Un electroimant és un tipus d'imant on el camp magnètic és produït pel flux d'un corrent elèctric. Si el flux de corrent elèctric desapareix també desapareix el camp magnètic i el seu efecte dimanant.
Aquests dispositius elèctrics s'utilitzen per generar forces magnètiques controlables en aplicacions industrials com ara grues electromagnètiques i sistemes de classificació. A més, juguen un paper crucial a la tecnologia mèdica, permetent la creació d'imatges detallades en la ressonància magnètica (IRM) i en teràpies d'estimulació magnètica.
En la investigació científica, els electroimants són essencials en camps com la física. La seva capacitat per canviar i controlar camps magnètics ha impulsat la innovació en una àmplia gamma de camps, des del transport fins a la medicina i la investigació avançada.
Tipus d'electroimants
Hi ha diferents tipus d'electroimants segons la direcció del corrent i la potència desitjada. Entre aquests destaquem els de corrent circular, de corrent continu, rectangulars i els d'accionament.
Electroimants de corrent circular
Aquests electroimants tenen un filferro enrotllat en forma d'espiral o cercle. El corrent elèctric flueix al llarg d'aquesta espiral circular i genera un camp magnètic en una direcció perpendicular al pla del cercle.
S'utilitzen en aplicacions on cal un camp magnètic en una àrea específica i en una direcció particular.
Electroimants de corrent continu
Aquests tipus funcionen amb un corrent elèctric constant i unidireccional. El corrent flueix en una sola direcció a través del filferro enrotllat, creant un camp magnètic constant.
Els de corrent continu són comuns en aplicacions on es requereix una força magnètica constant, com en relés electromagnètics.
Electroimants rectangulars
Els rectangulars tenen un disseny en forma de rectangle. El corrent elèctric flueix a través del filferro enrotllat al perímetre del rectangle.
Aquests electroimants són utilitzats en situacions on es busca generar un camp magnètic en una adreça específica o per a aplicacions on la forma rectangular és més adequada.
Electroimants d'accionament
S'utilitzen per exercir una força o moviment controlat en resposta a canvis al corrent elèctric. Són comuns en dispositius d'accionament com a solenoides per obrir i tancar vàlvules, activar interruptors o produir moviments precisos en sistemes automatitzats.
Com funciona un electroimant?
Un electroimant funciona gràcies a la propietat que experimenten tots els conductors elèctrics: quan per un conductor hi circula un corrent sempre es genera un camp magnètic.
El tipus més simple d'electroimant és un tros de cable metàl·lic enrotllat en forma de bobina. Una bobina amb la forma cilíndrica amb el cable enrotllat en forma d'hèlix (similar a un llevataps en forma de tirabuixó) sol rebre el nom de solenoide; un solenoide tancat seria un toroide . Els extrems del cable estan connectats a una font dalimentació.
Es poden produir camps magnètics més forts si dins de la bobina es posa un nucli d'un material paramagnètic o ferromagnètic, habitualment es fa servir un nucli de ferro dolç. El nucli concentra el camp magnètic de manera que serà més intens que si només hi hagués l'enrotllament de la bobina.
El tipus de corrent amb què funciona un electroimant pot ser continu o alterna.
Els camps magnètics originats per les bobines segueixen una forma del regle de la mà dreta. Si els dits de la mà esquerra són corbats a la direcció del flux del corrent d'electrons a través de la bobina, el polze apunta a la direcció de la força magnètica.
El costat de l'imant del que sorgeixen les línies de camp és considerat com el Pol Nord.
Exemples d'electroimants
Aquests elements es poden fer servir directament o indirectament. En tots dos casos podem trobar els següents exemples:
-
Per desviar partícules carregades elèctricament, com ara tubs de raigs catòdics, o acceleradors de partícules.
-
Per aixecar grans masses de ferro. Algunes grues utilitzen potents electroimants industrials per enganxar i aixecar ferralla de ferro.
-
Motors elèctrics. Els motors elèctrics funcionen utilitzant aquesta tecnologia.
-
Generadors elèctrics. Funciona de la mateixa manera que als motors elèctrics però en sentit invers.
-
Tancament de contactes elèctrics als relés o operar vàlvules a les electrovàlvules.
-
Activar panys elèctrics
-
Mou el capçal d'un disc dur
-
Frens i embragatges electromagnètics dels automòbils.
-
Per separar magnèticament metalls a centres de reciclatge.
-
Els trens de levitació magnètica usen aquesta tecnologia per surar i reduir enormement les pèrdues per fregament amb la via.
Exemple dús en portes automàtiques
Un altre exemple d'ús és al camp dels panys, on s'utilitza per mantenir una porta tancada, assegurant-ne l'obertura en cas d'un tall d'energia.
Cap al 1980, el camp magnètic derivat d'un electroimant va començar a utilitzar-se en la construcció i, més precisament, en el camp de les finestres de seguretat.
Una empresa suïssa va començar a produir un electroimant, de molt petita mida i pes, que alimentat a baixa tensió (12Vdc - 24 Vdc) va desenvolupar un camp magnètic capaç de resistir una força de diversos milers de newtons.
Aquesta aplicació va ser immediatament un gran èxit en el camp de les sortides d'emergència perquè garanteix la seguretat contra robatoris sense necessitat de fer servir peces mecàniques però, alhora, assegurava l'obertura de la porta, sense intervenció humana, en cas de manca de corrent .
L'evolució d'aquest sistema ha portat el sector de la construcció a utilitzar massivament l'electroimant com a element de tancament elèctric. Avui dia s'utilitza de diverses maneres en funció de les dimensions, usos, perfils i tipus de porta.
Els electroimants als motors elèctrics
Als motors elèctrics, són els components principals responsables de la generació de moviment a partir de l'energia elèctrica. En els motors elèctrics, els electroimants són utilitzats per crear camps magnètics que interactuen amb corrents elèctrics i generen forces que impulsen el moviment.
Els motors elèctrics poden classificar-se en diversos tipus, sent els motors de corrent continu (DC) i els motors de corrent altern (AC) els més comuns. En tots dos casos, els electroimants tenen un paper crucial:
Motors de corrent continu (CC)
En aquests motors, el flux de corrent elèctric s'inverteix constantment per mantenir la rotació contínua del rotor (part mòbil del motor). Els electroimants, anomenats bobines, estan disposats a l'estator (part fixa del motor) i generen camps magnètics que interactuen amb les bobines del rotor.
La commutació del corrent elèctric a les bobines de l'estator crea un camp magnètic rotatiu que fa girar el rotor.
Motors de corrent altern (CA)
Els motors de corrent altern poden ser d'inducció o síncrons. Als motors d'inducció, el camp magnètic es crea a l'estator a través d'electroimants alimentats amb corrent altern. Aquest camp magnètic indueix corrents al rotor, cosa que genera moviment.
Als motors síncrons, el rotor gira a la mateixa velocitat que el camp magnètic rotatiu de l'estator, la qual cosa requereix una sincronització precisa.
Diferències entre un imant i un electroimant
Les diferències més importants entre un imant permanent i un electroimant són les següents:
-
El camp magnètic d'un electroimant es pot manipular ràpidament controlant la quantitat de corrent elèctric. Per contra, cal que hi hagi una aportació continuada d'energia elèctrica per mantenir el camp.
-
La força magnètica de l'electroimant depèn del subministrament elèctric. Si el corrent deixa de fluir, l'electroimant en perd les propietats.
Inventor de l'electroimant
L'inventor de l'electroimant va ser el físic anglès William Sturgeon , el 1825.
El primer electroimant era una peça de ferro en forma de ferradura envoltada per un bobinat. En aquesta ferradura, quan el corrent passava per la bobina de l'electroimant es magnetitzava i quan cessava es desmagnetitzar.
Sturgeon va demostrar les propietats magnètiques de l'electroimant aixecant uns 4 kg amb una peça de ferro de menys de 200 grams amb un enrotllament pel qual passava el corrent d'una bateria d'una única cel·la.
A més, Sturgeon podia regular el seu electroimant variant la intensitat del corrent elèctric.
