© Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos

Kirjasto

7 SÄHKÖMAGNEETTI

 

Nano on mennyt niin lähelle voimalinjaa että kompassi näyttää väärin.

Suunnistusoppaissa kehotetaan välttämään kompassin käyttöä voimalinjojen lähellä, koska virtajohtimien ja kompassin neulan välillä on magneettinen vuorovaikutus. Sähkövirran magneettisia vaikutuksia käytetään hyväksi mm. kaiuttimissa ja sähkömoottoreissa.

Virtajohdin käyttäytyy magneetin tavoin

Nano ja Piko tutustuvat virtajohtimen ja kompassin välisiin vuorovaikutuksiin. Nano yhdistää johtimen paristoon, jolloin Pikon pitelemä johtimen alla oleva kompassineula heilahtaa. Kun Piko siirtää kompassin johtimen päälle, kompassi heilahtaa päinvastaiseen suuntaan. Havaitaan, että virtajohdin käyttäytyy magneetin tavoin.

Virtajohdin, jossa kulkee sähkövirta vaikuttaa kompassiin.

 

Sähkömagneetin valmistaminen

Ilmiötä, jossa virtajohdin toimii magneetin tavoin käytetään hyväksi sähkömagneetissa. Sähkömagneetti valmistetaan kiertämällä sellaista johdinta, jossa on eristepäällys (miksi?), ison rautanaulan ympärille. Johdinta, joka on kierretty rullalle, sanotaan käämiksi. Kun johtimessa kulkee sähkövirta, pienet rautanaulat tarttuvat isoon rautanaulaan. Voimakkain magneettinen vaikutus on rautanaulan päissä. Metalliromuttamolla nostetaan ja siirretään rautaromua ja jopa suuria rautaesineitä tällä periaatteella toimivalla magneettinosturilla.

 

Piko kerää lattialle pudonneet rautanaulat sähkömagneetin avulla.

 

 

 

Voimakkaita sähkömagneetteja käytetään myös junien magneettijarruissa ja sähkömoottoreissa. Myös pienillä sähkömagneeteilla on paljon sovelluksia. Pienten dynamoiden ja sähkömoottoreiden lisäksi sähkömagneetteja käytetään mm. erilaisissa mikrofoneissa, kuulokkeissa, kaiuttimissa, soittokelloissa, televisioissa, erilaisissa salvoissa ja sulkijoissa.

Sähkömagneetti valmistetaan kiertämällä sähköjohdin rautanaulan ympärille.

Sähkövirran yksikkö

Sähkövirran yksikkö ampeeri on nimetty ranskalaisen Andre Marie Amperen mukaan. Hän tutki vuosina 1820 - 1826 virtajohtimen ja tankomagneetin välistä vuorovaikutusta ja muotoili lait, joilla hän kytki sähkön ja magnetismin yhteen

Sähkömagnetismin sovelluksia

Sähkösoittokello

Sähkösoittokellossa virtapiiri sulkeutuu ja avautuu sähkömagneetin ja rautakappaleen välisen vuorovaikutuksen seurauksena.

Sähkömoottori  

Sähkömoottoreita on lukuisia malleja, mutta niiden kaikkien toiminta perustuu sähkö ja/tai tankomagneettien välisiin vuorovaikutuksiin. Vuorovaikutus saa moottorin akselin pyörimään. Vuorovaikutus on sitä voimakkaampi, mitä suurempi sähkövirta sähkömagneeteissa kulkee. Sähkömoottorit pyörittävät mm. paperikonetta, sähköveturin pyöriä, kodinkoneita ja monia leikkikaluja. Sähkömoottoreissa kuten muissakin sähkölaitteissa osa vapautuvasta energiasta on lämpöä.

.

Sähkömoottorin malli

Sähkömoottorin toimintaa havainnollistava malli

Kaiutin 

Kaiuttimessa äänen synnyttävä kalvo liikkuu kalvoon kiinnitetyn magneetin ja sähkömagneetin vuorovaikutusten määräämällä tavalla. Sähkömagneetissa kulkeva sähkövirta tulee vahvistimelta ja on verrannollinen ääneen, joka kaiuttimesta kuullaan.

 

 

Kaiuttimen toiminta

 

 

 

 

Aivojen magneettikenttä

Aivojen hermosoluissa kulkee sähköisiä signaaleja. Nämä signaalit synnyttävät muiden virtajohtimien tapaan magneettikentän. Ne ovat kuitenkin niin heikkoja, että niitä voi havaita vain erityisissä magneettisesti suojatuissa huoneissa. Teknillisessä korkeakoulun kylmälaboratoriossa on kehitetty mittalaitteita, joilla voidaan mitata aivojen synnyttämiä magneettikenttiä. Näistä kentistä voidaan tutkia aivojen toimintaa ja havaita mm. mahdolliset aivojen toimintahäiriöt.

Magneettinen tiedontallennus

Tietokoneen levykkeiden, video- ja kasettinauhojen pinta päällystetään magnetoituvalla ohuella rautaoksidi- tai kromioksidikalvolla. Tietokonelevykkeen alueita magnetoidaan luku-kirjoituspäällä, joka sisältää sähkömagneetin. Tiettyyn suuntaan magnetoidut alueet edustavat ykköstä ja vastakkaiseen suuntaan magnetoidut alueet nollaa. Tavallisen C-kasetin nauha magnetoidaan pienellä sähkömagneetilla, jota kutsutaan äänipääksi. Tallennettavaan ääneen verrannollinen sähkösignaali synnyttää äänipäässä magneettikentän, joka magnetoi ääninauhaan magneettisen alueen.

Kestomagneetit ja voimakkaat sähkömagneetit saattavat vaurioittaa tietokoneen levykkeille ja videokaseteille tallennettua tietoa, koska tieto on näillä magneettisessa muodossa.

Tieto kasetille ja levykkeille tallentuu magneettisessa muodossa

äänitys  

kuuntelu

 

TUTKIMUKSIA

Käytettävissäsi on sähköpareja, kolmen pariston teline, yhden pariston teline, johtimia, pitkä muovipäällysteinen johdin ja teräspultti tai iso rautanaula, pieniä rautanauloja tai paperiliittimiä sekä kytkin. Kiinnitä paristot kolmen pariston telineeseen.

Huomaa, että virtapiiri kannattaa sulkea vain lyhyeksi aikaa, jotta paristot eivät kulu turhaan. Kuumentunut johdin aiheuttaa helposti sormiin pienen palovamman.

–  Valmista kuvan mukainen sähkömagneetti kiertämällä muovipäällysteistä johdinta pultin tai rautanaulan ympärille. Kokeile, mitä kaikkea valmistamasi sähkömagneettisi pystyy nostamaan. Mistä kohtaa magneetti on kaikkein voimakkain?

–  Raportoi tutkimuksen tulokset.

–  Mitä sähkömagneetilla voi tehdä? Perustele vastauksesi.

– Voit vertailla sähkömagneettien voimakkuuksia ripustamalla magneettiin paperiliittimiä tai keveitä pieniä rautanauloja peräkkäin.

– Miten voit muuttaa sähkömagneetin voimakkuutta. Kokeile ehdotuksiasi. Tarkastele yllä olevaa kuvaa ja vertaile magneettien voimakkuutta ripustamalla siihen peräkkäin joko rautanauloja tai paperiliittimiä.

– Raportoi tutkimuksen tulokset.

 

TEHTÄVIÄ

17.Vaikuttaako magneetti kupariseen virtajohtimeen, kun johtimessa ei kulje sähkövirtaa? Miten tilanne muuttuu, jos johtimessa kulkee virta?

18. Miten tankomagneetin saa voimakkaammaksi virtajohtimella?

19. Luettele laitteita, joissa on sähkömagneetti.
                                                                                                

 

Päivittäjä: malux-edu@helsinki.fi