Jakie są zastosowania elektromagnesów?

Elektromagnes jest urządzeniem, które wytwarza silne pole magnetyczne pod wpływem dopływu prądu. Pierwszy elektromagnes powstał dzięki Wiliamowi Sturgeonowi już w 1823 roku, kiedy naukowiec zawinął żelazną sztabkę w drut miedziany i włączył prąd. Właściwości magnetyczne takich urządzeń po prawie dwustu latach znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle, medycynie, a także w domu.

Stosuje się je przy podnoszeniu i przemieszczaniu ciężkich stalowych elementów w fabrykach oraz w nowoczesnych pociągach. Niezależnie, czy będzie to rezonans magnetyczny w nowoczesnych badaniach diagnostycznych, czy też zwykły elektryczny dzwonek u drzwi, elektromagnesy w dzisiejszych czasach królują w wielu dziedzinach.

Jak działa elektromagnes?

Solenoid, czyli zwojnica, prościej zwana cewką, z ferromagnetycznym rdzeniem w środku, poddana przepływowi prądu powoduje silne pole magnetyczne. Częstym ferromagnetykiem jest stal niehartowana, miękka, która wykazuje silne właściwości magnetyczne i szybko się magnesuje oraz rozmagnesowuje. To pozwala uzyskać efekt, że po ustąpieniu działania prądu elektromagnes przestaje oddziaływać. W przypadku elektromagnesów poddawanych działaniu prądu przemiennego, gdzie napięcie i natężenie zmienia się, stosuje się rdzenie z blach, które są oddzielone izolacją, tak, by zmniejszyć straty energii.

Siła działania elektromagnesu zależna jest od natężenia prądu. Im jest ono większe tym silniejsze pole magnetyczne jest wytwarzane. Najsilniejsze elektromagnesy wykorzystują cewki nadprzewodzące wykonane z nadprzewodników nie wykazujących oporu elektrycznego. Istotne jest, że muszą działać w jak najniższych temperaturach, nawet do -200oC.

Elektromagnes w życiu codziennym i przemyśle, czyli gdzie znajdziemy takie urządzenie?

Każda domowa instalacja elektryczna posiada elektromagnesy. Będą to automatyczne bezpieczniki i wyłączniki nadmiarowe w stacjach zasilających. Te elementy zapewniają bezpieczeństwo i chronią przed zbyt dużą ilością prądu odcinając jego przepływ poprzez wytworzenie pola magnetycznego.

Innym zastosowaniem elektromagnesów są prądnice, czyli urządzenia wytwarzające prąd, np. w silnikach elektrycznych różnych urządzeń. W telewizorach elektromagnesy tworzą obraz przez odchylanie wiązek elektronowych. Możemy je też znaleźć w dyskach twardych jako główny element głowicy zapisującej, w starych taśmach magnetofonowych, czy w zwykłym elektrycznym dzwonku u drzwi.

Potężne elektromagnesy mają szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu oraz w transporcie. Pozwalają na szybki i bezpieczny sposób transportowania elementów o różnych kształtach, wadze i wymiarach. Elektromagnesy mocuje się do zawiesi lub trawersy, w prosty sposób uzyskując pewny chwytak, który może przenosić przedmioty nacechowane ferromagnetyzmem, np. blachy, stal i inne stopy żelaza.

Stosowanie w przemyśle tego rodzaju urządzeń o dużej mocy pola magnetycznego znacznie wpływa na organizację pracy i pozwala na zaoszczędzenie miejsca i nie wymaga dodatkowych zabezpieczeń przy przeładunkach. Jednocześnie gwarantuje precyzyjne ułożenie przedmiotów w wybranym miejscu.

Elektromagnesy w medycynie i nauce – najpopularniejsze zastosowanie

Nauka sięga po elektromagnesy bardzo powszechnie. Używane są w akceleratorach cząstek naładowanych, umożliwiając obserwowanie ich zderzeń i wytwarzanie nowych cząstek elementarnych. To działanie wykorzystywane jest w CERN największym ośrodku badawczym, gdzie odkrywa się i poznaje nowe obiekty i definiuje zasady fizyki cząsteczkowej. Tu warto nadmienić, że największy akcelerator cząsteczek ma obwód 27 km i zbudowany jest z elektromagnesów nadprzewodzących. Tak potężna moc pozwala testować nowe teorie fizyczne.

Również w medycynie wykorzystuje się elektromagnesy nadprzewodzące. Wchodzą w skład tomografów komputerowych, pozwalających uzyskać doskonały obraz wnętrza ciała, co w diagnostyce obrazowej ma kluczowe znaczenie. Wykorzystanie rezonansu magnetycznego NMR polega tu na włączeniu silnego pola elektromagnetycznego po umieszczeniu pacjenta w cewce nadprzewodzącej i odczytywanie sygnałów elektromagnetycznych za pomocą systemu detekcyjnego przetwarzającego je na obraz o doskonałej jakości.

Naukowcy wciąż doskonalą urządzenia elektromagnetyczne wpływając na rozwój technologii. Dobrym przykładem są nowoczesne pociągi działające na poduszkach magnetycznych i osiągające zawrotne prędkości. Ziemia jest najpotężniejszym magnesem i wykorzystanie tej najbardziej powszechnej siły stanowi przyszłość rozwoju technologicznego naszej cywilizacji.