Isi
- Memahami Magnetisme dan Domain
- Bagaimana Cara Kerja Elektromagnet?
- Memilih Inti dan Permeabilitas Relatif
- Apa Inti Terbaik untuk Electromagnet?
- Bahan Apa Yang Paling Banyak Digunakan untuk Membuat Core Elektromagnet?
Besi secara luas dianggap sebagai inti terbaik untuk sebuah elektromagnet, tetapi mengapa? Ini bukan satu-satunya bahan magnetik, dan ada banyak paduan seperti baja yang Anda harapkan dapat digunakan lebih banyak di zaman modern. Memahami mengapa Anda lebih cenderung melihat elektromagnet inti besi daripada menggunakan material lain memberi Anda pengantar singkat tentang banyak poin penting tentang ilmu elektromagnetisme, serta pendekatan terstruktur untuk menjelaskan bahan mana yang sebagian besar digunakan untuk membuat elektromagnet. Jawabannya, singkatnya, bermuara pada "permeabilitas" material terhadap medan magnet.
Memahami Magnetisme dan Domain
Asal usul magnetisme dalam material sedikit lebih kompleks daripada yang Anda kira. Sementara kebanyakan orang tahu bahwa hal-hal seperti magnet batang memiliki kutub "utara" dan "selatan", dan kutub yang berlawanan menarik dan mencocokkan kutub yang menolak, asal-usul gaya tidak dipahami secara luas. Magnet akhirnya berasal dari gerakan partikel bermuatan.
Elektron "mengorbit" inti atom host sedikit seperti bagaimana planet mengorbit Matahari, dan elektron membawa muatan listrik negatif. Gerakan partikel bermuatan - Anda dapat menganggapnya sebagai lingkaran melingkar meskipun tidak sesederhana itu - mengarah pada penciptaan medan magnet. Bidang ini hanya dihasilkan oleh elektron - partikel kecil dengan massa sekitar sepermilyar milyar dari sepermiliar gram - sehingga tidak mengejutkan Anda bahwa medan dari satu elektron tidak sebesar itu. Namun, itu mempengaruhi elektron dalam atom tetangga dan mengarah ke bidangnya yang selaras dengan yang asli. Kemudian medan dari ini mempengaruhi elektron-elektron lain, mereka pada gilirannya mempengaruhi yang lain dan seterusnya. Hasil akhirnya adalah penciptaan "domain" kecil elektron di mana semua medan magnet yang dihasilkan oleh mereka selaras.
Sedikit materi makroskopik - dengan kata lain, sampel yang cukup besar untuk Anda lihat dan berinteraksi - memiliki banyak ruang untuk banyak domain. Arah bidang di masing-masing acak secara efektif, sehingga berbagai domain cenderung membatalkan satu sama lain. Sampel material makroskopik, oleh karena itu, tidak akan memiliki medan magnet bersih. Namun, jika Anda mengekspos materi ke medan magnet lain, ini menyebabkan semua domain sejajar dengannya, sehingga semuanya juga akan disejajarkan satu sama lain. Ketika ini telah terjadi, sampel makroskopik dari materi tersebut akan memiliki medan magnet, karena semua bidang kecil itu “bekerja bersama,” demikianlah.
Sejauh mana suatu bahan mempertahankan penyelarasan domain ini setelah bidang eksternal dihapus menentukan materi mana yang dapat Anda sebut "magnetik." Bahan-bahan feromagnetik adalah yang mempertahankan perataan ini setelah bidang eksternal dihapus. Seperti yang mungkin telah Anda lakukan jika Anda mengetahui tabel periodik Anda, nama ini diambil dari besi (Fe), dan besi adalah bahan feromagnetik yang paling terkenal.
Bagaimana Cara Kerja Elektromagnet?
Deskripsi di atas menekankan bahwa bergerak listrik biaya produksi magnetik bidang. Hubungan antara kedua kekuatan ini sangat penting untuk memahami elektromagnet. Dengan cara yang sama seperti pergerakan elektron di sekitar inti atom menghasilkan medan magnet, pergerakan elektron sebagai bagian dari arus listrik juga menghasilkan medan magnet. Ini ditemukan oleh Hans Christian Oersted pada tahun 1820, ketika ia memperhatikan bahwa jarum kompas dibelokkan oleh arus yang mengalir melalui kawat terdekat. Untuk kawat yang lurus, garis medan magnet membentuk lingkaran konsentris yang mengelilingi kawat.
Elektromagnet memanfaatkan fenomena ini dengan menggunakan gulungan kawat. Ketika arus mengalir melalui koil, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap loop menambah medan yang dihasilkan oleh loop lainnya, menghasilkan ujung "utara" dan "selatan" (atau positif dan negatif) yang definitif. Ini adalah prinsip dasar yang menopang elektromagnet.
Ini saja sudah cukup untuk menghasilkan magnet, tetapi elektromagnet ditingkatkan dengan penambahan "inti." Ini adalah bahan yang dililitkan kawat, dan jika itu adalah bahan magnetik, sifat-sifatnya akan berkontribusi pada bidang yang diproduksi oleh gulungan kabel. Medan yang diproduksi oleh koil meluruskan domain magnetik dalam materi, sehingga koil dan inti magnetik fisik bekerja bersama untuk menghasilkan medan yang lebih kuat daripada yang bisa dilakukan oleh keduanya.
Memilih Inti dan Permeabilitas Relatif
Pertanyaan tentang logam mana yang cocok untuk inti elektromagnet dijawab oleh "permeabilitas relatif" material. Dalam con elektromagnetisme, permeabilitas material menggambarkan kemampuan material untuk membentuk medan magnet. Jika suatu material memiliki permeabilitas yang lebih tinggi, maka ia akan bermagnet lebih kuat sebagai respons terhadap medan magnet eksternal.
The "relatif" dalam istilah ini menetapkan standar untuk perbandingan permeabilitas bahan yang berbeda. Permeabilitas ruang bebas diberi simbol μ0 dan digunakan dalam banyak persamaan yang berhubungan dengan magnet. Ini adalah konstan dengan nilainya μ0 = 4π × 10−7 ayam per meter. Permeabilitas relatif (μr) dari suatu materi didefinisikan oleh:
μr = μ / μ0
Dimana μ adalah permeabilitas zat yang dimaksud. Permeabilitas relatif tidak memiliki unit; ini hanya angka murni. Jadi, jika sesuatu tidak merespon sama sekali terhadap medan magnet, ia memiliki permeabilitas relatif satu, yang berarti ia merespons dengan cara yang sama seperti ruang hampa total, dengan kata lain, "ruang kosong." Semakin tinggi permeabilitas relatif, semakin besar respons magnetik material.
Apa Inti Terbaik untuk Electromagnet?
Inti terbaik untuk sebuah elektromagnet adalah bahan dengan permeabilitas relatif tertinggi. Materi apa pun dengan permeabilitas relatif lebih tinggi dari satu akan meningkatkan kekuatan elektromagnet ketika digunakan sebagai inti. Nikel adalah contoh bahan feromagnetik, dan memiliki permeabilitas relatif antara 100 dan 600. Jika Anda menggunakan inti nikel untuk elektromagnet, maka kekuatan medan yang dihasilkan akan meningkat secara drastis.
Namun, besi memiliki permeabilitas relatif 5.000 ketika 99,8 persen murni, dan permeabilitas relatif besi lunak dengan kemurnian 99,95 persen adalah 200.000 masif. Permeabilitas relatif yang besar ini adalah mengapa besi adalah inti terbaik untuk sebuah elektromagnet. Ada banyak pertimbangan ketika memilih bahan untuk inti elektromagnet, termasuk kemungkinan pemborosan akibat arus eddy, tetapi secara umum, besi murah dan efektif, sehingga entah bagaimana dimasukkan ke dalam bahan inti atau inti dibuat dari bahan murni. besi.
Bahan Apa Yang Paling Banyak Digunakan untuk Membuat Core Elektromagnet?
Banyak bahan dapat berfungsi sebagai inti elektromagnet, tetapi beberapa yang umum adalah besi, baja amorf, keramik besi (senyawa keramik yang dibuat dengan oksida besi), baja silikon dan pita amorf berbahan dasar besi. Pada prinsipnya, setiap bahan dengan permeabilitas relatif tinggi dapat digunakan sebagai inti elektromagnet. Ada beberapa bahan yang telah dibuat khusus untuk berfungsi sebagai inti untuk elektromagnet, termasuk permalloy, yang memiliki permeabilitas relatif 8.000. Contoh lain adalah Nanoperm berbasis besi, yang memiliki permeabilitas relatif 80.000.
Angka-angka ini mengesankan (dan keduanya melebihi permeabilitas besi yang sedikit tidak murni), tetapi kunci untuk dominasi inti besi adalah benar-benar campuran permeabilitas dan keterjangkauannya.