλικού αγωγού.
Τα ελεύθερα
ηλεκτρόνια κινούνται από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο της
ηλεκτρικής πηγής κατά μήκος του μεταλλικού αγωγού. Άρα κινούνται
κυκλικά γύρω από τη σιδερένια ράβδο στο εσωτερικό του πηνίου, το
οποίο μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνήτη με Βόρειο και Νότιο μαγνητικό
πόλο. Μόνο που εδώ η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων διαρκεί
μόνον όσο η πηγή είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα. Οι μαγνητικές
ιδιότητες, μόνιμες ή προσωρινές, οφείλονται πάντοτε στην κίνηση
ηλεκτρικών φορτίων.
ΕΦΑΡΜΟΓΗ
ΣΤΗΝ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ ΖΩΗ: Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν πολλές εφαρμογές
στη σύγχρονη τεχνολογία. Χρησιμοποιούνται στα ρελέ, στους
γερανούς για την ανύψωση σιδερένιων αντικειμένων με μεγάλο
βάρος, στα μηχανήματα αναπαραγωγής ήχου, στα συστήματα
σήμανσης των σιδηροδρόμων...
Εντυπωσιακή
εφαρμογή των ηλεκτρομαγνητών αποτελούν τα εναέρια τρένα (maglev).
Τα τρένα αυτά δεν ακουμπούν στις ράγες. Τόσο στα τρένα όσο και στις
ράγες είναι τοποθετημένοι ισχυροί ηλεκτρομαγνήτες. Ο ένας
χρησιμοποιείται για να απωθήσει και να ωθήσει το τρένο προς τα πάνω
από τη γραμμή και ο άλλος για να μετακινήσει το ανυψωμένο τρένο
μπροστά, εκμεταλλευόμενος την έλλειψη τριβή . Τέτοια τρένα
αιωρούνται σε απόσταση 10 περίπου εκατοστών από τις ράγες!
