Instrumen elektromagnet

Electromagnet, perangkat yang terdiri dari inti bahan magnetik yang dikelilingi oleh kumparan yang melaluinya arus listrik dilewatkan untuk memagnetisasi inti. Sebuah elektromagnet digunakan di mana pun magnet yang dapat dikontrol diperlukan, seperti pada perangkat-perangkat di mana fluks magnet harus divariasikan, dibalik, atau dinyalakan dan dimatikan.

Desain rekayasa elektromagnet disistematiskan dengan konsep sirkuit magnetik. Dalam sirkuit magnetik, gaya magnetomot F, atau Fm, didefinisikan sebagai lilitan ampere dari kumparan yang menghasilkan medan magnet untuk menghasilkan fluks magnet di sirkuit. Jadi, jika kumparan n berbelok per meter membawa arus ampere i, bidang di dalam kumparan adalah ni ampere per meter dan gaya magnetomotive yang dihasilkannya adalah nil ampere-belokan, di mana l adalah panjang kumparan. Lebih mudahnya, gaya magnetomotive adalah Ni, di mana N adalah jumlah total belitan dalam koil. Kerapatan fluks magnetik B adalah ekuivalen, dalam sirkit magnetik, dari kerapatan arus dalam sirkit listrik. Dalam sirkuit magnetik, ekivalen magnetik dengan arus adalah fluks total yang dilambangkan dengan huruf Yunani phi, ϕ, yang diberikan oleh BA, di mana A adalah luas penampang dari sirkuit magnetik. Dalam rangkaian listrik, gaya gerak listrik (E) berhubungan dengan arus, i, dalam rangkaian oleh E = Ri, di mana R adalah hambatan dari rangkaian. Dalam sirkuit magnetik F = rϕ, di mana r adalah keengganan sirkuit magnetik dan setara dengan resistansi dalam rangkaian listrik. Keengganan diperoleh dengan membagi panjang lintasan magnet l dengan permeabilitas kali luas penampang A; dengan demikian r = l / μA, huruf Yunani mu, μ, melambangkan permeabilitas medium yang membentuk sirkuit magnetik. Unit keengganan adalah putaran ampere per weber. Konsep-konsep ini dapat digunakan untuk menghitung keengganan sirkuit magnetik dan dengan demikian arus yang dibutuhkan melalui koil untuk memaksa fluks yang diinginkan melalui sirkuit ini.

Namun, beberapa asumsi yang terlibat dalam jenis perhitungan ini, menjadikannya paling baik hanya sebagai panduan perkiraan untuk desain. Efek dari media yang permeabel terhadap medan magnet dapat divisualisasikan sebagai memadatkan garis-garis gaya magnet ke dalam dirinya sendiri. Sebaliknya, garis-garis gaya yang melintas dari daerah yang permeabilitas tinggi ke yang rendah cenderung menyebar, dan kejadian ini akan terjadi di celah udara. Jadi kerapatan fluks, yang proporsional dengan jumlah garis gaya per satuan luas, akan berkurang di celah udara dengan garis menggembung keluar, atau pinggiran, di sisi celah. Efek ini akan meningkat untuk celah yang lebih panjang; koreksi kasar dapat dilakukan untuk memperhitungkan efek fringing.

Juga diasumsikan bahwa medan magnet sepenuhnya terbatas dalam koil. Faktanya, selalu ada sejumlah fluks kebocoran, yang diwakili oleh garis-garis gaya magnet di sekitar luar koil, yang tidak berkontribusi pada magnetisasi inti. Fluks kebocoran umumnya kecil jika permeabilitas inti magnetik relatif tinggi.

Dalam praktiknya, permeabilitas bahan magnetik adalah fungsi dari kepadatan fluks di dalamnya. Dengan demikian, perhitungan hanya dapat dilakukan untuk bahan nyata jika kurva magnetisasi yang sebenarnya, atau, lebih berguna, grafik μ terhadap B, tersedia.

Akhirnya, desain mengasumsikan bahwa inti magnetik tidak termagnetisasi ke saturasi. Jika ya, densitas fluks tidak dapat ditingkatkan dalam celah udara dalam desain ini, tidak peduli berapa banyak arus yang dilewatkan melalui koil. Konsep-konsep ini diperluas lebih lanjut di bagian berikut pada perangkat tertentu.