آهنربای الکتریکی چگونه کار می کند؟

ایده اساسی آهنربای الکتریکی یا الکترومغناطیس بسیار ساده است. با عبور دادن جریان الکتریکی از سیم، حول آن یک میدان مغناطیسی به وجود می آید. با استفاده از همین مفهوم ساده صدها وسیله ای که امروزه با آنها سر و کار داریم، ساخته شده اند، وسائلی مانند آب میوه گیری، تلویزیون، ویدئو، تلفن، ضبط صوت، بلندگو، زنگ اخبار، دیسک های مغناطیسی و…

در این مقاله شما می توانید با نحوه کار آهنرباها آشنا شوید.

بهتر است قبل از بررسی مفهوم الکترومغناطیس، مطالبی را در مورد مغناطیس طبیعی (آهنربا) یادآوری کنیم. حتماً یکی از بازی های دوران کودکی شما این بوده که درب یخچال را باز می کردید و سپس رها می کردید تا درب خودبخود بسته شود! بله، جالب بود. دور درب یخچال ها یک ردیف آهنربا کار می گذارند تا بدنه یخچال را جذب کند و همین باعث بسته شدن درب ها می شود. حتماً می دانید که هر آهنربا دو قطب شمال و جنوب (N و S) دارد، بطوریکه قطب های همنام N و N یا S و S همدیگر را دفع و قطب های غیر همنام (N و S) همدیگر را جذب می کنند.

حول هر آهنربا، میدان مغناطیسی از قطب N به سمت قطب S (البته در داخل آن بر عکس) وجود دارد. این میدان مغناطیسی خاصیت القایی دارد؛ یعنی اگر ما آهنربایی را نزدیک فلزی ببریم، میدان مغناطیسی در فلز القاء می شود و به نوعی فلز را نیز آهنربا می کند و آن را جذب خود می کند. آهنربای الکتریکی هم دقیقاً خصوصیات آهنربای طبیعی را دارد، با این تفاوت که خاصیت آهنربایی آن ثابت نیست. یعنی با تغییر جهت جریان الکتریکی می توان مکان قطب های N و S را عوض کرد و با قطع جریان الکتریکی، خاصیت آهنربایی (مغناطیسی) آن را از بین برد.

الکترومغناطیس
با یک باتری و مقداری سیم می توانید یک آهنربای الکتریکی ساده بسازید. اگر یک سیم را به دو قطب مثبت و منفی باتری وصل کنید، با حرکت الکترون ها در سیم (از قطب منفی به قطب مثبت) جریان الکتریکی (از قطب مثبت به قطب منفی؛ برعکس حرکت الکترون ها) برقرار می شود. اگر قطب نمای ظریفی را در نزدیکی این سیم قرار دهید، با قطع و وصل کردن سیم خواهید دید که جهت عقربه قطب نما هم تغییر می کند.

میدان مغناطیسی حول سیم به صورت دایره هایی که مرکز آنها سیم حامل جریان است، به وجود می آید.

با کمک قانون دست راست می توانید جهت میدان مغناطیسی حول سیم را پیدا کنید. اگر با دست راست، سیم حامل جریان را بگیرید بطوریکه انگشت شست شما در جهت جریان الکتریکی باشد، جهت بسته شدن دیگر انگشتان دست، میدان مغناطیسی حول سیم را نشان خواهد داد.

از آنجا که میدان مغناطیسی ایجاد شده در حول سیم به صورت دایره ای و عمود بر آن تولید می شود، می توان به کمک سیم پیچ این میدان مغناطیسی را تقویت کرد. همچنین با قرار دادن یک فلز در داخل سیم پیچ، می توان میدان مغناطیسی داخل آن را بیشتر تقویت کرد.

برای مثال در شکل فوق، داخل سیم پیچ متصل به باتری اگر فلز آهنی مثل میخ کار بگذاریم، میدان مغناطیسی قوی حول سیم پیچ به وجود می آید و سیم پیچ تبدیل به یک آهنربا با قطب های N و S می شود. حال اگر فلزی را به این آهنربا نزدیک کنیم، میدان مغناطیسی آهنربای الکتریکی در فلز القاء می شود و در طرفین آن قطب های مخالف S و N به وجود می آیند. از آنجا که قطب های ناهمنام همدیگر را جذب می کنند، آهنربای الکتریکی، فلز را به سوی خود جذب خواهد کرد. با قطع کردن جریان برق باتری، دیگر میدانی حول سیم ها نخواهد بود و سیم پیچ خاصیت آهنربایی خود را از دست خواهد داد.

سیم لوله (Solenoid) چیست؟
اگر داخل سیم پیچِ توخالی، استوانه ای فلزی قرار دهیم که بتواند آزادانه داخل آن حرکت کند، نوعی سیم لوله ساخته ایم. همانطور که گفتیم با اتصال این سیم پیچ به باتری، داخل و خارج آن میدان مغناطیسی به وجود می آید. این میدان مغناطیسی باعث ایجاد خاصیت آهنربایی داخل سیم پیچ شده و استوانه فلزی را به طرف داخل یا بیرون سیم پیچ هل می دهد.

حال اگر بتوانیم جهت جریان را دائماً عوض کنیم (جریان متناوب تولید کنیم)، میدان داخل سیم پیچ هم تغییر جهت خواهد داد و استوانه داخل سیم پیچ، جلو و عقب خواهد رفت. نمونه ای از کاربرد سیم لوله را می توانید در زنگ اخبار زیر مشاهده نمایید.

انیمیشن فوق یکی از کاربردهای عملی آهنربای الکتریکی است.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «آهنربای الکتریکی چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.