Hořký elektromagnet - Bitter electromagnet
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Ledna 2018) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |

A Hořký elektromagnet nebo Hořký solenoid je typ elektromagnet vynalezl v roce 1933 americký fyzik Francis Bitter používané ve vědeckém výzkumu k vytvoření extrémně silné magnetické pole. K dosažení nejsilnějšího nepřetržitého člověku byly použity hořké elektromagnety magnetické pole na Zemi to až 45 teslas od roku 2011[Aktualizace].[1]
Výhody
Hořké elektromagnety se používají tam, kde jsou vyžadována extrémně silná pole. The železná jádra používané v konvenčních elektromagnetech saturovat, a jsou omezeny na pole asi 2 tesla. Supravodivé elektromagnety může produkovat silnější magnetická pole, ale je omezena na pole 10 až 20 teslasů kvůli tok tečení, i když teoretické limity jsou vyšší. Pro silnější pole odporová solenoid jsou použity elektromagnety hořké konstrukce. Jejich nevýhodou je, že vyžadují velmi vysoké budicí proudy a odvádějí velké množství tepla.
Konstrukce

Hořké magnety jsou konstruovány z kruhového vedení kov talíře a izolační distanční vložky skládané do a spirálovitý konfigurace, spíše než cívky drátu. Proud protéká šroubovicovou cestou skrz desky. Tento design vynalezl v roce 1933 americký fyzik, Francis Bitter. Na jeho počest jsou desky známé jako Hořké talíře. Účelem konstrukce skládané desky je odolat enormnímu vnějšímu mechanickému tlaku produkovanému Lorentzovy síly v důsledku magnetického pole působícího na pohybující se elektrické náboje v desce, které se zvyšují s druhou mocninou síly magnetického pole. Voda dále cirkuluje otvory v deskách jako a chladicí kapalina, odnést obrovské teplo vytvořené v deskách kvůli odporové topení velkými proudy, které jimi protékají. Rozptyl tepla se také zvyšuje s druhou mocninou síly magnetického pole.
V polovině 90. let 20. století vědci z Národní laboratoř pro vysoké magnetické pole (NHMFL) ve společnosti Florida State University v Tallahassee vylepšil tento základní design a vytvořil to, co označují jako Florida Bitter. Prodloužením montážních a chladicích otvorů dochází k podstatnému poklesu napětí vyvíjeného v systému a ke zlepšení účinnosti chlazení. Jak se napětí v původních hořkých deskách zvyšovalo, mírně se ohýbaly, což by vedlo k tomu, že se malé kruhové chladicí otvory vychýlily ze zarovnání, což snižuje účinnost chladicího systému. Desky Florida Bitter se budou díky zmenšeným napětím méně ohýbat a podlouhlé chladicí otvory budou vždy v částečném vyrovnání navzdory jakémukoli ohnutí disku. Tento nový design umožnil 40% zvýšení účinnosti a stal se designem volby pro odporové magnety na bázi hořkých desek.
Hustota proudu a hustota magnetického toku
Na rozdíl od měděného drátu není proudová hustota disku nesoucího proud rovnoměrná po celé jeho průřezové ploše, ale je spíše funkcí poměru vnitřního průměru disku k libovolnému poloměru uvnitř disku. Důsledky tohoto vztahu spočívají v tom, že hustota proudu klesá s nárůstem poloměru. Velká část proudu tak proudí blíže k vnitřnímu poloměru disku. Velké disky (tj. Disky s velkým rozdílem mezi jejich vnitřním a vnějším poloměrem) budou mít větší nesoulad v hustotě proudu mezi vnitřní a vnější částí disku. To sníží účinnost a způsobí další komplikace v systému, protože na disku bude podstatnější teplotní a stresový gradient. Jako taková se často používá řada vnořených cívek, protože rovnoměrněji distribuují proud po velké kombinované ploše na rozdíl od jedné cívky s velkými disky.
Při výpočtu hustoty magnetického toku je třeba vzít v úvahu také nejednotnou hustotu proudu. Ampereův zákon pro základní proudovou smyčku drátu stanoví, že magnetický tok na ose je úměrný proudu procházejícímu vodičem a souvisí se základní geometrií smyčky, ale nezabývá se geometrií průřezu drát. Hustota proudu je v oblasti průřezu drátu stejnoměrná. To neplatí pro hořký disk. Proto musí být aktuální člen nahrazen pojmy diskutujícími plochu průřezu disku a hustotu proudu. Výsledkem je rovnice hustoty magnetického toku na ose Bitterova disku.
Diferenční hustota toku souvisí s aktuální hustotou a diferenciální oblastí. Zavedení a prostorový faktor musí být zahrnuty, aby se vyrovnaly odchylky disku související s otvory pro chlazení a montáž.
Zaznamenejte hořké magnety

Nejsilnější spojitá magnetická pole na Zemi vytvořili hořké magnety. K 31. březnu 2014[Aktualizace] nejsilnější spojité pole dosažené magnetem o pokojové teplotě je 37,5 T produkovaný hořkým elektromagnetem na Radboud University Laboratoř magnetů vysokého pole v Liberci Nijmegen, Holandsko.[2]
Nejsilnější spojité magnetické pole vytvořené člověkem, 45 T, byl vyroben hybridním zařízením, sestávajícím z Bitter magnetu uvnitř a supravodivý magnet.[1] Odporový magnet produkuje 33,5 T a supravodivá cívka produkují zbývajících 11,5 T. Tento magnet vyžaduje 30 MW výkonu. Tento magnet musí být udržován na 1,8 K (-456,43 ° F) pomocí tekutého hélia. Magnet trvá 6 týdnů, než se ochladí na teplotu, a tak po ochlazení běží chladicí systém nepřetržitě. Provoz na plné pole stojí 1 522 $ za hodinu.
Viz také
Reference
- ^ A b Coyne, Kristin (2008). „Magnety: od Mini po Mighty“. Magnet Lab U. Národní laboratoř pro vysoké magnetické pole. Archivovány od originál dne 2014-12-21. Citováno 2008-08-31.
- ^ „HFML nastavuje světový rekord s novým magnetem Tesla 37,5“. Laboratoř magnetů s vysokým polem. 31. března 2014. Archivovány od originál dne 4. září 2015. Citováno 21. května 2014.
externí odkazy
- Národní projekty projektů magnetických polí pro vysoké magnetické pole na Florida State University
- Magnety v laboratoři Nijmegen High Field Magnet
- Žába, která se naučila létat a koule vody uvnitř hořkého solenoidu u Laboratoř magnetů s vysokým polem
- Schémata a popis hořkého solenoidu použitého při demonstraci levitace žáby
- Designy hořkých magnetů: Bitter magnet NHMFL a Radbound University Bitter Solenoid