În timp ce magneții permanenți produc un câmp magnetic static bun și uneori foarte puternic, în unele aplicații forța acestui câmp magnetic este încă prea slabă sau trebuie să putem controla cantitatea de flux magnetic prezent. Deci, pentru a produce un câmp magnetic mult mai puternic și mai controlabil, trebuie să folosim energia electrică.

Utilizând bobine de sârmă înfășurată în jurul unui material magnetic moale, cum ar fi un miez de fier, putem produce electromagneți foarte puternici pentru a fi utilizați în multe tipuri diferite de aplicații electrice. Această utilizare a bobinelor de sârmă produce o relație între electricitate și magnetism care ne dă o altă formă de magnetism numită electromagnetism.

Electromagnetismul este produs atunci când un curent electric curge printr-un conductor simplu, cum ar fi o lungime de sârmă sau cablu și, pe măsură ce trece curentul, se creează un câmp magnetic de-a lungul întregului conductor. Câmpul magnetic mic, creat în jurul conductorului, are o direcție precisă, ambii poli "nord" și "sud" produși fiind determinați de direcția curentului electric care curge prin conductor.

Prin urmare, este necesar să se stabilească o relație între curentul care curge prin conductor și câmpul magnetic rezultant produs în jurul acestuia de circulația curentului care ne permite să definim relația ce există între electricitate și magnetism sub formă de electromagnetism.

Am stabilit că, atunci când un curent electric circulă printr-un conductor, se produce un câmp electromagnetic circular în jurul acestuia cu liniile magnetice de flux formând bucle complete care nu se încrucișează pe întreaga lungime a conductorului.

Direcția de rotație a acestui câmp magnetic este guvernată de direcția curentului care circulă prin conductor, cu un câmp magnetic produs mai puternic în apropierea centrului conductorului care conduce curentul. Acest lucru se datorează faptului că lungimea traseului buclelor fiind mai mare, mai departe de conductor, rezultă linii de flux mai slabe, după cum se arată mai jos.

Câmpul magnetic în jurul unui conductor

Atunci, acțiunea fizică a înșurubării holșurubului în și din hârtie indică direcția curentului din conductor și, prin urmare, direcția de rotație a câmpului electromagnetic în jurul acestuia, după cum se arată mai jos. Acest concept este cunoscut, în general, drept acțiunea de înșurubare cu mâna dreaptă.

Acțiunea de înșurubare cu mâna dreaptă

Un câmp magnetic implică existența a doi poli, nord și sud. Polaritatea unui conductor ce transportă un curent poate fi stabilită prin trasarea literelor majuscule S și N și apoi adăugarea capetelor de săgeți la capătul liber al literelor, așa cum se arată mai sus, oferind o reprezentare vizuală a direcției câmpului magnetic.

Un alt concept mai familiar, care determină atât direcția fluxului de curent, cât și direcția rezultantă a fluxului magnetic în jurul conductorului se numește "regula mâinii stângi" .

Direcția recunoscută a unui câmp magnetic este de la polul nord la polul sud. Această direcție poate fi dedusă prin ținerea conductorului de transport curent în mâna stângă cu degetul mare orientat în direcția fluxului de electroni de la negativ la pozitiv.

Poziția degetelor așezate pe și în jurul conductorului va fi îndreptată acum în direcția liniilor de forță magnetică generate așa cum se arată.

Dacă direcția electronilor care curg prin conductor este inversată, mâna stângă trebuie să fie plasată pe cealaltă parte a conductorului cu degetul mare orientat în noua direcție a curgerii curentului de electroni.

Deoarece curentul este inversat, direcția câmpului magnetic produs în jurul conductorului va fi, de asemenea, inversată deoarece, așa cum am spus anterior, direcția câmpului magnetic depinde de direcția curgerii curentului.

Această "regulă a mâinii stângi" poate fi, de asemenea, utilizată pentru a determina direcția magnetică a polilor într-o bobină electromagnetică. De data aceasta, degetele indică direcția fluxului de electroni de la negativ la pozitiv, în timp ce degetul mare, indică direcția polului nord. Există o variație a acestei reguli numită "regula mâinii drepte" care se bazează pe așa-numitul flux convențional de curent (de la pozitiv la negativ).

Luați în considerare când o singură bucată dreaptă de sârmă este îndoită sub forma unei singure bucle, așa cum este arătat mai jos. Deși curentul electric curge în aceeași direcție pe întreaga lungime a conductorului de sârmă, acesta va curge în direcții opuse prin hârtie. Acest lucru se datorează faptului că curentul lasă hârtia pe una dintre fețe și intră în hârtie pe cealaltă, prin urmare un câmp în sensul orar și un câmp anti-orar sunt produse unul lângă celălalt pe foaia de hârtie.

Spațiul rezultat dintre acești doi conductori devine un câmp magnetic intensificat, cu liniile de forță care se extind astfel încât își asumă forma unui magnet bară care generează un pol nord și sud distinctiv la punctul de intersecție.

Electromagnetism în jurul unui bucle

Curentul care curge prin cele două conductoare paralele ale buclei este în direcții opuse, deoarece curentul prin buclă iese din partea stângă și se întoarce prin partea dreaptă. Acest lucru are ca rezultat câmpul magnetic din jurul fiecărui conductor din interiorul buclei să fie în aceeași direcție unul cu celălalt.

Liniile de forță generate de curentul care circulă prin buclă se opun reciproc în spațiul dintre cele două conductoare unde se întâlnesc cei doi poli opuși, deformând liniile de forță din jurul fiecărui conductor așa cum se arată.

Cu toate acestea, distorsiunea fluxului magnetic între cele două conductoare duce la o intensitate a câmpului magnetic la joncțiunea de mijloc, când liniile de forță se apropie mai mult. Interacțiunea rezultantă dintre cele două câmpuri opuse produce o forță mecanică între cele două conductoare deoarece încearcă să se respingă unul de celălalt. Într-o mașină electrică, această respingere a celor două câmpuri magnetice produce mișcare.

Dar, deoarece conductorii nu se pot mișca, cele două câmpuri magnetice se ajută reciproc prin generarea unui pol nord și sud de-a lungul acestei linii de interacțiune. Acest lucru are ca rezultat câmpul magnetic cel mai puternic la mijlocul celor două conductoare. Intensitatea câmpului magnetic din jurul conductorului este proporțională cu distanța de la conductor și cu cantitatea de curent care trece prin el.

Câmpul magnetic generat în jurul unei lungimi drepte a sârmei care conduce curent este foarte slab chiar și cu un curent înalt care trece prin el. Dar, dacă mai multe bucle ale sârmei sunt înfășurate împreună de-a lungul aceleiași axe, producând o bobină de sârmă, câmpul magnetic rezultat va deveni mai concentrat și mai puternic decât cel al unei singure bucle. Aceasta produce o bobină electromagnetică, denumită mai general un solenoid.

Deci, fiecare lungime de sârmă are efect de electromagnetism în jurul său atunci când un curent electric curge prin ea. Direcția câmpului magnetic depinde de direcția fluxului de curent. Putem mări puterea câmpului magnetic generat prin formarea lungimii firului într-o bobină și vom urmări acest efect în detaliu în următorul tutorial.