Hoe kan ik een staaf ijzer magnetisch maken en weer niet?

Antwoord

Beste,

Je kan van de lepels van de heftruck relatief eenvoudig elektromagneten maken. Dit doe je gewoon door elektrische draad rond de lepels te wikkelen. Je moet natuurlijk wel opletten dat deze wikkeling niet door de last geplet wordt, je kan de wikkeling bvb aan de basis van de lepels plaatsen. De isolatie van de draad kan lak zijn, dit is dunner en bijgevolg compacter dan kunststof isolatie, en is voor de lage spanningsverschillen zeker genoeg.

Als je een metalen voorwerp op (of onder?) beide lepels wenst te nemen, is het best dat je de twee lepels in de tegengestelde zin bewikkelt. Zo loopt de magnetische flux praktisch geheel door het metalen voorwerp, en zo zal de krachtwerking het grootst zijn.

Om van de lepels dan elektromagneten te maken moet je de wikkeling nog 'bekrachtigen', zoals men dat noemt. Dit betekent dat je stroom door de wikkeling laat vloeien, en kan je makkelijk doen door een spanning aan te leggen. Als je er dan nog een schakelaar tussenzet kan je je elektromagneten gewoon aan en uit zetten.

Om te zien dat je stroom niet te groot wordt in je wikkeling kan je deze best eens op voorhand berekenen. Een te grote stroom kan namelijk voor een problematisch sterke opwarming zorgen.
De stroom door de draad kan je berekenen met de wet van Ohm :
I = U/R
met I de stroom in Ampere (A), U de spanning in Volt (V) en R de weerstand in Ohm (Ω).
De weerstand R die je hiervoor nodig hebt kan je berekenen met de wet van Pouillet:
R = ρ.l/A
met ρ de resistiviteit (1,67×10^-8 Ω m voor koper bij 20°C), l de lengte van de draad in meter (m), en A de doorsnede van de draad in vierkante meter (m2).
Als je de stroom I kent, kan je ook de stroomdichtheid j ( in ampere per vierkante meter, A/m² ) berekenen :
j = I / A
De stroomdichtheid neem je best niet te hoog, want dan gaat je wikkeling sterk opwarmen. Voor een stroomdichtheid j = 500000 A/m² (=0.5 A/mm²) zou je wel goed moeten zitten denk ik.

Als je stroomdichtheid te hoog is kan je 2 dingen doen: je spanning U verlagen, of een weerstand R_serie in serie zetten met je wikkeling. Bij het laatste dient de serieweerstand dan bij de wikkelingsweerstand geteld te worden om de totale weerstand te kennen.

Hoe groter het aantal wikkelingen en hoe groter de stroom, des te groter zal de krachtwerking zal zijn. De krachtwerking is een beetje moeilijker te berekenen. Daarvoor beveel ik een numerieke simulatie aan, bvb het programma FEMM van David Meeker, maar dat is al gevorderde materie.