¿Cómo construyo un electroimán?

Quiero hacer un electroimán que pueda levantar un sujetapapeles del suelo desde una distancia corta (probablemente de 7 a 8 pulgadas). Ingenuamente pensé en hacer un electroimán como una tarea simple (debido a los videos cortos que lo hacen parecer tan simple), y estaba más preocupado por hacer uno lo suficientemente grande para realizar la tarea. Sin embargo, ¡ni siquiera puedo hacer un pequeño electroimán! Intenté de muchas maneras:

  1. Clavo con alambre aislado envuelto alrededor
  2. Clavo con alambre de cobre recto enrollado alrededor
  3. Batería diferente (muchas veces)
  4. uña nueva
  5. Raspe la capa exterior de la uña con un alambre aislado envuelto alrededor
  6. Mancuerna con todo el cable aislado enrollado alrededor (se ve en las imágenes)

Siempre me aseguré de que el clavo o la mancuerna fueran ferromagnéticos (un imán de nevera pegado). Siempre me aseguré de que el cable estuviera bien envuelto. Me aseguré de envolver el cable en la misma dirección en la segunda capa (número 6). Estoy bastante seguro de que esta pregunta ha hecho temblar a algunas de las personas con conocimientos que usan este foro, pero solo estoy tratando de aprender.

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Esa batería de 9V ahora está agotada. No lo reemplace simplemente, es posible que tenga mejor suerte con una celda robusta de 1.5VD. ¿Pero rango de 8 pulgadas? ninguna posibilidad.
7 a 8 pulgadas es una gran distancia, al menos para un electroimán de tamaño similar o menor. Envuelto herméticamente, no es tan importante. Muchos giros, mucho más importantes. Parece que tiene unas decenas de vueltas de cable muy grueso, necesita miles para funcionar con una batería de baja corriente como PP3. Con esas pocas vueltas, un voltio con muchos amperios sería más apropiado.
Puede haber una manera de hacer lo que quieres hacer, pero tendrás que hacerlo de una manera muy diferente. Probablemente necesite pensar en términos de lo que puede salvar y cómo podría ensamblarlo.
@ usuario-1818839 Gracias, aunque tengo curiosidad por saber por qué un voltaje más bajo funcionará mejor.
Porque con tan pocas vueltas necesitas mucha corriente, y necesitas una batería que pueda suministrarla. Si puede medir la resistencia de ese devanado, puede calcular la corriente a partir de 1.5V.
Si está decidido a mantener esa distancia, intente primero experimentar con un candado magnético usado o desechado. La mayoría de ellos funcionan con 12 voltios CC o 24 voltios CA. Pregúntele a su instalador de puertas o cerrajero local si tienen uno viejo con el que podría experimentar.
La ingeniería es una disciplina de números y matemáticas. Debe esperar que cualquier cosa ensamblada sin calcular primero su rendimiento probablemente no hará lo que pensó que haría. El comportamiento de los electroimanes se rige por relaciones matemáticas bien entendidas. Si coloca los parámetros de su construcción en esas ecuaciones, le dirán exactamente qué tan fuerte será el campo magnético. ¿Cuál calculó que sería el campo esperado? Parece que el error estuvo en ese cálculo. Si pudiera mostrar lo que calculó, podemos ayudarlo a encontrar el error.

Respuestas (5)

Lo siento, pero necesitas encontrar un nuevo proyecto. Levantar un clip de papel a 8 pulgadas requerirá un imán extremadamente poderoso.

Si aún desea ver lo que puede hacer, debe cambiar su elección de cable. El cable aislado estándar como el que está utilizando tiene un aislamiento que es demasiado grueso y reduce considerablemente la cantidad de vueltas que puede dar. Necesitas buscar en el alambre magnético. No solo obtendrá más vueltas, el aislamiento resiste el calor mucho mejor que el aislamiento normal, y eso será importante.

También debe dejar de jugar con las baterías y obtener una fuente de alimentación ajustable. Si realmente necesita usar baterías, necesita obtener un par de DVM baratos y al menos controlar la corriente que está enviando a través de la bobina. Si también verifica el voltaje de la batería al mismo tiempo, se sorprenderá de lo bajo que bajará el voltaje.

Si se abre camino hasta el tipo de imán que está buscando, también deberá aprender sobre los sensores de temperatura y cómo leerlos. La razón de esto es que estará disipando una potencia significativa en la bobina, y si no proporciona el enfriamiento adecuado para el interior de la bobina, hará cosas desagradables como incendiarse.

Gracias, recogí un cable magnético y mi fuente de alimentación debería llegar pronto. También tomé la decisión de mudarme al garaje en lugar de quedarme en una habitación alfombrada. Durante mucho tiempo pensé que el electromagnético no funcionaba, pero solo eran mis pinzas de cocodrilo. Al ver el tirón magnético creado por mi configuración actual, ahora me doy cuenta de que tendré suerte si obtengo un tirón de una pulgada 😅. gracias de nuevo
En mi juventud, hace seis décadas, la batería preferida para este tipo de cosas era una "pila seca n. ° 6". Una cosa enorme con un par de órdenes de magnitud más de capacidad de corriente que una batería rectangular de "radio de transistores" de 9V.
@Will: debe tener cuidado con las fuentes de alimentación. Si solo está obteniendo un wallwart, es posible que no emita su corriente nominal si la carga es demasiado baja. Nuevamente, realmente sugiero que obtenga un DMM para medir la corriente de su bobina. Como mínimo, evitará que te engañe una mala conexión.
La batería de un automóvil proporcionará grandes cantidades de corriente, suficiente para prender fuego a su imán (srsly, no haga esto). Además, su teléfono medirá campos magnéticos (en teslas) si carga una aplicación de tipo sensores.
Para profundizar en el tema de la distancia: si estamos modelando el imán como un monopolo, la fuerza cae como 1/r^2, por lo que la potencia necesaria a 7 pulgadas es casi 500 veces mayor que la que se necesita a 1/ 10 de pulgada. Si lo modelamos como un dipolo, entonces la fuerza se reduce a 1/r^3, dando una relación de más de 4000 entre 7 pulgadas y 1/10 de pulgada.

Algunos datos sobre el magnetismo que quizás no conozcas o no entiendas:

  1. Para una distancia determinada en el material, es probablemente de 100 a 2000 veces más difícil que el flujo magnético fluya a través del aire que un clavo u otros materiales magnéticos aleatorios que pueda tener.
  2. La mayor fuerza magnética se ejerce cuando un imán puede atraer una pieza de hierro que forma un camino cerrado para el flujo magnético cuando se agrega al camino.
  3. La bobina de un electroimán tiene muy poca resistencia, por lo que solo se requiere un voltaje muy pequeño para conducir una gran cantidad de corriente a través de él.
  4. Todas las baterías tienen resistencia interna. Cuando una batería genera una resistencia muy pequeña, la corriente está determinada por la resistencia interna de la batería. La resistencia interna está determinada por el tamaño físico. Las células D tienen mucha menos resistencia que las células AAA. Las baterías de 9 voltios son 6 celdas diminutas apiladas una encima de la otra. Esas células suman una resistencia mucho mayor que una célula AAA.
  5. Los imanes a menudo se representan como una "U" o "forma de herradura". Uno de los elementos anteriores explica eso.
  6. Los electroimanes potentes se fabrican con cientos o miles de vueltas de alambre.
  7. Un alambre especial llamado "alambre magnético" se usa para fabricar imanes. Hay una buena razón para ello.
Gracias @Neil_UK. Escribí el punto 1 después de echar un vistazo rápido a un gráfico y luego no copié correctamente lo que miré. Refinaré eso un poco más.

Aquí hay un electroimán de ejemplo que puede comprar: electroimán ELECALL .

La hoja de datos muestra que el modelo más potente (ELE-P100/40) puede funcionar a 12 voltios a 1 amperio (12 vatios).

ficha de datos

La fuerza de elevación a varias alturas se muestra en esta hoja de datos:

hoja de datos2

Por lo tanto, puede levantar un peso de 24 kg (unido a una placa de metal) desde una altura de 1 mm.

Puede levantar:

  • 13 kg a 2 mm
  • 5 kg a 3 mm
  • 3,5 kg a 4 mm
  • 2,5 kg a 5 mm
  • 1,8 kg a 6 mm
  • 1.? kg a 7 mm
  • 1 kg a 8 mm
  • 0,7 kg a 9 mm
  • 0,5 kg a 10 mm

Grafique estos números usando Excel y luego agregue una línea de tendencia de 'potencia'. Da la ecuación y=48.246x^(-1.908). Esto está cerca de una relación de cuadrado inverso , sin embargo, irá a una relación de cubo inverso más allá de cierto punto (simplemente no estoy seguro de dónde estaría ese punto).

Suponiendo que la relación del cuadrado inverso aún se mantenga, parece posible que pueda levantar un clip de papel de 1 gramo a una distancia de 7 pulgadas (sin embargo, creo que la relación del cubo inverso se activará antes de llegar a esa altura). Tendrías que experimentar para ver si es posible.

Como regla general, la fuerza comenzará a disminuir en relación con la distancia al cubo cuando la distancia esté en una escala similar a la separación de los polos en el imán.
@jpa Me pregunto si podría apilar un electroimán encima de otro con un espaciador en el medio para formar efectivamente un electroimán más largo. Esto aumentaría la altura de la zona del cuadrado inverso.
El electroimán vinculado en la respuesta está construido específicamente para acercar bastante los polos, para una alta fuerza de sujeción. Un imán en forma de U con una gran separación tendría un mayor alcance, aunque la fuerza máxima cerca del imán sea menor.

Puede mirar el video de Electroboom sobre pistolas de bobina para ver qué puede pasar con los electroimanes...

Asegúrese de enrollar el cable de manera adecuada mientras construye el electroimán. Los devanados uno al lado del otro que transportan corriente en direcciones opuestas cancelan el campo magnético del otro: debe enrollar el electroimán para que la corriente viaje en la misma dirección en todas las vueltas de la bobina.

Otra cosa, use un núcleo de hierro dulce en lugar de clavos y mancuernas porque están hechos de acero. Te ayudará a enfocar mejor el flujo magnético.

En lugar de cable aislado, utilice cable esmaltado delgado (cable desnudo recubierto con esmalte transparente). Te permitirá colocar más vueltas por unidad de longitud. El grosor del aislamiento en el caso del cable en el que se encuentra actualmente desperdicia mucho espacio.

El poder de la fuerza magnética es proporcional a la corriente, así como al número de vueltas en el devanado del electroimán. Aumente cualquiera de ellos para fortalecer su imán.

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