Elektromagnesy to urządzenia, które na dobre zrewolucjonizowały przemysł i nasze codzienne życie. Chociaż sama idea może wydawać się skomplikowana, zasada działania elektromagnesu jest dość prosta. Pole magnetyczne powstaje, gdy przez cewkę przepływa prąd elektryczny. Co więcej, elektromagnes przestaje działać w momencie, gdy odetniemy źródło prądu. To właśnie ta elastyczność sprawia, że elektromagnesy mają tak szerokie zastosowanie, od fabryk po nasze domy.
Fot. 1. Rysunek pierwszego elektromagnesu, wynalezionego w 1824 roku (zaprezentowanego w 1825) przez brytyjskiego naukowca Williama Sturgeona. To był jego oryginalny rysunek z jego artykułu z 1824 roku dla British Royal Society of Arts, Manufactures, and Commerce – Wikimedia – Public domain
Krótka historia elektromagnesu
Historia elektromagnesu sięga początków XIX wieku, kiedy to w 1820 roku duński naukowiec Hans Christian Ørsted odkrył, że prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne. To odkrycie otworzyło drogę do dalszych badań nad magnetyzmem. Francuski fizyk André-Marie Ampère poszedł o krok dalej, wykazując, że za pomocą cewki z prądem można namagnesować metal, co było fundamentem dla rozwoju elektromagnesów.
Jednak to William Sturgeon w 1825 roku skonstruował pierwszy praktyczny elektromagnes. Jego urządzenie, mimo niewielkich rozmiarów, potrafiło unieść przedmioty ważące kilkakrotnie więcej niż samo. Jak? Sturgeon owijał kawałek żelaza w kształcie podkowy przewodem, przez który przepływał prąd. Choć jego elektromagnesy były jeszcze dość słabe, to właśnie od nich wszystko się zaczęło.
W kolejnych latach Joseph Henry, amerykański naukowiec, udoskonalił wynalazek Sturgeona, wykorzystując izolowane przewody i większą liczbę zwojów, co pozwalało na tworzenie dużo mocniejszych elektromagnesów. Jego wynalazki zyskały szerokie zastosowanie m.in. w telegrafii.
Jak działa elektromagnes?
Podstawowa zasada działania elektromagnesu jest niezwykle prosta. Składa się on z cewki, najczęściej nawiniętej na rdzeń wykonany z materiału ferromagnetycznego, takiego jak żelazo. Gdy przez cewkę przepływa prąd, wokół niej tworzy się pole magnetyczne, które zanika w momencie przerwania przepływu prądu. To sprawia, że elektromagnes jest kontrolowanym źródłem magnetyzmu – możemy włączać i wyłączać jego działanie, kiedy tylko chcemy.
Fot. 2 Zasada działania dzwonka elektrycznego – Wikimedia – Public domain
Zastosowania elektromagnesów w przemyśle i nie tylko
Elektromagnesy są dziś nieodłącznym elementem wielu gałęzi przemysłu. Jednym z najciekawszych przykładów ich zastosowania są dźwigi elektromagnetyczne. W hutach i składnicach złomu wykorzystuje się je do przenoszenia ogromnych ilości metalu. Elektromagnesy pozwalają łatwo chwytać i zwalniać ciężkie kawałki stali – wystarczy włączyć prąd, aby pole magnetyczne uniosło przedmiot, a po jego wyłączeniu ładunek natychmiast opada.
Fot. 3 Dźwig elektromagnetyczny w czasie pracy – Wikimedia – Autorstwa Zwergelstern
Nie mniej fascynujące jest ich zastosowanie w transporcie magnetycznym. Koleje magnetyczne (maglev) działają dzięki wykorzystaniu elektromagnesów, które umożliwiają poruszanie się pociągów bez kontaktu z szynami. Dzięki temu możliwe jest osiąganie niezwykle dużych prędkości przy minimalnym zużyciu energii i bez tradycyjnego tarcia, które ogranicza pociągi konwencjonalne.
Fot. 4 Pociąg magnetyczny wyjeżdżający z międzynarodowego lotniska Pudong – Wikimedia – Public domain
Oczywiście elektromagnesy to nie tylko rozwiązania dla przemysłu ciężkiego i zaawansowanej technologii. Wiele z nas spotyka się z nimi codziennie, choćby w dzwonkach elektrycznych czy zamkach magnetycznych. Elektromagnes w dzwonku przyciąga młoteczek, który uderza w dzwonek, przerywa obwód i cykl się powtarza – aż do momentu, gdy prąd zostanie wyłączony.
Podsumowanie
Elektromagnesy są jednym z tych wynalazków, które zmieniają świat, choć rzadko o nich myślimy. Od przemysłu ciężkiego, przez zaawansowane technologie, aż po codzienne urządzenia – elektromagnesy są wszechobecne. Ich zdolność do generowania kontrolowanego pola magnetycznego sprawia, że są niezastąpione w wielu gałęziach przemysłu. Patrząc na szybki postęp technologiczny, możemy być pewni, że elektromagnesy będą odgrywać kluczową rolę również w przyszłości
Źródło: Wikipedia.