Elektromagnet atau Magnet Listrik

Elektromagnet sederhana dapat dibuat dengan melilitkan gulungan kawat di sekitar inti besi lunak, seperti sebuah paku besar.

Kita sekarang tahu dari artikel sebelumnya bahwa konduktor pembawa arus lurus menghasilkan medan magnet melingkar di sekelilingnya di semua titik sepanjang panjangnya dan bahwa arah rotasi medan magnet ini tergantung pada arah aliran arus melalui konduktor, Aturan Tangan Kiri.

Dalam artikel terakhir tentang Elektromagnetisme kita melihat bahwa jika kita membengkokkan konduktor menjadi sebuah lingkaran, arus akan mengalir ke arah yang berlawanan melalui lingkaran menghasilkan medan searah jarum jam dan medan berlawanan arah jarum jam di samping satu sama lain. Elektromagnet menggunakan prinsip ini dengan memiliki beberapa lingkaran individu yang digabungkan secara magnetis untuk menghasilkan sebuah kumparan tunggal.

Elektromagnet pada dasarnya adalah kumparan kawat yang berperilaku seperti magnet batang dengan kutub utara dan selatan yang berbeda ketika arus listrik melewati kumparan. Medan magnet statis yang dihasilkan oleh setiap lingkaran kumparan individu dijumlahkan dengan tetangganya dengan medan magnet gabungan yang terkonsentrasi seperti lingkaran kawat tunggal yang kita lihat di artikel terakhir di tengah kumparan. Medan magnet statis resultan dengan kutub utara di satu ujung dan kutub selatan di ujung lainnya seragam dan jauh lebih kuat di tengah kumparan daripada di sekeliling bagian luar.

Garis Gaya di sekitar Elektromagnet

Medan magnet yang dihasilkan ini direntangkan dalam bentuk magnet batang yang memberikan kutub utara dan selatan yang berbeda dengan fluks yang sebanding dengan jumlah arus yang mengalir dalam kumparan. Jika lapisan kawat tambahan dililitkan pada kumparan yang sama dengan arus yang sama, kekuatan medan magnet akan meningkat.

Hal ini dapat dilihat dari hal ini oleh karena itu bahwa jumlah fluks yang tersedia dalam setiap rangkaian magnet berbanding lurus dengan arus yang mengalir melaluinya dan jumlah lilitan kawat di dalam kumparan. Hubungan ini disebut Gaya Gerak Magnet atau m.m.f. dan didefinisikan sebagai:

Gaya Gerak Magnet dinyatakan sebagai arus I yang mengalir melalui kumparan N. Oleh karena itu, kekuatan medan magnet elektromagnet ditentukan oleh lilitan ampere kumparan dengan semakin banyak lilitan kawat di dalam kumparan semakin besar kekuatan medan magnet tersebut.

Kekuatan Magnet Elektromagnet

Kita sekarang tahu bahwa dua konduktor yang berdekatan membawa arus, medan magnet diatur sesuai dengan arah aliran arus. Interaksi yang dihasilkan dari dua medan sedemikian rupa sehingga gaya mekanis dialami oleh dua konduktor.

Ketika arus mengalir ke arah yang sama (sisi kumparan yang sama) medan antara kedua konduktor lemah sehingga terjadi gaya tarik seperti gambar di atas. Demikian juga, ketika arus mengalir ke arah yang berlawanan, medan di antara mereka menjadi diintensifkan dan konduktor ditolak.

Intensitas bidang ini di sekitar konduktor sebanding dengan jarak darinya dengan titik terkuat di sebelah konduktor dan semakin melemah semakin jauh dari konduktor. Dalam kasus konduktor lurus tunggal, arus yang mengalir dan jarak darinya adalah faktor-faktor yang mengatur intensitas medan.

Oleh karena itu, rumus untuk menghitung "Kekuatan Medan Magnet", H kadang-kadang disebut "Gaya Magnet" dari konduktor pembawa arus lurus panjang berasal dari arus yang mengalir melaluinya dan jarak darinya.

Kekuatan Medan Magnet untuk Elektromagnet

Dimana:

H - adalah kekuatan medan magnet dalam ampere-lilit / meter, At / m

N - adalah jumlah putaran kumparan

I - adalah arus yang mengalir melalui kumparan dalam ampere, A

L - adalah panjang kumparan dalam meter, m

Kemudian untuk meringkas, kekuatan atau intensitas medan magnet kumparan tergantung pada faktor-faktor berikut.

• Jumlah lilitan kawat di dalam kumparan.
• Besarnya arus yang mengalir di koil.
• Jenis bahan inti.

Kekuatan medan magnet elektromagnet juga tergantung pada jenis bahan inti yang digunakan karena tujuan utama inti adalah untuk memusatkan fluks magnet di jalur yang ditentukan dan dapat diprediksi dengan baik. Sejauh ini hanya kumparan dengan inti udara (berongga) yang telah dipertimbangkan tetapi pengenalan bahan lain ke dalam inti (pusat kumparan) memiliki efek pengendalian yang sangat besar pada kekuatan medan magnet.

Jika materialnya non-magnetik misalnya kayu, untuk keperluan perhitungan dapat dianggap sebagai ruang kosong karena memiliki nilai permeabilitas yang sangat rendah. Namun, jika bahan inti dibuat dari bahan Feromagnetik seperti besi, nikel, kobalt atau campuran paduannya, perbedaan besar dalam kerapatan fluks di sekitar kumparan akan diamati.

Bahan feromagnetik adalah bahan yang dapat dimagnetisasi dan biasanya terbuat dari besi lunak, baja, atau berbagai paduan nikel. Pengenalan bahan jenis ini ke dalam rangkaian magnet memiliki efek memusatkan fluks magnet sehingga lebih terkonsentrasi dan padat serta memperkuat medan magnet yang diciptakan oleh arus dalam kumparan.

Kita dapat membuktikan ini dengan melilitkan gulungan kawat di sekitar paku besi lunak yang besar dan menghubungkannya ke baterai seperti yang ditunjukkan. Eksperimen ruang kelas sederhana ini memungkinkan kita mengambil klip atau pin dalam jumlah besar dan kita dapat membuat elektromagnet lebih kuat dengan menambahkan lebih banyak putaran ke koil. Tingkat intensitas medan magnet baik oleh inti udara berongga atau dengan memasukkan bahan feromagnetik ke dalam inti disebut Permeabilitas Magnetik.

Permeabilitas Elektromagnet

Jika inti bahan yang berbeda dengan dimensi fisik yang sama digunakan dalam elektromagnet, kekuatan magnet akan bervariasi terkait dengan bahan inti yang digunakan. Variasi dalam kekuatan magnet ini disebabkan oleh jumlah garis fluks yang melewati inti pusat. Jika bahan magnet memiliki permeabilitas tinggi maka garis fluks dapat dengan mudah dibuat dan melewati inti pusat dan permeabilitas (μ) dan ini adalah ukuran kemudahan inti dapat dimagnetisasi.

Konstanta numerik yang diberikan untuk permeabilitas ruang hampa diberikan sebagai: 

μo = 4.π.10^-7 H / m dengan permeabilitas relatif ruang bebas (ruang hampa) umumnya diberi nilai satu. Nilai inilah yang digunakan sebagai acuan dalam semua perhitungan yang berhubungan dengan permeabilitas dan semua material memiliki nilai permeabilitasnya masing-masing.

Masalah dengan hanya menggunakan permeabilitas inti besi, baja atau paduan yang berbeda adalah bahwa perhitungan yang terlibat bisa menjadi sangat besar sehingga lebih mudah untuk menentukan bahan dengan permeabilitas relatifnya.

Permeabilitas Relatif, simbol μr adalah produk dari μ (permeabilitas absolut) dan μo permeabilitas ruang bebas dan diberikan sebagai.

Permeabilitas Relatif

Bahan yang memiliki permeabilitas sedikit lebih kecil dari pada ruang bebas (ruang hampa) dan memiliki kerentanan negatif yang lemah terhadap medan magnet dikatakan bersifat Diamagnetik seperti: air, tembaga, perak dan emas. Bahan-bahan dengan permeabilitas sedikit lebih besar dari pada bahan ruang bebas dan hanya sedikit tertarik oleh medan magnet dikatakan bersifat Paramagnetik seperti: gas, magnesium, dan tantalum.

Contoh Elektromagnet No1

Permeabilitas mutlak inti besi lunak diberikan sebagai 80 milli-henries / m (80.10^-3). Hitung nilai permeabilitas relatif yang setara.

Ketika bahan feromagnetik digunakan dalam inti, penggunaan permeabilitas relatif untuk menentukan kekuatan medan memberi gambaran yang lebih baik tentang kekuatan medan magnet untuk berbagai jenis bahan yang digunakan. Misalnya, ruang hampa dan udara memiliki permeabilitas relatif satu dan untuk inti besi sekitar 500, jadi kita dapat mengatakan bahwa kekuatan medan inti besi adalah 500 kali lebih kuat daripada koil udara berongga yang setara dan hubungan ini jauh. lebih mudah dipahami daripada 0,628 × 10^-3 H / m, (500,4.π.10^-7).

Sementara, udara mungkin memiliki permeabilitas hanya satu, beberapa bahan ferit dan permalloy dapat memiliki permeabilitas 10.000 atau lebih. Namun, ada batasan jumlah kekuatan medan magnet yang dapat diperoleh dari satu kumparan karena inti menjadi sangat jenuh dengan meningkatnya fluks magnet dan ini akan dibahas dalam artikel berikutnya tentang kurva B-H dan Histeresis.