Elektromagnet ja transformaator

Elektromagnet tekib elektri juhtimisel ümber näiteks rauatüki. Tekkiva magnetvälja orientatsiooni saab leida parema käe reegli järgi. Kui juhet hoida nii, et parema käe põial oleks juhtme negatiivsema otsa suunas, siis sõrmede kõverdused näitavad tekkiva magnetvälja jõujooni nende põhjapooluse (magnetvälja jõujoonte väljumiskoht) suunas.

4 näidet elektromagneti tegemisest. Põhjapoolus tekib selle otsa suunas, kuhu sõrmed kõverduksid parema käe reegli järgi juhtmerõnga siseosas hoides peopesa ringi siseosa suunas.

Magnetvoogu (magnetvälja hulka) tekitav jõud (sümboliks kõverdunud F ja ühikuks amper) sõltub muuhulgas võrdselt juhtmeid läbivas voolust (I amprites) ja juhtmeringide arvust (N) ning magnetvälja puhul on see jõud umbes samas rollis nagu voldid elektris.

See jõu on leitav ka Φ (magnetvoo) ja R (magneetilise takistuse) korrutisena.
See valem on sarnane elektrit kirjeldava Ohmi seadusega V = IR, kus pinge voltides võrdub voolu amprites ja takistuse oomides korrutisega.


Elektromagnetis tekkinud magnetvoog (pildil roheline) püsib suuremas osas rauas (pildil C) kuna sarnaselt elektrilise takistusega on raua magneetiline takistus R väiksem, kui õhus. Ka magnetvoog liigub minimaalse takistuse suunas.
Enne voolu lisamist on rauas magneetilised osad kaootiliste suundadega ja kokkuvõttes neutraliseerivad oma magnetvälja kuid väline magnetvälja lisamine põhjustab nende alaosade magnetväljade paralleelseks minekut suurema tekkinud magnetväljaga. Tõenäoliselt pärast kõigi alaosade ühesuunalise asetuse teket nõrgeneb lisanduval elektrivoolul võime magnetvälja lisada ning seda nimetatakse küllastumiseks. Rauda sisaldavatel materjalidel paistab küllastumine umbes 2 Tesla juures. Maa magnetväli on ~40 mikroteslat, külmkapimagnetite magnetväli on paar milliteslat, tänapäeval üks võimsaimaid püsimagneetilisi materjale (neodüüm-raud-boor) on 1,2 teslased, MRI masinatel 1-3 teslat ja väikeloomi saab hõljuma panna ~16 tesla juures.
Elektrivälja välja lülitamisel langeb magnetväli kuid vähemalt mõnda püsib nõrk magnetväli, mis võib olla osade magneetiliste kohtade orientatsiooni püsimise tagajärg.



Üheks elektromagneti edasiarenduseks on transformaator, mis kasutab erinevaid juhtmeringide hulkasid raudsüdamiku ümber, et järgneva(te)s juhtme(te)s olevat voolu hulka või pinget muuta või vastava seosega esile kutsuda.

V-voldid, N-juhtme ringide arv, I- amprid. Esimese juhtme näitajad on tähistatud p'ga ja järgneval juhtmel s'ga. Illustreeritud on ideaalsed seosed arvestamata magnetvälja väljumist ja teisi selliseid nähtuseid. Samas reaalsed energia kaod on vähemalt suurtel transformaatoritel tavaliselt alla 2%. Kui järgnevas juhtmes on 10 korda suurem arv keerdusid, siis tõuseb selles pinge 10 korda kuid amprite hulk langeks 10 korda, mistõttu elektri poolt tehtav võimalik töö hulk ei muutuks ideaaltingimustes.
Ühe piiranguga on praktikas liigse vooluga magneetilise küllastumise ja kuumenemise võimalus, mis tekiks alalisvooluga kergemini kuid vahelduvvooluga väldiks küllastumist sage magnetvoo suuna vahetamine muutliku elektrivoolu suuna tõttu. Vahelduvvoolu sageduse suurendamine vähendab küllastumise võimalust mistõttu väiksema maksimaalse magnetvooga saab sama aja sees tekitada rohkem elektrivoolu tekitavat jõudu teisel transformaatori küljel. Samas iga kord kui voolu suund vahelduvvoolus muutub, kulub veidi energiat magnetvoo ümber suunamisele.
Osa energiast kulub vahelduvvoolu korral selle mehhaanilisele liigutamisele, sest vool mõjutab veidi materjali mõõtusid ja tavaliselt kaasneb vahelduvvooluga sama sagedusega kuuldav sumin.
Helitehnikas kasutatakse neid muuhulgas helisignaalide juhtmete vahel jagamisel (näiteks paljudele kõlaritele) või liitmisel ning alalisvoolu või vahelduvvoolu signaali välja filtreerimiseks. Väline magnetväli võib transformaatorite tegevust mõjutada, mis võib kõlarite puhul ilmsem olla.
Magnetvälja muutuste poolt mõjutatuna saab neid kasutada elektrijuhtmete väliselt juhtmeid läbiva voolu umbkaudseks mõõtmiseks ja elektrikulu (ning elektriarve) hindamiseks.
Elektri transpordi puhul kasutatakse neid pinge üles tõstmiseks ning amprite vähendamiseks, sest vool amprites tekitab suuremat kuumenemist ja elektrikadu.
Kuna rauas püsib magnetvoog mõnda aega pärast voolu lõpetamist, siis võib see kiiresti uuesti voolu lisamisel tekitada võimsamat voolu järgneval juhtmel. See nähtus põhjustab paljude seadmete sisse lülitamisel tavavoolust kuni kümneid kordi suuremat voolu ning vahel kuuldavat heli, mis läheb sekundi murdosaga üle materjalide soojenemise ja sellega kaasneva takistuse kasvuga ettenähtud vahemikku.