چگونه یک آهن ربای الکتریکی بسازیم؟

آهن رباهای الکتریکی که ساده‌ترین دستگاه‌های قابل ساخت هستند، به خوبی ارتباط میان میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را نشان می‌دهند. در این مقاله به چگونگی این فرآیند می‌پردازیم.
یکی از ساده‌ترین پروسه‌های علمی که شما می‌توانید آن را به انجام برسانید، ساخت آهن ربای الکتریکی است. شما با ساخت این دستگاه به صورت عملی درک خواهید کرد که الکتریسیته و مغناطیس دو روی یک سکه هستند. مشخصه‌ی بارز آهن ربای الکتریکی این است که بر خلاف آهن ربای طبیعی، خاصیت مغناطیسی‌اش به خاموش یا روشن کردن دستگاه وابسته است.

چگونه می‌توان چنین آهن ربایی ساخت؟

هر اتم با الکترونی که در اطراف آن می‌چرخد، یک آهن ربای طبیعی است. در برخی از مواد، میدان مغناطیسی بیش‌تر اتم‌ها در یک جهت تراز شده است. به این ترتیب میدان مغناطیسی کلی موجود در این مواد، قوی است.
وجود هر جریان کوچک باعث افزایش میدان مغناطیسی اطرافش می‌شود. ایده‌ی ساخت آهن ربای الکتریکی بر همین اصل ساده استوار است. عبور جریان الکتریکی از یک سیم فلزی باعث افزایش میدان مغناطیسی اطراف آن سیم می‌شود. قدرت این میدان مغناطیسی با جریانی که از رسانا – به عنوان مثال سیم مسی - می‌گذرد نسبت مستقیم دارد.
برای ایجاد یک میدان مغناطیسی متراکم‌تر و قوی‌تر، معمولاً سیم رسانا حول یک هسته‌ی آهنی استوانه‌ای شکل پیچانده می‌شود. میدان مغناطیسی‌ای که در اطراف رسانا ایجاد می‌شود، خاصیت مغناطیسی را به هسته‌ی آهنی‌ای که اطراف آن پیچیده شده القا می‌کند و طی این پروسه یک میدان مغناطیسی قوی تولید می‌شود.
میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آهن ربای الکتریکی تنها تا زمانی باقی می‌ماند که جریان الکتریسیته در رسانا برقرار باشد. بنا بر این وجود خاصیت مغناطیسی به روشن یا خاموش بودن دستگاه بستگی دارد. قابلیت روشن و خاموش شدن، باعث کار آمدی این آهن رباها در دستگاه‌های مختلف است.

برنامه‌های کار بردی

اگر تا کنون به محل جمع آوری و دفن زباله‌ها رفته باشید، حتماً آهن ربای الکتریکی غول پیکری را که فلزات سنگین را از زمین بلند کرده و آن‌ها را در جای دیگر رها می‌کند دیده‌اید. بسیاری از ابزارهای دیگر هم چون رله‌ برقی نیز از این آهن رباها استفاده می‌کنند. یکی از نمونه‌های قابل توجه در این زمینه قطار مگلو (شناور مغناطیسی) است. حرکت چرخ‌های این قطار به دلیل نیروی دافعه میان ریل و چرخ‌ها حرکت می‌کنند، چرا که هر دوی این قسمت‌ها (چرخ‌ها و ریل) آهن ربای الکتریکی هستند. به دلیل کاهش اصطکاک میان ریل و چرخ‌ها، این نوع قطارها بسیار سریع‌تر از قطارهای معمولی حرکت می‌کنند، چرا که نیروی الکترو مغناطیس بر گرانش غلبه می‌کند.

ساخت آهن ربای الکتریکی

آن ‌چه که شما برای ساخت چنین آهن ربایی نیاز دارید عبارت است از حدود 1 تا 2 فوت سیم مسی (یا سیم تلفن)، یک میخ آهنی بلند، یک سیم لخت کن، چسب نواری یا مایع، یک باتری DC. توصیه می‌شود که کودکان در هنگام ساخت آهن ربای الکتریکی از یک فرد بزرگ سال کمک بگیرند.

پوشش سیم را بردارید

گام اول این است که با استفاده یک سیم لخت کن، تمام پوشش سیم را بردارید. این کار ضروری است چرا که قرار است سیم، حول یک رسانا پیچیده شود. (توجه داشته باشید که سیم‌ها از نوعی باید باشند که روی خود یک پوشش لاک عایق خیلی نازک دارند.)

سیم را حول میخ آهنی بپیچید

سیم لخت فلزی (لاک دار) را به سراسر طول میخ آهنی بپیچید. برای ایجاد میدانی متراکم، سعی کنید پیچش سیم به دور میخ به گونه‌ای باشد که فضای خالی بین دورهای سیم باقی نماند. بیش از سه چهارم طول میخ را با سیم بپوشانید و در دو انتهای میخ مقداری فضای آزاد (بدون سیم) باقی بگذارید. شما می‌توانید قبل از پیچاندن سیم، به میخ چسب بزنید یا دو انتهای سیم پیچیده شده را با چسب نواری روی میخ محکم کنید. آن چه که اکنون ساخته‌اید سلونوئید یا مار پیچ کهربایی نام دارد.

دو سر آزاد سیم را به یک باتری متصل کنید

آخرین بخش کار، اتصال دو سر آزاد سیم (که عاری از لاک باید شوند) به یک باتری DC است. شما می‌توانید دو سر سیم را با چسب نواری به قطب‌های مثبت و منفی باتری متصل کنید. به این ترتیب آهن ربای الکتریکی شما آماده است. با اتصال دو انتهای سیم به باتری، مدار تکمیل شده و جریان الکتریسیته در سیم برقرار خواهد شد؛ به این ترتیب شما آهن ربای الکتریکی خاص خود را می‌سازید. با نزدیک کردن آهن ربا به براده‌های آهن، آن را تست کنید؛ خواهید دید که براده‌های آهن به سرعت به سمت آن جذب خواهند شد. برای امنیت بیش‌تر از باتری ضعیف‌تر (5ر1 ولت) استفاده کنید.
حالا بروید و برای خود یک آهن ربای الکتریکی بسازید. این اولین آموزه‌ی شما در زمینه‌ی الکترو مغناطیس خواهد بود. به خاطر داشته باشید که هر جا جریان الکتریسیته وجود داشته باشد، میدان مغناطیسی نیز حضور خواهد داشت. تمامی انواع اثرات مغناطیسی با تغییر میدان الکتریکی ایجاد می‌شوند.