Elektroiman

Elektroimana korronte elektriko baten jarioaren ondorioz eremu magnetikoa sortzen duen iman mota bat da. Korronte elektrikoaren fluxua desagertzen bada, eremu magnetikoa eta hortik sortzen den efektua ere (iman-egoera) desagertu egiten dira^[1].

Atalak

Burdinezko nukleo baten inguruan biribilkatutako alanbre bobina batez osatutako elektroimana.

Elektroiman sinpleena bobina bat inguratzen duen hari zati batek osatzen du, non hariaren muturrak elikadura-iturri batera konektatuta dauden. Helize formako alanbrea osatzen duen bobina zilindrikoari solenoide deritzo.

Bobina. Bernizez estalitako kobrezko hari fin bat hodi formako zentro baten inguruan biribilduta dago. Hariak zenbat eta buelta gehiago izan, orduan eta indar gehiago izango du imanak.
Burdin muina. Solenoideak berez eremu magnetikoa sortzen du, baina bobinaren barruko espazioa material paramagnetiko edo ferromagnetiko batekin betetzen bada, eremuaren indarra milaka aldiz handituko da. Normalean, burdinazko nukleo biguna erabiltzen da.
Elektrizitate iturria. Elektroimana funtzionatzeko korronte elektriko bat behar du, zuzena edo alternoa izan daitekeena. Korronte elektrikoa elektroimanaren bobinatik pasatzen denean, burdinaren nukleoa magnetizatu egiten da.

Funtzionamendua

Itxura konplexua izan dezakeen arren, elektroimanen funtzionamendua oso sinplea da. Elektroimanak eremu magnetikoa sortzeko gai dira elektrizitatea harietatik garraitzen den bitartean; elektrizitatearen garraioak eremu magnetikoa sortzen du. Efektu hau alanbre luze edo material eroale bat metalezko pieza baten inguruan bilduz handitu daiteke. Elektrizitatea hari edo material eroalean zehar igaroko da, eremu magnetikoa sortzen duen bitartean.

Hari batean dabilen korronte elektrikoak eremu magnetikoa sortzen du hariaren inguruan (ikus Ampereren legea). Eremu magnetikoa kontzentratzeko, haria bobina batean harilkatzen da. Harilaren bira guztien eremu magnetikoa bobinaren erdialdetik pasatzen da, bertan eremu magnetiko indartsu bat sortuz.

Eremu magnetiko askoz indartsuagoak sor daitezke material ferromagnetiko (edo ferrimagnetiko) biguneko "nukleo magnetiko" bat, hala nola burdina, bobinaren barruan jartzen bada. Nukleo magnetikoa osatzen duen materiala iman txiki bat bezala jokatzen duten domeinu magnetiko txikiz osatuta dago. Elektroimanaren korrontea piztu baino lehen, burdinaren nukleoko domeinuek ausazko norabideetan seinalatzen dute, beraz, euren eremu magnetiko txikiak elkar deuseztatzen dira eta beraz, burdinak ez du eskala handiko eremu magnetikorik izango. Burdinaren inguruan dagoen haritik korronte bat pasatzen denean, bere eremu magnetikoa burdinean zehar sartzen da, domeinuak eremu magnetikoarekiko paralelo lerrokatuz, beraz, haien eremu magnetiko txikiak hariaren eremura gehitzen dira, eremu magnetiko handi bat sortuz. Nukleoaren lana, beraz, eremua kontzentratzea da, eremu magnetikoa airetik igaroko litzatekeena baino errazago igarotzen delako nukleotik.

Zenbat eta bobinatik igarotzen den korrontea handiagoa izan, orduan eta domeinuen lerrokatze handiagoa lotuko da, eremu magnetiko indartsuagoa sortuz. Domeinu guztiak lerrokatuta daudenean, korrontea gehiago handitzeak eremu magnetikoaren igoera txikiak baino ez ditu eragingo: fenomeno honi saturazioa deitzen zaio. Kontrara, korrontea itzaltzen denean, domeinu gehienek lerrokatzea galduko dute eta zorizko egoerara itzuliko dira; hau da, eremua desagertu egiten da^[2].

Iman iraunkorra vs elektroimana

Elektroiman baten eremu magnetikoa erraz manipula daiteke korronte elektrikoaren kantitatea kontrolatuz, hau da, elektroimanaren indar magnetikoa elikadura-iturriaren araberakoa izango da. Elektrizitatea handitzean eremu magnetiko indartsuagoa sortuko da, eta elektrizitatea gutxitzean, ordea, eremu magnetiko ahulagoa. Korrontea gelditzen bada, elektroimanak bere propietateak galduko ditu.

Aitzitik, beharrezkoa da energia elektrikoaren etengabeko ekarpena egotea eremua mantentzeko. Iman permanenteek ordea, eremu magnetiko egonkorra dute eta beraz, indar magnetikoa ez da elikadura-iturriaren menpekoa izango.

Historia

Sturgenonen lehenengo elektroimana, 1824

Hans Christian Ørsted zientzialari daniarrak, korronte elektrikoek eremu magnetikoak sortzen zituztela aurkitu zuen 1820an. Lau urte geroago, 1824an, William Sturgeon zientzialari britainiarrak, elektroimana asmatu zuen.

Sturgeonek sortu zuen lehenengo elektroimana ferra-formako burdin zati bat izan zen, isolatu gabeko kobrezko hari baten 18 bueltaz osatuta. Burdina, ordea, bernizatuta zegoen hariletatik isolatzeko. Bobinatik korronte bat pasarazi zuenean, burdina magnetizatu eta beste burdina puskak erakartzen zituela ohartarazi zen; korrontea gelditzean, ordea, magnetizazioa galtzen zela ikusi zuen.

Sturgeon-ek elektroimanaren propietate magnetikoak frogatu zituen 200 gramo baino gutxiagoko burdin zati batekin 4 kg inguru altxatuz. Horrez gain, Sturgeonek, korronte elektrikoaren intentsitatea aldatuz elektroimanaren indarra kontrolatzeko gai zela erakutsi zuen^[3].

Erabilerak

Elektroiman industrial bat txatarra altxatzen (1914)

Elektroimanak, oso erabiliak dira industrian, gaur egun. Jarraian, elektroimanen erabilera batzuk laburbiltzen dira:

Oso eremu magnetiko indartsuak sortzeko duten gaitasunagatik, erresistentzia baxua eta eraginkortasun handiagatik, elektroiman supereroaleak sarritan aurkitzen dira ekipo zientifiko eta medikuetan. Besteak beste, ospitaleetako erresonantzia magnetikoko (MRI) makinak eta tresna zientifikoetan, hala nola, erresonantzia magnetiko nuklearreko (NMR) espektrometroetan, masa espektrometroetan eta partikula azeleragailuetan^[4]^[5].

Elektroimanak ere asko erabiltzen dira musika ekipoei dagokienez. Besteak beste, bozgorailuak, entzungailuak, kanpai elektrikoak eta grabaketa magnetikoak eta datuak biltegiratzeko ekipoak, esate baterako, grabagailuak. Multimediaren eta entretenimenduaren industria elektroimanetan oinarritzen da gailuak eta osagaiak sortzeko, hala nola, VCRak eta disko gogorrak.
Sukaldatzeko, fabrikatzeko eta tratamendu medikoetarako erabiltzen diren indukziozko beroketa elektroimanetan ere oinarritzen da, korronte elektrikoa bero-energia bihurtzen dutenak. Elektroimanak industria-aplikazioetarako ere erabiltzen dira, hala nola, objektu astunak altxatzeko (garabia batzuek elektroiman industrial indartsuak erabiltzen dituzte txatarra lotzeko eta altxatzeko) edo txatarretatik metal ferromagnetikoak sailkatzeaz arduratzen diren bereizgailu magnetikoak^[6].

Birziklatze zentroetan metalak magnetikoki bereiztea^[7].

Beste erabilera batzuk

2023an argitaratu den ikerketa artikulu batean, Barroso et al.^[8] bi polodun elektroimana ingurune likido batean dauden molekulen harrapaketa kuantifikatzeko erabili daitekeela frogatu dute. Elektroimana erabiliz, Magnetic Sustentation izeneko karakterizazio-teknika bat garatu dute, paramegnetikoak diren material porotsuen bidez (sare metal-organikoak edo ingelesez, Metal-Organic Framework) uretan edo etanolean disolbatuta dauden molekula organikoak harrapatu eta elektroimanaren bidez, adsorbatutako masa-portzentaia determinatu daiteke.

Nola eraiki elektroiman bat etxean?

Elektroiman bat etxean eraikitzeko, 3 osagia baino ez dira behar: pila bat, metalezko iltze edo torloju bat eta kobrezko hari bat (2 m inguru). Kobrezko haria torloju edo iltzearen inguruan biratuko da. jarraian, hariaren bi muturrak pilara konektatu behar dira elektroimana funtziona dezan.

Elektroimana funtzionatzen duen egiaztatzeko, iparorratz bat erabili daiteke.

Mahai baten gainean iparrorratza eta eraikitako elektroimana jarriko dira (hariaren bi muturrak pilara konekatu gabe). Hasieran, iparrorratza Lurraren ipar poloarekin orientatuta egongo da. Hariaren bi muturrak pilara konektatzean, iparorratzaren orientazioa aldatuko da. Izan ere, iparorratzek Lurraren eremu magnetikoarekin orientatzen dira, baina beste kanpo eremu magnetiko bat sortzean (elektroimanak sortutakoa, alegia), iparorratzak eremu magnetiko horri erantzungo dio, sortutako eremu magnetikoaren norabide berean orientatuz^[9].

Erreferentziak

↑ (Gaztelaniaz) Planas, Oriol. (2021). Electroimanes. Energia Nuclear.
↑ (Gaztelaniaz) Álvarez Pulido, Manuel. (2013). Electroimanes. Editorial Club Universitario ISBN 9788415787099..
↑ (Ingelesez) Sturgenon, Willliam. (1825). Improved Electro-Magnetic Apparatus. Trans. Royal Society of Arts, Manufactures, & Commerce (Londres), 37-52 or. ISBN 0-7506-5073-7...
↑ (Ingelesez) Xia, Y.; Jeffrey, K. R.; Callaghan, P. T.. (1992-01-01). «Purpose-designed probes and their applications for dynamic NMR microscopy in an electromagnet» Magnetic Resonance Imaging 10 (3): 411–426. doi:10.1016/0730-725X(92)90512-X. ISSN 0730-725X. (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).
↑ (Gaztelaniaz) «Aplicaciones de los electroimanes al sector industrial» IMA 2018-10-24 (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).
↑ Hong, Do-Kwan; Lee, Ki-Chang; Woo, Byung-Chul; Koo, Dae-Hyun. (2008-09). «Optimum design of electromagnet in magnetic levitation system for contactless delivery application using response surface methodology» 2008 18th International Conference on Electrical Machines: 1–6. doi:10.1109/ICELMACH.2008.4800199. (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).
↑ (Gaztelaniaz) Nafsa elektroimanes. .
↑ (Ingelesez) Barroso, Nagore; Andreo, Jacopo; Beobide, Garikoitz; Castillo, Oscar; Luque, Antonio; Pérez-Yáñez, Sonia; Wuttke, Stefan. (2023-01-05). «Magnetic sustentation as an adsorption characterization technique for paramagnetic metal-organic frameworks» Communications Chemistry 6 (1): 1–9. doi:10.1038/s42004-022-00799-w. ISSN 2399-3669. (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).
↑ «Elektroimana | Teknologia» teknologia.ikastola.eus (Noiz kontsultatua: 2023-03-06).

Ikus, gainera

Kanpo estekak

Datuak: Q178032
Multimedia: Electromagnets / Q178032

[1] (Gaztelaniaz) Planas, Oriol. (2021). Electroimanes. Energia Nuclear.

[2] (Gaztelaniaz) Álvarez Pulido, Manuel. (2013). Electroimanes. Editorial Club Universitario ISBN 9788415787099..

[3] (Ingelesez) Sturgenon, Willliam. (1825). Improved Electro-Magnetic Apparatus. Trans. Royal Society of Arts, Manufactures, & Commerce (Londres), 37-52 or. ISBN 0-7506-5073-7...

[4] (Ingelesez) Xia, Y.; Jeffrey, K. R.; Callaghan, P. T.. (1992-01-01). «Purpose-designed probes and their applications for dynamic NMR microscopy in an electromagnet» Magnetic Resonance Imaging 10 (3): 411–426. doi:10.1016/0730-725X(92)90512-X. ISSN 0730-725X. (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).

[5] (Gaztelaniaz) «Aplicaciones de los electroimanes al sector industrial» IMA 2018-10-24 (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).

[6] Hong, Do-Kwan; Lee, Ki-Chang; Woo, Byung-Chul; Koo, Dae-Hyun. (2008-09). «Optimum design of electromagnet in magnetic levitation system for contactless delivery application using response surface methodology» 2008 18th International Conference on Electrical Machines: 1–6. doi:10.1109/ICELMACH.2008.4800199. (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).

[7] (Gaztelaniaz) Nafsa elektroimanes. .

[8] (Ingelesez) Barroso, Nagore; Andreo, Jacopo; Beobide, Garikoitz; Castillo, Oscar; Luque, Antonio; Pérez-Yáñez, Sonia; Wuttke, Stefan. (2023-01-05). «Magnetic sustentation as an adsorption characterization technique for paramagnetic metal-organic frameworks» Communications Chemistry 6 (1): 1–9. doi:10.1038/s42004-022-00799-w. ISSN 2399-3669. (Noiz kontsultatua: 2023-03-03).

[9] «Elektroimana | Teknologia» teknologia.ikastola.eus (Noiz kontsultatua: 2023-03-06).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]