Свободна лаборатория · 11–16 години
Кранът за скрап
Кранът в двора за скрап вдига тонове желязо с магнит, който може да изключи. Прочети как работи, после провери сам с крана.
Магнит само докато тече ток
Електромагнитът е намотка от изолирана жица около желязно ядро. Когато по жицата тече ток, ядрото става магнит. Изключиш ли тока, магнитът изчезва и товарът пада. Затова в скрапа ползват електромагнит, а не обикновен магнит: обикновеният не може да пусне товара над камиона.
Какво го прави по-силен
- Навивките и токът. Важно е произведението им – ампер-навивките. 500 навивки с 4 A са 2000 ампер-навивки.
- Двоен ток – четири пъти по-голяма сила. Полето расте двойно, а силата расте с квадрата на полето.
- Желязното ядро събира полето. С празна пластмасова макара магнитът е над 2000 пъти по-слаб, когато докосва гредата.
Какво не помага
- Разстоянието. Силата пада рязко: на 10 mm от гредата тя е около 30 пъти по-малка, отколкото при допир. Затова магнитът се спуска, докато легне върху товара.
- Насищането. Силата не расте безкрай. Когато полето в желязото стигне около 1,6 T, желязото е „пълно“ – стоманеният лист се държи еднакво силно и при 4 A, и при 8 A.
- Не всички метали. Магнитът дърпа желязо и стомана. Алуминиевите кенове, медните тръби и дървото не помръдват при никакъв ток.
Обърнатият ток
Ако обърнеш посоката на тока, северният и южният полюс си разменят местата – компасът до магнита се обръща. Но желязото пак се привлича със същата сила: то няма свои полюси и се намагнитва наобратно. Отблъскване ще видиш само между два магнита.
Безопасно вдигане и енергия
Кранът вдига безопасно, когато силата на магнита е поне два пъти теглото на товара. Ако е по-малко, товарът се люлее и може да падне. В мисията „Двор за час“ се брои и енергията: за всеки курс магнитът е включен 20 секунди. С една и съща жица повече навивки с по-малък ток харчат по-малко енергия. Повече ток не значи по-добре – значи само по-голяма сметка за ток и по-гореща намотка.
Как се проверява твърдение
Сравнението е честно, когато в двата опита се мени само едно нещо: същият товар, същите навивки, същият ток, същото ядро – и различно само разстоянието (или само посоката на тока).
Под капака (за 15–16 години)
Магнитът е „гърне“: ядро в средата и пръстен около него. Полето минава през ядрото, процепа, товара, пак през процепа и обратно през пръстена – процепът се среща два пъти. По закона на Ампер
N·I = B·L / μ₀, а силата върху товара е F = B²·A / μ₀
Тук L е ефективната дължина на пътя: желязото „тежи“ хиляди пъти по-малко от въздуха, затова дори 1 mm процеп е важен. Полето спира да расте при около 1,6 T. Мощността, която загрява намотката, е P = I²·R, а енергията за курс е E = P·t.
Моделът е опростен: желязото се насища рязко (истинската крива е плавна), процепите на товарите са подбрани числа, а не измерване, и след изключване желязото в модела не остава намагнитено. Опитът е класически и се среща в много учебни материали.
Безопасност
- Никога не стой и не минавай под товар, който виси на кран – особено на магнит: при спиране на тока товарът пада веднага.
- Опит у дома или в клас – само с батерия 1,5 V или 4,5 V, изолирана жица и пирон, и с възрастен. Никога не свързвай намотка към контакта в стената.
- Намотка, свързана към батерия, се нагрява бързо и изтощава батерията – включвай я за няколко секунди.