Trendy

Jak funguje elektromagnetický zámek?

Každý člověk má čas od času situace, kdy je potřeba na delší dobu odejít a zamknout technickou skříň, garáž, chalupu atd. atd.

Věc je však komplikována skutečností, že může být iracionální umístit visací nebo zadlabací zámek z toho či onoho důvodu, z nichž hlavním je možnost hackování.

Jakékoliv elektromagnetické zámky vyžadují ke své činnosti napájecí napětí a také pozoruhodnou důvěru majitele, že se vše „nezkratuje a neshoří do pekla“, zatímco majitel cestuje v blažené nevědomosti někam „do krásných dálek“.

I přes zdánlivou podivnost a paradoxnost tvrzení v názvu taková možnost (držení bez moci) stále existuje a právě o ní si povíme níže.

▍ Elektromagnetické zámky

Jelikož jsme již zavrhli možnost mechanických zámků (což samozřejmě nepopírá možnost jejich použití), nicméně jelikož máme článek o elektromagnetech, zkusíme zvážit možnosti jejich využití pro naše účely. Předem si udělejme výhradu, že se nejedná přímo o elektromagnet bez elektřiny, ale přesto je držen bez konstantního výkonu.

Každý dobře zná elektromagnetická zařízení, která se nacházejí téměř na každém kroku: elektromagnetické dveřní zámky. Používají se všude:

Díky své konstrukci umožňují spolehlivě držet dveře v zavřeném stavu, poskytují solidní hodnoty odolnosti proti tahovému zatížení (pokud autor ví, více než 200 kg u dobrých systémů) a také díky svým designem, který neobsahuje žádné pohyblivé části, mají vysokou odolnost proti opotřebení a životnost.

Takovými zařízeními jsou v podstatě elektromagnety s jádrem ve tvaru W, na kterém je navinuto vinutí. Během provozu se jádro uzavírá a otevírá armaturou, což je kovová deska připevněná ke dveřím:

Otevírání a zavírání dveří zamčených takovým zámkem se provádí přivedením proudu na elektromagnet a také jeho vypnutím. Možná je i trochu složitější varianta, o které bude řeč níže. Ve zjednodušené podobě je však vše přibližně takto.

▍ Podstata elektromagnetů

Každý elektromagnet je postaven na stejných principech, které jsou založeny na magnetickém poli, které vzniká kolem vodiče přenášejícího proud. Proud procházející cívkou elektromagnetu způsobuje změnu vektoru magnetizace domén jádra feromagnetu. „Domény“ jsou chápány jako útvary mnoha atomů, ve kterých je směr magnetizace jednotný a zaujímá určitou polohu vzhledem k sousedním doménám:

Obecně můžeme říci, že přídržná síla elektromagnetu závisí na tom, jak krátké budou magnetické siločáry, zda budou podél jeho dráhy mezery ve formě vzduchových mezer, jaká je magnetická permeabilita materiálu, jaká je jeho průřez je (čím větší průřez, tím menší odpor magnetickému toku), a také jaké je množství proudu, který prochází cívkou.

Jako příklad toho, co bylo řečeno, lze uvést dva případy: levý – elektromagnet zvedá kovovou desku, pravý – kovový šrot:

Je jasně vidět, že v prvním případě jsou magnetické čáry mnohem kratší než ve druhém. Praktickým důsledkem toho je, že v prvním případě je možné zvednout mnohem větší váhu než ve druhém.

Přečtěte si více

Jak se kaktus opuncie rozmnožuje?

Proto se u prakticky používaných elektromagnetů snaží část uzavírající jádro (kotvu) umístit co nejblíže k jádru, aby závěrné části byly co nejhladší, aby k sobě těsně přiléhaly.

Když se vypne napájení elektromagnetu, magnetický tok v něm začne rychle klesat a přemění se na elektromagnetickou sílu samoindukce, která způsobí vznik elektrického proudu v cívce elektromagnetu, který může dokonce dosáhnout hodnot 3-4 tisíce voltů, desetkrát větší než ten, kterým byla napájena cívka. V některých případech to může dokonce vést k poruše cívky, k zabránění tomu je někdy k cívce připojen speciální odpor nazývaný vybíjecí odpor.

Další zajímavou vlastností elektromagnetu je, že v některých případech i u průmyslových elektromagnetů pro zvedání kovového šrotu není vždy možné uvolnit zátěž, a to ani při vypnutém napájení elektromagnetu. To je způsobeno jevy zbytkového magnetismu jak v samotném jádru elektromagnetu, tak ve zvednutém nákladu.

K vyřešení tohoto problému se používá metoda „remagnetizace“ elektromagnetu, která spočívá v průchodu proudu jeho cívkou v opačném směru, než je proud, který způsobil magnetizaci.

Navíc reverzace magnetizace vyžaduje poměrně malý proud, jehož hodnota je přibližně od 12 do 20 % provozního proudu.

Jak se autorovi článku podařilo zjistit, elektromagnety mají také svoji obdobu „Curie bodu“. Co se týče permanentních magnetů, to je teplota, při které se demagnetizují, což je přibližně 750°. Při této teplotě má magnetická permeabilita jádra elektromagnetu tendenci k nule, a proto je jeho nosnost nulová.

▍ Magnetický držák

A teď, když už trochu rozumíme tomu, co je elektromagnet, pojďme se věnovat zajímavému vynálezu, obklopenému aurou tajemství, která vzrušuje mysl mnohých: takzvanému „magnetickému strážci Edwarda Leedskalnina“.

Jelikož autor sám nakreslil toto zařízení v jednom ze svých děl „magnetický proud“ (nebo v jiném překladu „magnetický tok“), jedná se o jádro ve tvaru podkovy, které je na jedné straně uzavřeno rovnou tyčí. Cívky drátu jsou umístěny na jádru:

Zařízení fungovalo následovně: když byl na cívky přiveden i krátkodobý pulz elektřiny a vypnuto, rovná část uzavírající jádro ve tvaru U nespadla a držela dál (i když po všem, co jsme se o elektromagnetech dozvěděli výše , to by nás v žádném případě nemělo překvapit).

Sám vynálezce vysvětlil tento jev „věčným uzavřením“ magnetického toku uvnitř jádra a dokonce provedl zajímavý experiment, při kterém podobně zmagnetizované jádro vydrželo 6 měsíců, a jak sám popsal další události, kdy uzavírací propojka byl odpojen, dokonce došlo k prokluzu jiskry na kontaktech cívky (samoindukce, kterou jsme probrali výše). To vše umožnilo posoudit bezpečnost hodnoty „uloženého“ magnetického pole, která se během šesti měsíců vůbec nesnížila.

Dílo tohoto vynálezce posloužilo jako podnět k vlastním experimentům mnoha dalších nadšenců, kteří zjistili, že takový hlídač dobře pracuje jak s obyčejným železným kovem, tak s hliníkem a mědí (alespoň pokud o takových pokusech autor ví). Účinnost se pravděpodobně liší v důsledku různé magnetické permeability různých materiálů jádra, ale o tom autor nemá žádné přesnější informace.

Přečtěte si více

Který lékař léčí boreliózu?

Jak autor viděl, kovové desky, tyče a dokonce i pozinkované matice byly slepeny dohromady podobným způsobem.

Velmi nápadným demonstrátorem tohoto efektu je následující video, na kterém byly pořízeny dvě kovové tyče, mezi které byl položen tlustý vodič (což vypadalo jako obyčejná svařovací elektroda nebo něco podobného), položený uvnitř vyfrézované drážky.

Jak jsme si řekli výše, každý vodič, kterým protéká proud, je obklopen vlastním magnetickým polem a je tím silnější, čím větší proud vodičem protéká. Není tedy vůbec nutné, aby bylo možné pozorovat efekt „blokování magnetického toku“, jak se tomu říká (ale podle názoru autora by bylo pravděpodobně správnější nazvat jej „fenomén doménové orientace“ ), měla by být použita výkonná cívka. Stačí, aby přímým vodičem procházel silný proud, a to i na velmi krátkou dobu, což povede k velmi vážnému slepení tyčí:

Mimochodem, jak můžete vidět výše, i přes mírně extravagantní vzhled těchto dvou tyčí, které nevypadají jako standardní jádro a kotva, na které jsme zvyklí (ve tvaru W, U atd.), jsou v podstatě se nic neliší od konvenčního elektromagnetu. Pokud byste tedy teoreticky procházeli vodičem mezi nalepenými tyčemi proud jiným směrem (prohoďte kontakty vývodů baterie), mělo by to vést k tomu, že se tyče od sebe odlepí (škoda, že takový experiment je není uvedeno ve videu výše, i když je to velmi logické a dobře by to doplnilo obrázek):

A pak už asi chápete logiku akce: pokud použijeme podobný systém dvou závor jako elektromagnetický zámek (jedna závora na dveřích a druhá závora na pevné části zárubně; navíc nemusí být vyroben stejným způsobem) ve formě dvou tyčí a ve formě dvou desek), pak můžeme získat velmi levný a jednoduchý zámek, který je také téměř nemožné prolomit, protože málokdo chápe princip jeho provoz!

Samozřejmě vás nikdo nenutí vozit s sebou autobaterii „na hrbu“ :) To lze provést například v této verzi: je umístěna uvnitř a na dveřích jsou kontaktní podložky nebo štěrbiny, které potřebují uzamykací klíč ve tvaru U. V nejjednodušší verzi si „klíčovač“ sám nastavuje zavírací dobu podle oka. To samozřejmě není úplně dobré a dříve nebo později to může vést k „bouchnutí“ baterie. Proto je vhodné použít nějaký elektronický obvod, který sepnutím kontaktů sám nabudí a krátkodobě dodá energii cívce. Po zbytek času zůstává bez napětí.

Další zajímavou možností je možnost vyloučení baterie z uzavřeného prostoru. Místo toho napájíme elektronický obvod a dodáváme energii do cívky pomocí přenosného, kompaktního zdroje energie, jako je powerbanka, startér do auta atd.

Pro spolehlivé spojení dvou tyčí nebo desek k sobě je možné je instalovat tak, aby jejich umístění bylo odpružené, a zároveň eliminovat možnost vzájemného posuvného posunutí (protože to může vést k tyčím odlupování od sebe).

Přečtěte si více

Jak odstranit plíseň v gumové pračce?

Mimochodem, ten samý experimentátor, jehož video bylo uvedeno výše, provedl experiment, což je speciální případ převrácení magnetizace elektromagnetu: když je magnetické jádro stabilní systém spojený pomocí permanentních magnetů (pokud obsahuje také cívku elektromagnetu), pak když Přivedením napětí na cívku se magnetický tok uvnitř jádra přesměruje a na jádro se může přilepit nový prvek.

Tímto způsobem můžeme například otevřít/zavřít dveře pomocí neodymových magnetů jako přídržné síly. Ačkoli se autorovi tohoto článku líbí mnohem více první možnost, protože je mnohem jednodušší a levnější.

Na závěr příběhu bych rád řekl, že navzdory rozšířenému používání standardních metod omezování přístupu může být v některých případech zajímavé použít alternativní metodu diskutovanou v článku, protože poskytuje jak spolehlivost, tak eliminaci obav, že něco může dojít ve vaší nepřítomnosti k negativní události zahrnující elektronické systémy pod napětím. V každém případě se tato možnost zdá být dostatečně zajímavá na to, abyste jí věnovali bližší pozornost.