آهنرباهای الکتریکی یکی از مباحث جذاب و پرکاربرد در فیزیک یازدهم هستند . در آزمایش آهنربای الکتریکی با استفاده از یک آهنربا میله ای و قطب نما می توانیم با تغییر مکان و حرکت آهنربا میله ای جهت گیری ذرات مختلف فضا و عقربه آهنربا را ملاحظه کنیم. قسمت دوم همین آزمایش با یک آهنربا الکتریکی متصل به باتری انجام می شود.
موضوعاتی که در آزمایش صفحه 69 فیزیک یازدهم مورد بررسی قرار می گیرند، شامل: میدان مغناطیسی، آهنرباها و آهنربای الکتریکی هستند.
اهداف آزمایش آهنربا و جریان الکتریکی: جهت میدان آهنربا را برای مکان های مختلف در اطراف آهنربا و آهنربای الکتریکی، آهنرباها و آهنرباهای میله ای را مقایسه کنید، مشخص کردن ویژگی های آهنرباهای الکترومغناطیسی که متغیر هستند و هر متغیر چه تأثیری بر قدرت و جهت میدان مغناطیسی دارد. قدرت میدان مغناطیسی را به فاصله کمی و کیفی مرتبط کنید.
این آزمایش‌ها نه تنها به دانش‌آموزان کمک می‌کنند تا مفاهیم فیزیکی را بهتر درک کنند، بلکه امکان تجربه عملی و مشاهده اثرات میدان مغناطیسی را نیز فراهم می‌آورند.
آهنربای الکتریکی چیست ؟!
آهنربای الکتریکی نوعی آهنربا است که با جریان الکتریکی فعال می‌شود. برخلاف آهنرباهای دائمی که خاصیت مغناطیسی دائمی دارند، آهنرباهای الکتریکی تنها زمانی مغناطیسی می‌شوند که جریان الکتریکی از سیم‌پیچ‌های آن‌ها عبور کند.
آهنرباهای الکتریکی با استفاده از اصول پایه‌ای الکترومغناطیس، کاربردهای فراوان و متنوعی در زندگی روزمره و صنایع مختلف دارند. درک نحوه کارکرد و کاربردهای این آهنرباها می‌تواند به ما کمک کند تا به نحو بهتری از تکنولوژی‌های موجود بهره‌برداری کنیم و نوآوری‌های جدیدی را در زمینه‌های مختلف ایجاد کنیم.
آهنربای الکتریکی که به نام الکترومغناطیس نیز شناخته شده با عبور جریان الکتریکی از سیم پیچی با هسته فلزی ایجاد می شود و این سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که با قطع جریان از بین می رود.
اصول کارکرد آهنرباهای الکتریکی
آهنربای الکتریکی از سه جزء اصلی تشکیل شده است:
- هسته فلزی: معمولاً از آهن یا فولاد ساخته می‌شود که میدان مغناطیسی را تقویت می‌کند.
- سیم‌پیچ: یک سیم مسی که به دور هسته پیچیده شده است.
- منبع تغذیه الکتریکی: باتری یا منبع برق که جریان الکتریکی را تأمین می‌کند.
وقتی جریان الکتریکی از سیم‌پیچ عبور می‌کند، میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ و هسته فلزی ایجاد می‌شود. این میدان مغناطیسی باعث می‌شود که هسته خاصیت مغناطیسی پیدا کند. شدت میدان مغناطیسی به مقدار جریان الکتریکی و تعداد دورهای سیم‌پیچ بستگی دارد.
مواد و ابزار لازم برای آزمایش آهنربای الکتریکی
برای ساخت یک آهنربای الکتریکی ساده ، به مواد و ابزار زیر نیاز دارید:
- سیم مسی روکش‌دار
- باتری (مثلاً باتری 9 ولتی)
- میخ آهنی بزرگ یا میله فلزی
- کلید قطع و وصل جریان
- سیم‌چین و چسب برق
مراحل ساخت آهنربای الکتریکی
1. پیچیدن سیم مسی به دور هسته: سیم مسی را به دور میخ آهنی یا میله فلزی بپیچید. هرچه تعداد دورهای سیم بیشتر باشد، آهنربای الکتریکی قوی‌تری خواهید داشت.
2.اتصال به منبع تغذیه: دو سر سیم مسی را به قطب‌های مثبت و منفی باتری متصل کنید. برای کنترل بهتر، می‌توانید از کلید قطع و وصل جریان استفاده کنید.
3. آزمایش میدان مغناطیسی: با عبور جریان، هسته فلزی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کند. برای آزمایش، می‌توانید از اجسام کوچک فلزی مانند گیره‌های کاغذ استفاده کنید و مشاهده کنید که چگونه به هسته جذب می‌شوند
کاربردهای آهنربای الکتریکی
آهنرباهای الکتریکی در بسیاری از زمینه‌ها استفاده می‌شوند، از جمله:
- بلندگوها و میکروفون‌ها:
در بلندگوها، آهنربای الکتریکی برای تولید صدا با حرکت دیافراگم استفاده می‌شود. در میکروفون‌ها نیز این آهنرباها برای تبدیل امواج صوتی به سیگنال‌های الکتریکی به کار می‌روند.
- موتورهای الکتریکی:
در موتورهای الکتریکی، آهنرباهای الکتریکی به همراه آهنرباهای دائمی برای ایجاد حرکت چرخشی استفاده می‌شوند. این موتور‌ها در خودروها، دستگاه‌های خانگی و صنعتی به کار می‌روند.
- جرثقیل‌های مغناطیسی:
در صنایع سنگین، از آهنرباهای الکتریکی برای جابه‌جایی اجسام فلزی سنگین استفاده می‌شود. این جرثقیل‌ها با قطع و وصل جریان الکتریکی می‌توانند اشیاء را بلند کرده و به محل مورد نظر منتقل کنند.
- قفل‌های الکترومغناطیسی:
این قفل‌ها در سیستم‌های امنیتی برای قفل و باز کردن درها استفاده می‌شوند. با عبور جریان الکتریکی، آهنربای الکتریکی فعال شده و در را قفل یا باز می‌کند.
- ترانسفورماتورها:
در ترانسفورماتورها، آهنرباهای الکتریکی برای تبدیل ولتاژهای الکتریکی به کار می‌روند. این دستگاه‌ها در انتقال برق از نیروگاه‌ها به مصرف‌کنندگان نقش مهمی دارند.
- ماشین‌های MRI:
در دستگاه‌های تصویربرداری MRI، آهنرباهای الکتریکی قوی برای ایجاد میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرند که تصاویر دقیقی از داخل بدن فراهم می‌کنند.
گزارش کار آزمایش صفحه ۶۹ فیزیک یازدهم تجربی
آزمایش‌های مربوط به آهنرباهای الکتریکی نه تنها سرگرم‌کننده و آموزشی هستند، بلکه دانش‌آموزان را با اصول پایه‌ای الکترومغناطیس آشنا می‌کنند. با ساخت و بررسی آهنرباهای الکتریکی، می‌توان به درک بهتری از کاربردهای عملی این تکنولوژی در زندگی روزمره رسید.
در این آزمایش با تغییر مکان آهنربای میله ای، تغییر جهت میدان را نیز مشاهده می کنید. که از کادر توضیحات میزان شدت را نیز می توانید تغییر دهید. همچنین با کلیک بر روی گزینه ی ( قطب ها را برعکس کن ) می توانید ابتدا و انتهای قطب ها را جا به جا کنید. با فعال کردن گزینه ی سنجه B، Bx، By نشان داده خواهد شد.
در مرحله ی بعدی آزمایش که آهنربای الکتریکی است، منبع جریان را تغییر دهید و به حالت جریان مستقیم یا متناوب آزمایش را تکرار کنید. تعداد حلقه ها را نیز از ۱ تا ۴ می توانید افزایش یا کاهش دهید.
برای انجام و مشاهده ی آزمایش های بیشتر به آزمایشگاه آنلاین مدرسه مجازی ثمین سر بزنید .