Mostra la font per a Electroimant

{{multiple image
| align = right
| direction = horizontal
| image1 = Simple electromagnet2.gif 
| caption1 = Un electroimant simple consisteix en una bobina de filferro aïllat envoltat al voltant d'un nucli de ferro. Un nucli de material ferromagnètic, com el ferro serveix, per augmentar el camp magnètic creat.<ref name="Hyperphysics">{{cita web | apellido = Nave | nombre = Carl R. | título = Electromagnet | obra = Hyperphysics | editorial = Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State Univ. | fecha = 2012 | url = http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/elemag.html | fechaacceso = 17 de septiembre de 2014}}</ref> La força del camp magnètic generat és proporcional a la quantitat de corrent que travessa els enrotllaments.<ref name="Hyperphysics" />
| width1 = 160
| image2 = VFPt Solenoid correct2.svg
| caption2 = El camp magnètic produït per un [[solenoide]] (bobina de filferro). Aquest dibuix mostra una secció transversal a través del centre de la bobina: les creus són els filferros en què el corrent s'està movent a la pàgina; els punts són els filferros en què el corrent es mou cap amunt fora de la pàgina.
| width2 = 170
| footer =
}}
Un '''electroimant''' és un tipus d'[[imant]] en el qual el [[camp magnètic]] és produït pel flux d'un [[corrent elèctric]]; en conseqüència, el camp desapareix en cessar el flux del corrent elèctric. El [[Física|físic]] [[Anglaterra|anglès]] [[William Sturgeon]] el va inventar el [[1825]]. El primer electroimant era una peça de [[ferro]] en forma de ferradura envoltada per un enrotllament o bobinat, quan el corrent passava per la bobina, l'electroimant es magnetitzava i quan cessava es desmagnetitzava. Sturgeon va demostrar el poder del seu invent aixecant nou lliures (uns 4Kg) amb una peça de ferro de set unces (menys de 200 [[gram]]s) amb un enrotllament pel qual passava el corrent d'una bateria d'una única cel·la.

A més Sturgeon podia regular el seu electroimant, això va ser el principi de la utilització de l'[[electricitat]] per fer màquines pràctiques i controlables i va posar les bases per a les comunicacions electròniques.
Els electroimants són àmpliament usats com a components d'altres dispositius elèctrics, com [[motor elèctric|motors]], [[generador elèctric|generadors]], [[relé]]s, [[altaveus]], [[disc dur|discos durs]], [[Imatge per ressonància magnètica|màquines MRI]], instruments científics i equips de [[separació magnètica]]. Els electroimants també es fan servir a la indústria per recollir i moure objectes pesants, com la ferralla de ferro i acer.<ref name="Merzouki">{{cita libro | last1 = Merzouki | first1 = Rochdi | last2 = Samantaray | first2 = Arun Kumar | last3 = Pathak | first3 = Pushparaj Mani | título = Intelligent Mechatronic Systems: Modeling, Control and Diagnosis | editorial = Springer Science & Business Media | fecha = 2012 | páginas = 403–405 | url = http://books.google.cat/books?id=k81ECeMxyk8C&pg=PA404&dq=ferromagnetic+electromagnet#v=onepage&q=ferromagnetic%20electromagnet&f=false | isbn = 144714628X }}</ref>

== Introducció ==
[[Fitxer:Electromagnetism.svg|miniatura|El corrent (I) que flueix a través del fil conductor produeix un camp magnètic (B) entorn del fil. El camp tindrà una orientació segons la [[regla de la mà esquerra]].]]
L'electroimant més simple és un tros de fil metàl·lic enrotllat en forma de bobina. Una bobina amb la forma [[cilindre|cilíndrica]] amb el fil enrotllat en forma d'[[hèlix]] (similar a un [[llevataps]] en forma de tirabuixó) acostuma a rebre el nom de [[solenoide]]; un solenoide tancat seria un [[toroide]]. Es poden produir camps magnètics més forts si dintre de la bobina es posa un [[Nucli magnètic|nucli]] d'un material [[paramagnètic]] o [[ferromagnètic]], habitualment es fa servir [[ferro]]. El nucli concentra el camp magnètic, de tal manera que el fa més intens que si només hi hagués l'enrotllament de la bobina.

El camps magnètics originats per les bobines segueixen la forma de la [[regla de la mà dreta]] (per al corrent elèctric convencional o flux de [[Càrrega elèctrica|càrregues]] positives; en el cas d'un flux de càrregues negatives, seguiria la regla de la mà esquerra).<ref>{{ref-web|url=http://www.diracdelta.co.uk/science/source/l/e/left%20hand%20rule/source.html|títol=Left Hand Rule - DiracDelta Science & Engineering Encyclopedia<!--Títol generat per bot-->|consulta=2007-09-30|arxiuurl=https://web.archive.org/web/20070927212315/http://www.diracdelta.co.uk/science/source/l/e/left%20hand%20rule/source.html|arxiudata=2007-09-27}}</ref> Si els dits de la [[mà]] esquerra són corbats en la direcció del flux del corrent d'electrons a través de la bobina, el [[polze]] apunta en la direcció del camp dintre de la bobina. El costat de l'[[imant]] del qual sorgeixen les línies del camp és considerat com el [[pol Nord]].

== Electroimants i imants permanents ==
El principal avantatge d'un electroimant envers un [[Imant|imant permanent]] rau en el fet que el seu camp magnètic pot ser manipulat de manera ràpida controlant el corrent elèctric. Per contra, és necessari que hi hagi una aportació continuada d'energia elèctrica per tal de mantenir el camp.

Quan un corrent elèctric passa a través de la bobina, les petites regions denominades [[Domini magnètic|dominis magnètics]] (o dominis de Weiss) s'orientin fent que el camp magnètic s'enforteixi. A mesura que el corrent s'incrementa tots els dominis poden arribar a estar orientats. Aquesta situació rep la denominació de [[saturació magnètica]]. Un cop el [[nucli magnètic]] ha arribat a la saturació, qualsevol increment del corrent només podrà causar un petit increment del camp magnètic. En alguns materials, alguns dels dominis poden restar alineats i conservar part del camp magnètic un cop desapareix el corrent elèctric, esdevenint un imant permanent. Aquest fenomen, que rep el nom de [[romanència magnètica]], és degut a la [[histèresi]] del material. Per fer disminuir o desaparèixer el camp magnètic residual del nucli magnètic s'han de reorientar els dominis magnètics, per a aquest fi es poden utilitzar tècniques com l'aplicació d'un [[corrent altern]] decreixent, colpir el nucli o escalfar-lo fins a la seva [[temperatura de Curie]].

A les aplicacions on no és necessari un camp magnètic variable, els imants permanents són més eficaços. A més, en les mateixes condicions de mida un imant permanent produeix un camp magnètic més fort que un electroimant.

== La força del materials ferromagnètics ==
[[Fitxer:Electromagnet with gap.svg|upright=1.4|miniatura]]

El càlcul de la força del camps magnètics als materials ferromagnètics és complicat a causa dels camps magnètics laterals i les geometries complexes dels nuclis. Es pot simular utilitzant l'[[Anàlisi d'Elements Finits|anàlisi d'elements finits]]. Tanmateix és possible d'estimar la força màxima sota unes condicions específiques. Si el camp magnètic és confinat dins d'un material altament [[Permeabilitat|permeable]],com certs [[aliatges]] d'[[acer]], la força màxima vindrà donada per:

<math>F = \frac{B^2 A}{2 \mu_o}</math>

on:

* ''F'' és la força en [[Newton (unitat)|newtons]]
* ''B'' és el camp magnètic en [[Tesla (unitat)|tesles]]
* ''A'' és l'àrea de la superfície dels pols en [[metre quadrat|metres quadrats]]
* ''<math> \mu_o </math>'' és la [[permeabilitat]] del [[buit]]

En el cas del buit o de l'aire <math>\mu_o = 4 \pi \cdot 10^{-7}\,\mbox{H}\cdot \mbox{m}^{-1}</math>, la força per unitat d'àrea ([[pressió]] en [[Pascal (unitat)|pascals]]) és:

<math>P \approx 398 \, \mathrm{ kPa} = 1 tesla </math>

<math>P \approx 1592 \, \mathrm{kPa} = 2 tesles</math>

A un [[circuit magnètic]] tancat:

<math>B = \frac{\mu N I}{L}</math>

On:

* ''N'' és el nombre de voltes de fil entorn l'electroimant
* ''I'' és el [[corrent elèctric]] en [[ampere]]s 
* ''L'' és la longitud del circuit magnètic

Si substituïm, tindrem:

<math>F = \frac{\mu^2 N^2 I^2 A}{2\mu_0 L^2}</math>

Per tal de construir un electroimant potent és preferible un circuit magnètic curt amb una superfície gran. La majoria dels materials ferromagnètics se saturen al voltant d'1 o 2 tesles. Això passa amb un camp d'una intensitat de:

<math>H\approx 787\ \mbox{ampere.volta/metre}</math>.

Per aquesta raó, no tindria sentit construir un electroimant amb una intensitat de camp magnètic superior. Els electroimants per a utilitzacions industrials d'elevació es dissenyen amb els dos pols a la mateixa cara, la superior. Això confina les línies de camp per tal de maximitzar el camp magnètic, és com un cilindre dins d'un altre cilindre. Molts dels [[altaveu]]s magnètics utilitzen una geometria similar, tot i que les línies de camp són radials des del cilindre interior i no perpendiculars a la cara.

== Experiment amb un electroimant casolà ==
[[Fitxer:Homemade Electromagnet.jpg|derecha|miniatura|Electroimant casolà construït amb materials de baix cost.]]

Amb una pila un clau o cargol metàl·lic i un fil de coure d'uns 2 m es pot construir un electroimant casolà.

El camp magnètic existeix a tots els cables que transporten [[electricitat]]. Es pot comprovar amb un simple experiment fent servir una brúixola.

Col·locar la brúixola sobre la taula i, amb el cable prop de la brúixola, connectar, durant uns segons, el cable entre els extrems positiu i negatiu de la pila. Es notarà que l'agulla de la brúixola es mou. Inicialment, la brúixola apuntarà al pol nord de la Terra, quan es connecta el cable a la pila l'agulla de la brúixola es mou perquè l'agulla de la brúixola és un petit imant amb un pol nord i un pol sud. Com que l'agulla és petita, és sensible als camps magnètics petits. Així, el camp magnètic creat al cable pel flux d'electrons afecta la brúixola. Cal tenir en compte que la pila baixa ràpidament en aquestes condicions.

== Aplicacions dels electroimants ==
Els electroimants són part de molts aparells elèctrics ([[motor elèctric]], [[generador elèctric]], [[ràdio]], [[televisió]], [[magnetòfon]], [[disc dur]], [[microscopi electrònic]], etc.). Als motors i als generadors s'utilitzen per crear un [[camp electromagnètic]] controlable.<ref>{{Cita libro|apellidos=Pulido|nombre=Manuel Álvarez|título=Electroimanes|url=https://books.google.cat/books?id=0m85DwAAQBAJ&pg=PA76&dq=electroim%C3%A1n+++aplicaciones&hl=ca&sa=X&ved=0ahUKEwiU6vWx3JjZAhXDy6QKHVxyDEwQ6AEIPDAE#v=onepage&q=electroim%C3%A1n%20%20%20aplicaciones&f=false|fechaacceso=9 de febrero de 2018|fecha=4 de marzo de 2013|editorial=Editorial Club Universitario|isbn=9788415787099|idioma=es}}</ref>

=== Aplicacions com a imant ===
A moltes aplicacions els electroimants són utilitzats com un imant controlable:

* El pany elèctric d'una porta: quan s'alimenta l'electroimant allibera la retenció del pestell i la porta pot ser oberta sense [[Clau (eina)|clau]] i sense accionar la maneta.
* Els [[relé]]s elèctrics o els [[Commutador automàtic|commutadors automàtics]] es basen en el moviment que provoca l'atracció d'una massa ferromagnètica per un electroimant.
* L'elevació de masses metàl·liques es fa per mitjà de grans electroimants.
* Els injectors de [[gasolina]] i [[gasoli]]) dels motors dels automòbil utilitzen electroimants controlats per l'[[ordinador]] que gestiona el motor. Quan l'ordinador vol injectar carburant activa un corrent elèctric que en arribar a l'injector acciona un electroimant que fa recular l'agulla que tapona el forat d'injecció, de manera que deixa entrar el carburant a pressió. Quan deixa de passar corrent l'agulla torna a la seva posició gràcies a una [[molla]].
* Als aparells d'enregistrament magnètics, com el [[magnetòfon]], el [[disc flexible]] o el gravador de [[vídeo]], l'electroimant serveix per magnetitzar les partícules [[Metall|metàl·liques]] del suport de la informació. Mentre el suport magnètic, la cinta o el disc, passa davant d'un ''capçal magnètic'' a una velocitat controlada hi ha un corrent elèctric, que és la imatge de la font a enregistrar, que passa pel capçal transferint la informació en forma magnètica. Per llegir la informació enregistrada el suport passa davant del capçal magnètic, les variacions del camp magnètic indueixen un corrent elèctric que és amplificat per tal de restituir-lo a la seva forma original.
* Al [[tren]] [[Alemanya|alemany]] de levitació [[Transrapid]] s'utilitzen electroimants per aconseguir la [[levitació]] i la propulsió sobre un [[monorail]] metàl·lic.
* A la reproducció de sons, els electroimants fan funcionar els [[altaveu]]s: una membrana és accionada per una bobina que és dins el camp magnètic d'un imant permanent. La membrana vibra al ritme que determina el senyal que alimenta la bobina.
* Hi ha tancaments de portes que utilitzen electroimants amb una força d'atracció que pot arribar a 6000 [[Newton (unitat)|N]].

== Història ==
{{multiple image
| align = right
| direction = horizontal
| image1 = Sturgeon electromagnet.png
| caption1 = L'electroimant de Sturgeon (1824)
| width1 = 150
| image2 = Joseph Henry electromagnet.png
| caption2 = Un dels electroimants de Henry que podia aixecar centenars de lliures (dècada de 1830)
| width2 = 163
| footer =
}}

El científic danès [[Hans Christian Ørsted]] va descobrir el 1820 que els corrents elèctrics creen camps magnètics. En el mateix any el físic francès [[André-Marie Ampère]] va mostrar que era possible magnetitzar un nucli de ferro introduint en un solenoide. Aquest descobriment va permetre al científic britànic [[William Sturgeon]] de desenvolupar l'electroimant el 1824.<ref>{{cita publicación
 | apellido = Sturgeon
 | nombre = W.
 | título = Improved Electro Magnetic Apparatus
 | publicación = Trans. Royal Society of Arts, Manufactures, & Commerce
 | volumen = 43
 | páginas = 37–52
 | ubicación = Londres
 | año = 1825
 }} citat a {{cita libro
 | apellido = Miller
 | nombre = T.J.E
 | enlaceautor =
 | título = Electronic Control of Switched Reluctance Machines
 | editorial = Newnes
 | año = 2001
 | ubicación =
 | páginas = 7
 | url = http://books.google.cat/?id=E8VroIWyjB8C&pg=PA7
 | isbn = 0-7506-5073-7}}</ref><ref>Windelspecht, Michael. [http://books.google.cat/books?id=hX1jPbJVSu4C&pg=PR22&lpg=PR22&dq=%22William+Sturgeon%22+electromagnet+1825&source=web&ots=BhXj3j9j4t&sig=6gI6QNC-Yc5YMCY5RpEE43eIfgU&hl=ca&sa=X&oi=book_result&resnum=9&ct=result#PPR22,M1 Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 19th Century], xxii, Greenwood Publishing Group, 2003, ISBN 0-313-31969-3.</ref> El seu primer electroimant va ser una peça de ferro en forma de ferradura que estava embolicada amb un total de 18 enrotllaments de filferro de coure nu (el cable aïllat encara no existia). El ferro estava envernissat per aïllar-lo dels bobinats. Quan es va passar un corrent a través de la bobina, el ferro es va magnetitzar i va atreure altres peces de ferro; quan el corrent es va aturar, va perdre la magnetització. Sturgeon va mostrar la seva potència en aconseguir que tot i que només pesava set unces (uns 200 grams), podia aixecar nou lliures (aproximadament 4 quilos) quan se li aplicava el corrent d'una bateria d'una única cèl·lula. No obstant això, els electroimants de Sturgeon eren febles pel fet que el filferro no aïllat que utilitzava només podia ser embolicat en una única capa espaiada al voltant del nucli, cosa que limitava el nombre de voltes.

A partir de 1830, el científic nord-americà [[Joseph Henry]] va millorar de manera sistemàtica i va popularitzar l'electroimant.<ref name="Cavicchi">{{ref-publicació
 | cognom = Cavicchi
 | nom = Elizabeth
 | títol = Series and Parallel Experimenting with Electromagnets
 | publicació = Pavia Project Physics, Univ. of Pavia, Italy
 | url = http://ppp.unipv.it/Collana/Pages/Libri/Saggi/Volta%20and%20the%20History%20of%20Electricity/V%26H%20Sect4/V%26H%20387-407.pdf
 | format = PDF
 | consulta = 22 d'agost de 2015}}</ref><ref name="Sherman">{{cita web
 | apellido = Sherman
 | nombre = Roger
 | título = Joseph Henry's contributions to the electromagnet and the electric motor
 | obra = The Joseph Henry Papers
 | editorial = The Smithsonian Institution
 | año = 2007
 | url = http://siarchives.si.edu/history/exhibits/henry/electromagnetism
 | fechaacceso = 27 de agosto de 2008}}</ref> Usant un filferro amb aïllament de fil de seda inspirat per l'ús que [[Johann Schweigger|Schweigger]] havia fet del filferro aïllat per fer un [[galvanòmetre]], va ser capaç d'enrotllar múltiples capes de filferro als nuclis, creant poderosos imants amb milers de voltes de filferro, entre ells un que va poder suportar 2063 lliures (935,76 kg). El principal ús dels electroimants era al telègraf Sounders.

La teoria de domini magnètic de com treballaven els nuclis ferromagnètics va ser proposat per primera vegada en 1906 pel físic francès [[Pierre Weiss]], i la detallada teoria de la mecànica quàntica moderna del ferromagnetisme va ser elaborat en 1920 per [[Werner Heisenberg]], [[Lev Landau]], [[Felix Bloch]] i d'altres.

== Vegeu també ==
* [[Electromagnetisme]]
* [[Imant dipolar]] - Electroimant utilitzat als [[Accelerador de partícules|acceleradors de partícules]]
* [[Imant quadripolar]] - Electroimant utilitzat als acceleradors de partícules
* [[Imant superconductor]] – Electroimant que utilitza un enrotllament de material [[superconductor]].

== Referències ==
{{commonscat}}
{{referències}}

{{Autoritat}}

[[Categoria:Magnetisme]]