Wie baue ich einen Elektromagneten?

Ich möchte einen Elektromagneten herstellen, der eine Büroklammer aus kurzer Entfernung (wahrscheinlich 7 bis 8 Zoll) vom Boden abheben kann. Ich dachte naiv daran, einen Elektromagneten als eine einfache Aufgabe zu machen (wegen der kurzen Videos, die es so einfach erscheinen lassen), und ich war mehr besorgt darüber, einen groß genug zu machen, um die Aufgabe zu erfüllen. Allerdings kann ich nicht einmal einen kleinen Elektromagneten bauen! Ich habe so viele Möglichkeiten ausprobiert:

  1. Nagel mit isoliertem Draht umwickelt
  2. Nagel mit geradem Kupferdraht umwickelt
  3. Andere Batterie (mehrmals)
  4. Neuer Nagel
  5. Kratzen Sie die äußere Beschichtung vom Nagel ab, indem Sie isolierten Draht darum wickeln
  6. Hantel mit all dem isolierten Draht, der darum gewickelt ist (siehe Bilder)

Ich habe immer darauf geachtet, dass der Nagel oder die Hantel ferromagnetisch ist (ein Kühlschrankmagnet haftet daran). Ich habe immer darauf geachtet, dass der Draht fest gewickelt war. Ich habe darauf geachtet, dass ich den Draht auf der zweiten Schicht (Nummer 6) in die gleiche Richtung gewickelt habe. Ich bin mir ziemlich sicher, dass diese Frage einige der sachkundigen Leute, die dieses Forum benutzen, zusammenzucken lässt, aber ich versuche nur zu lernen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Diese 9V-Batterie ist jetzt leer. Ersetzen Sie es nicht einfach, Sie könnten mit einer kräftigen 1,5-VD-Zelle mehr Glück haben. Aber 8 Zoll Reichweite? keine Chance.
7 bis 8 Zoll ist eine lange Distanz, zumindest für einen Elektromagneten ähnlicher oder kleinerer Größe. Fest gewickelt - nicht so wichtig. Viele Kurven - viel wichtiger. Sie scheinen ein paar 10 Sekunden sehr dicken Draht zu haben, Sie brauchen Tausende, um mit einer Schwachstrombatterie wie PP3 zu laufen. Bei diesen wenigen Umdrehungen wäre ein Volt bei vielen Ampere angemessener.
Es mag einen Weg geben, das zu tun, was Sie tun möchten, aber Sie müssen es auf eine ganz andere Weise tun. Sie müssen wahrscheinlich darüber nachdenken, was Sie retten können und wie Sie es zusammenbauen könnten.
@ user-1818839 Danke, obwohl ich neugierig bin, warum eine niedrigere Spannung besser funktioniert?
Denn bei so wenigen Windungen braucht man viel Strom, und man braucht einen Akku, der ihn liefern kann. Wenn Sie den Widerstand dieser Wicklung messen können, können Sie den Strom aus 1,5 V berechnen.
Wenn Sie entschlossen sind, diesen Abstand einzuhalten, versuchen Sie zunächst, mit einem gebrauchten/ausrangierten Magnetschloss zu experimentieren. Die meisten von ihnen laufen mit 12 Volt Gleichstrom oder 24 Volt Wechselstrom. Fragen Sie Ihren lokalen Türinstallateur oder Schlosser, ob er ein altes hat, mit dem Sie experimentieren können.
Engineering ist eine Disziplin der Zahlen und Mathematik. Sie sollten damit rechnen, dass alles, was ohne vorherige Berechnung seiner Leistung zusammengebaut wird, höchstwahrscheinlich nicht das tut, was Sie sich vorgestellt haben. Das Verhalten von Elektromagneten wird durch gut verstandene mathematische Zusammenhänge bestimmt. Wenn Sie die Parameter Ihrer Konstruktion in diese Gleichungen einsetzen, sagen sie Ihnen genau, wie stark das Magnetfeld sein wird. Wie hast du das erwartete Feld berechnet? Es scheint, dass der Fehler in dieser Berechnung lag. Wenn Sie zeigen könnten, was Sie berechnet haben, können wir Ihnen helfen, den Fehler zu finden.

Antworten (5)

Es tut mir leid, aber Sie müssen ein neues Projekt finden. Das Anheben einer Büroklammer bei 8 Zoll erfordert einen extrem starken Magneten.

Wenn Sie immer noch sehen möchten, was Sie machen können, müssen Sie Ihre Drahtwahl ändern. Standardisolierter Draht, wie Sie ihn verwenden, hat eine Isolierung, die viel zu dick ist und die Anzahl der Windungen, die Sie machen können, stark reduziert. Sie müssen sich mit Lackdraht befassen. Sie werden nicht nur mehr Windungen bekommen, die Isolierung widersteht Hitze viel besser als eine normale Isolierung, und das wird wichtig werden.

Sie müssen auch aufhören, mit Batterien herumzuspielen, und sich eine einstellbare Stromversorgung besorgen. Wenn Sie wirklich Batterien verwenden müssen, müssen Sie sich ein paar billige DVMs besorgen und zumindest den Strom überwachen, den Sie durch die Spule senden. Wenn Sie gleichzeitig auch die Batteriespannung überprüfen, werden Sie erstaunt sein, wie niedrig die Spannung wird.

Wenn Sie sich zu der Art von Magnet hocharbeiten, nach der Sie suchen, müssen Sie auch etwas über Temperatursensoren lernen und wie man sie liest. Der Grund dafür ist, dass Sie eine erhebliche Leistung in der Spule verbrauchen, und wenn Sie das Innere der Spule nicht ausreichend kühlen, führt dies zu bösen Dingen wie Feuer.

Danke, ich habe Magnetdraht besorgt und mein Netzteil sollte bald ankommen. Ich habe auch die Entscheidung getroffen, in die Garage zu ziehen, anstatt in einem Zimmer mit Teppichboden zu bleiben. So lange dachte ich, der Elektromagnet würde nicht funktionieren, aber es waren nur meine Krokodilklemmen. Als ich die magnetische Anziehungskraft sehe, die durch mein aktuelles Setup erzeugt wird, wird mir jetzt klar, dass ich Glück haben werde, wenn ich einen 1-Zoll-Anzugsring bekomme 😅. Danke noch einmal
In meiner Jugend vor sechs Jahrzehnten war die erste Wahl für solche Dinge eine "#6 Trockenzelle". Ein riesiges Ding mit ein paar Größenordnungen mehr Stromkapazität als eine rechteckige 9-V-"Transistorradio" -Batterie.
@Will - Bei Netzteilen muss man vorsichtig sein. Wenn Sie nur einen Wallwart bekommen, gibt er möglicherweise nicht seinen Nennstrom aus, wenn die Last zu niedrig ist. Auch hier empfehle ich Ihnen wirklich, sich ein DMM zu besorgen, um Ihren Spulenstrom zu messen. Es wird Sie zumindest davor bewahren, von einer schlechten Verbindung getäuscht zu werden.
Eine Autobatterie liefert riesige Strommengen, genug, um Ihren Magneten in Brand zu setzen (srsly, tun Sie dies nicht). Außerdem misst Ihr Telefon Magnetfelder (in Tesla), wenn Sie eine Sensor-App laden.
Um das Abstandsproblem näher zu erläutern: Wenn wir den Magneten als Monopol modellieren, fällt die Stärke mit 1 / r ^ 2 ab, sodass die bei 7 Zoll benötigte Leistung fast 500-mal so groß ist wie bei 1 / 10 Zoll. Wenn wir es als Dipol modellieren, dann fällt die Stärke als 1/r^3 ab, was ein Verhältnis von mehr als 4000 zwischen 7 Zoll und 1/10 Zoll ergibt.

Einige Fakten über Magnetismus, die Sie vielleicht nicht kennen oder verstehen:

  1. Bei einem bestimmten Abstand im Material ist es wahrscheinlich 100- bis 2000-mal schwieriger, dass ein magnetischer Fluss durch die Luft fließt als bei einem Nagel oder anderen zufälligen magnetischen Materialien, die Sie möglicherweise haben.
  2. Die größte magnetische Kraft wird ausgeübt, wenn ein Magnet ein Stück Eisen anziehen kann, das einen geschlossenen Pfad für den magnetischen Fluss bildet, wenn es dem Pfad hinzugefügt wird.
  3. Die Spule eines Elektromagneten hat einen sehr geringen Widerstand, sodass nur eine sehr kleine Spannung erforderlich ist, um viel Strom durch sie zu treiben.
  4. Alle Batterien haben einen Innenwiderstand. Wenn eine Batterie einen sehr kleinen Widerstand treibt, wird der Strom durch den Innenwiderstand der Batterie bestimmt. Der Innenwiderstand wird durch die physikalische Größe bestimmt. D-Zellen haben einen sehr viel geringeren Widerstand als AAA-Zellen. 9-Volt-Batterien sind 6 winzige Zellen, die übereinander gestapelt sind. Diese Zellen summieren sich zu einem sehr viel höheren Widerstand als eine AAA-Zelle.
  5. Magnete werden oft als „U“- oder „Hufeisenform“ dargestellt. Einer der obigen Punkte erklärt dies.
  6. Starke Elektromagnete werden aus Hunderten oder Tausenden von Drahtwindungen hergestellt.
  7. Zur Herstellung von Magneten wird ein spezieller Draht namens "Magnetdraht" verwendet. Dafür gibt es einen guten Grund.
Danke @Neil_UK. Ich habe Punkt 1 nach nur einem kurzen Blick auf ein Diagramm geschrieben und dann das Gesehene nicht richtig kopiert. Ich werde das noch etwas verfeinern.

Hier ist ein Beispiel-Elektromagnet, den Sie kaufen können: ELECALL-Elektromagnet .

Das Datenblatt zeigt, dass das leistungsstärkste Modell (der ELE-P100/40) mit 12 Volt bei 1 Ampere (12 Watt) betrieben werden kann.

Datenblatt

Die Hubkraft in verschiedenen Höhen ist in diesem Datenblatt angegeben:

Datenblatt2

So kann er ein 24 kg schweres Gewicht (an einer Metallplatte befestigt) aus einer Höhe von 1 mm heben.

Es kann heben:

  • 13kg bei 2mm
  • 5kg bei 3mm
  • 3,5 kg bei 4 mm
  • 2,5 kg bei 5 mm
  • 1,8 kg bei 6 mm
  • 1.?kg bei 7mm
  • 1kg bei 8mm
  • 0,7 kg bei 9 mm
  • 0,5 kg bei 10 mm

Zeichnen Sie diese Zahlen mit Excel und fügen Sie dann eine „Power“-Trendlinie hinzu. Es ergibt die Gleichung y=48.246x^(-1.908). Dies kommt einer inversen quadratischen Beziehung nahe , wird jedoch über einen bestimmten Punkt hinaus zu einer inversen Würfelbeziehung führen (ich bin mir nur nicht sicher, wo dieser Punkt sein würde).

Unter der Annahme, dass die umgekehrte quadratische Beziehung immer noch gilt, scheint es möglich zu sein, dass Sie eine 1-Gramm-Büroklammer in einem Abstand von 7 Zoll aufheben könnten (ich denke jedoch, dass die umgekehrte Würfelbeziehung einsetzt, bevor Sie diese Höhe erreichen). Ob das möglich ist, müsste man ausprobieren.

Als Faustregel gilt, dass die Kraft im Verhältnis zur Kubikzahl des Abstands abzunehmen beginnt, wenn der Abstand in einem ähnlichen Maßstab liegt wie der Abstand der Pole auf dem Magneten.
@jpa Ich frage mich, ob Sie einen Elektromagneten mit einem Abstandshalter dazwischen übereinander stapeln könnten, um effektiv einen längeren Elektromagneten zu bilden. Dies würde die Höhe der umgekehrt quadratischen Zone erhöhen.
Der in der Antwort verlinkte Elektromagnet ist speziell konstruiert, um die Pole für eine hohe Haltekraft ziemlich nahe zusammenzubringen. Ein U-förmiger Magnet mit großem Abstand hätte eine größere Reichweite, obwohl die maximale Kraft in der Nähe des Magneten kleiner ist.

Sie können sich das Video von Electroboom über Spulenkanonen ansehen , um zu sehen, was mit Elektromagneten passieren kann ...

Stellen Sie sicher, dass Sie den Draht richtig wickeln, während Sie den Elektromagneten bauen. Nebeneinander liegende Wicklungen, die Strom in entgegengesetzte Richtungen führen, heben das Magnetfeld des anderen auf - Sie müssen den Elektromagneten so wickeln, dass der Strom in allen Windungen der Spule in die gleiche Richtung fließt.

Eine andere Sache, verwenden Sie einen weichen Eisenkern anstelle von Nägeln und Hanteln, da diese aus Stahl bestehen. Es hilft Ihnen, den magnetischen Fluss besser zu fokussieren.

Verwenden Sie anstelle von isoliertem Draht dünnen Lackdraht (blanker Draht, der mit transparentem Lack überzogen ist). Dadurch können Sie mehr Windungen pro Längeneinheit platzieren. Die Dicke der Isolierung bei dem Draht, den Sie derzeit verwenden, verschwendet viel Platz.

Die Stärke der Magnetkraft ist proportional zum Strom sowie zur Anzahl der Windungen in der Elektromagnetwicklung. Erhöhen Sie eines davon, um Ihren Magneten stärker zu machen.

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