Vetenskapen om elektromagnetism är ett av de allra viktigaste områdena vi känner till. Vår kunskap om elektromagnetism har tillfört många praktiska lösningar inom industrin och tillämpas flitigt inom flera olika industriella sammanhang.
Elektromagnetismen är central vad gäller vår kunskap om universums fysiska struktur. Du kanske aldrig tänkt på det innan, men utan elektromagnetism skulle vi inte kunna transportera eller generera elektricitet.
Det skulle helt enkelt inte gå. Vi skulle inte kunna få fram de enorma mängder el som vi behöver över hela landet och i våra hem. Tänk på det nästa gång du tänder lamporna, kokar upp vatten i vattenkokaren eller tittar på tv! Elektromagnetismen - den märkliga kombinationen av elektricitet och magnetism - utför en av universums grunder. Det är därför vi egentligen inte kan säga att någon "uppfann" elektromagnetismen: den upptäcktes snarare.
Sedan beräknades den vara den kraft som håller ihop atomens olika delar. Den är ansvarig för kemiska föreningar och den är också den kraft som producerar ljus.
Elektromagnetism finns alltså överallt runtom oss. Men i den här artikeln kommer vi att titta närmare på ett särskilt fenomen som kallas elektromagnetisk induktion. Det vill säga, framställning av elektromotorisk kraft genom ett föränderligt magnetfält.
Oroa dig inte om det hela låter något förvirrande. Vi kommer nämligen att presentera en kort sammanfattning av all den vetenskap som du behöver ha lite koll på för att förstå denna fantastiska process.
Vad är elektromagnetism?
Låt oss börja med elektromagnetism. Vissa material är magnetiska, det vill säga, de har en magnetisk kraft. Andra material är inte magnetiska överhuvudtaget.
De magnetiska materialen består av oparade elektroner i en linje. Det innebär att deras magnetism går i en och samma riktning.
De material som förblir magnetiska även utanför ett externt magnetfält kallas för övrigt för permanentmagneter eller ferromagnetiska material. Det sker inte i icke-magnetiska material, där är istället alla elektroner antingen parade eller helt slumpmässiga.
Ferromagnetiska material - så som järn eller nickel - är antingen magnetiska rent slumpmässigt eller för att de har varit i kontakt med ett magnetfält. Och även om det är fantastiskt i sig självt så är de inte lika användbara som elektromagneter.
Elektromagneter kan slås på och stängas av och är mycket mer kraftfulla. Dessutom så kan kraftfulla magneter kan användas till väldigt mycket!
Vad är elektromagneter?
En elektromagnet är en magnet som drivs av en elektrisk ström. Själva elektriciteten har en magnetisk kraft; till och med i en enkel koppartråd.
Dessutom så har forskarna hittat sätt att göra denna kraft mycket starkare. I allmänhet används elektromagneter med spolar av tråd, där varje spole lindas runt en bit metall (vanligtvis järn).
Denna speciella skapelse kallas för en solenoid. När en elektrisk ström går genom tråden är det magnetiska fältet som bildas centrerat kring den magnetiska kärnan, det vill säga, metallbiten i mitten av solenoiden.
Dessa elektromagneter är superstarka och så snart du stänger av strömmen slutar solenoiden att magnetiseras. Så ja, en elektromagnet är egentligen bara en riktigt stark magnet.
Denna speciella kombination av elektricitet och magnetism är dock otroligt användbar. En av dess viktigaste tillämpningar är elektromagnetisk induktion - framställningen av elektromotorisk kraft (även kallad inducerad spänning).
Magneterna producerar elektricitet - så nu förstår du kanske varför de anses vara så användbara?
En kort sammanfattning om elektromagnetisk induktion
För att på bästa sätt förklara processen och betydelsen av elektromagnetisk induktion ska vi kortfattat tittat tillbaka på dess historia. Låt oss gå tillbaka till ett av de allra första experimenten som ledde till dess upptäckt - långt tillbaka på 1830-talet.
Då hade vi redan hästsko-elektromagneten tack vare William Sturgeons uppfinning. Vi visste även att elektriska strömmar har en egen magnetisk kraft tack vare Ampere och Oersted.
Det var dock en man vid namn Michael Faraday som upptäckte principerna för elektromagnetisk induktion när han utförde ett experiment vars resultat publicerades år 1831.
Vetenskapsmannen Michael Faraday
Michael Faraday har blivit en av historiens mest inflytelserika vetenskapsmän. Genom sitt arbete om magnetism bevisade han hur magnetisk kraft kan påverka, exempelvis, ljusstrålar.
Hans mest inflytelserika experiment var dock det då han upptäckte elektromagnetisk induktion. Faraday tog en järnring och lindade två olika trådstycken från olika spolar runt dess motsatta sidor.
Sedan lät han en elektrisk ström gå genom en av trådbitarna och förväntade sig se någon form av elektrisk laddning eller effekt på den andra trådbiten. Han kopplade därför in den andra trådbiten i en galvanometer - en maskin som mäter elektriska laddningar.
När han satte på och stängde av batteriet på den första kabeln visade galvanometern en elektrisk laddning. Detta, menade Faraday, berodde på det magnetiska flöde som passerade genom ringens centrum.
För att förtydliga så producerades det endast en elektrisk ström när magnetfältet ändrades. Det var alltså endast vid de tillfällen då han satte på batteriet och när han stängde av det igen som han såg en förändring på galvanometern.
Vid andra tillfällen visade galvanometern ingenting. Detta är anledningen till att han i ett annat av sina experiment lät en stavmagnet glida in och ut ur en trådspole. Där kunde han observera samma elektriska laddning på galvanometern.
Här kan du lära dig ännu mer om våra fantastiska elektromagneter och deras fuktion!
Faradays lag och Maxwells ekvationer
Medan Faraday utförde detta praktiska arbete och experiment möttes hans resultat inte av någon större entusiasm. Det berodde dock på att han inte presenterade sina resultat i matematiska termer.
Det var James Clerk Maxwell som trettio år senare beskrev vad Faraday redan hade bevisat, men rent matematiskt. Maxwells ekvationer har blivit namnet på dessa lagar.
Det vill säga, lagarna som beskriver vad som händer vid elektromagnetisk induktion.
Hur fungerar elektromagnetisk induktion?
Så vad exakt var det som Faraday upptäckte? Enkelt uttryckt så fann han att förändringar i magnetfält kan inducera elektriska strömmar.
Och som vi vet har elektriska strömmar ett magnetfält. Men om du skulle låta det magnetiska fältet interagera med en annan magnet förändras den elektriska strömmens potential eller spänning, precis så som i Faradays experiment.
Om du skulle flytta en sådan magnet in och ut ur en spole skulle du alltså känna en hel del motstånd. Motståndet i sig hjälper till att producera strömflödet.
Om man påskyndar magnetens rörelse kommer den inducerade strömmen att öka och om man förstärker magnetfältet händer samma sak. På detta sätt kan magneter alltså användas till att omvandla rörelseenergi till elektrisk energi.
Detta eftersom strömmen flyter genom att flytta magneten. Det är just så saker som generatorer fungerar: de genererar elektricitet genom att en magnet rör sig i ett magnetfält.
Inte undra på att detta var en så otroligt viktig upptäckt!
Hur använder vi elektromagnetisk induktion?
För att förtydliga detta fenomen ytterligare ska vi ta en titt på en av de viktigaste teknikerna där det tillämpas. Det är nämligen genom elgeneratorn.
Elgeneratorer används bland annat i kraftverk, i bilar och pyttesmå motorer, samt i alla möjliga olika typer av utrustning. Tro oss - de finns överallt.
Elektriska generatorer
Elektriska generatorer producerar magnetfält genom vilka andra magnetiserade spolar rör sig. Bilar använder till exempel en växelströmsgenerator för att se till att batteriet håller sig laddat.
Vid växelström rör sig den inducerade strömmen i växelvis riktning - därav namnet. Föreställ dig ett magnetfält framför dig. I mitten av utrymmet finns en roterande trådspole med ström som passerar genom den.
Som du kan föreställa dig så kommer det att finnas en växelverkan och ett motstånd mellan trådspolen (med sitt eget magnetfält) och magnetfältet i generatorn. När den ena sidan av den roterande spolen rör sig uppåt induceras en positiv ström.
När den rör sig tillbaka nedåt sker motsatsen. Följaktligen får man ström som ständigt förändras.
I en likströmsgenerator (likström) finns det en mekanism som gör så att rörelserna i magnetfältet blir omvända - det sker alltså ingen växling.
Finns det några fördelar med att använda växelström?
Växelström är mycket vanligare i större elektriska apparater. Det beror på att det är mycket lättare att transportera än likström.
Det går nämligen att öka spänningen samtidigt som man har en liten ström, men med tanke på den höga spänningen behöver man transformatorer för att strömmen ska kunna användas. Passa på att lära dig allt om transformatorer här.
Tycker du om artikeln? Visa det gärna!
Loading...
