Ηλεκτρομαγνήτης Μπίτερ

Διαμαγνητικές δυνάμεις που δρουν στο νερό μέσα στο σώμα ζωντανού βατράχου τον ανυψώνουν μέσα στην κατακόρυφη οπή 3,2 cm σωληνοειδούς Μπίτερ (Bitter) στο Nijmegen High Field Magnet Laboratory, Nijmegen, Κάτω Χώρες. Το μαγνητικό πεδίο ήταν περίπου 16 Τ. Το βίντεο είναι διαθέσιμο στο [1]

Ηλεκτρομαγνήτης Μπίτερ (Bitter) ή σωληνοειδές Μπίτερ είναι τύπος ηλεκτρομαγνήτη που επινοήθηκε το 1933 από τον Αμερικανό φυσικό Φράνσις Μπίτερ (Francis Bitter) και χρησιμοποιείται στην επιστημονική έρευνα για τη δημιουργία πολύ ισχυρών μαγνητικών πεδίων. Οι ηλεκτρομαγνήτες Μπίτερ έχουν χρησιμοποιηθεί για να πετύχουν τα ισχυρότερα συνεχή μαγνητικά πεδία που κατασκευάστηκαν από τον άνθρωπο στη Γη (μέχρι 45 Τ - έως το 2011).

Πλεονεκτήματα

Οι ηλεκτρομαγνήτες Μπίτερ χρησιμοποιούνται όπου απαιτούνται πολύ ισχυρά πεδία. Οι χρησιμοποιούμενοι σιδερένιοι πυρήνες σε συμβατικούς ηλεκτρομαγνήτες υφίστανται κορεσμό και σταματούν να παρέχουν οποιοδήποτε πλεονέκτημα σε πεδία πάνω από μερικά teslas, έτσι οι ηλεκτρομαγνήτες με πυρήνα σιδήρου περιορίζονται σε πεδία μέχρι περίπου 2 teslas. Οι υπεραγώγιμοι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να παραγάγουν ισχυρότερα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, αλλά περιορίζονται σε πεδία από 10 έως 20 teslas, λόγω ερπυστικής ροής (flux creep), αν και τα θεωρητικά όρια είναι μεγαλύτερα. Για ισχυρότερα ανθεκτικά πεδία χρησιμοποιούνται σωληνοειδείς ηλεκτρομαγνήτες Μπίτερ. Τα μειονεκτήματά τους είναι ότι χρειάζονται πολύ υψηλά ρεύματα λειτουργίας και διασκορπίζουν μεγάλες ποσότητες θερμότητας.

Κατασκευή

Δίσκος από χάλκινο μαγνήτη Μπίτερ 16 T, διαμέτρου 40 cm. Σε λειτουργία ρεύμα 40 kA

Οι μαγνήτες Μπίτερ κατασκευάζονται από κυκλικούς μεταλλικούς αγώγιμους δίσκους και ηλεκτρικά μονωμένα πλαίσια στοιβαγμένα σε ελικοειδή διαμόρφωση, αντί για καλώδια. Το ρεύμα ρέει σε ελικοειδή διαδρομή μέσα από τους δίσκους. Αυτή η σχεδίαση επινοήθηκε το 1933 από τον Αμερικανό φυσικό Francis Bitter. Προς τιμήν του οι δίσκοι ονομάζονται δίσκοι Μπίτερ (Bitter plates). Ο σκοπός της σχεδίασης σε στοιβαγμένους δίσκους είναι η αντίσταση στην τεράστια προς τα έξω μηχανική πίεση που παράγεται από τις δυνάμεις Λόρεντζ λόγω της επίδρασης του μαγνητικού πεδίου στα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία στον δίσκο, που αυξάνεται με το τετράγωνο της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Επιπλέον, κυκλοφορεί νερό μέσα από τις οπές στους δίσκους ως ψυκτικό, για να απομακρύνει την τεράστια δημιουργούμενη θερμότητα στους δίσκους λόγω της θερμότητας Τζάουλ από τα μεγάλα ρεύματα που ρέουν μέσα τους. Η διασπορά της θερμότητας αυξάνει επίσης με το τετράγωνο της έντασης του μαγνητικού πεδίου.

Καταγραφή μαγνητών Μπίτερ

Ο πιο ισχυρός ηλεκτρομαγνήτης στον κόσμο, ο 45 T υβριδικός υπεραγώγιμος-Μπίτερ μαγνήτης στο US National High Magnetic Field Laboratory, Tallahassee, Φλόριδα, ΗΠΑ

Τα ισχυρότερα συνεχή μαγνητικά πεδία στη Γη έχουν παραχθεί από μαγνήτες Μπίτερ. Μέχρι τις 31 Μαρτίου 2014 το ισχυρότερο συνεχές πεδίο που έχει επιτευχθεί από μαγνήτη σε θερμοκρασία δωματίου είναι 37,5 T από ηλεκτρομαγνήτη Μπίτερ στο High Field Magnet Laboratory στο Πανεπιστήμιο Ράντμπουντ του Ναϊμέχεν στην Ολλανδία.

Το ισχυρότερο συνεχές μαγνητικό πεδίο που παρασκευάστηκε από άνθρωπο είναι 45 T και παράχθηκε από μια υβριδική συσκευή, που αποτελείται από μαγνήτη Μπίτερ μέσα σε υπεραγώγιμο μαγνήτη.

Δείτε επίσης

• Υπεραγώγιμος μαγνήτης

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• National High Magnetic Field Laboratory Magnet Projects Page Αρχειοθετήθηκε 2011-05-18 στο Wayback Machine. at Florida State University
• Magnets at Nijmegen High Field Magnet Laboratory Αρχειοθετήθηκε 2019-02-14 στο Wayback Machine.
• The Frog That Learned to Fly Αρχειοθετήθηκε 2013-08-27 στο Wayback Machine. and a ball of water inside a Bitter solenoid at the High Field Magnet Laboratory
• Diagrams and description Αρχειοθετήθηκε 2018-04-23 στο Wayback Machine. of the Bitter solenoid used in the frog levitation demonstration
• Bitter magnet designs: NHMFL Bitter Magnet and Radbound University Bitter Solenoid