Elektromagneet, apparaat bestaande uit een kern van magnetisch materiaal omgeven door een spoel waardoor een elektrische stroom wordt geleid om de kern te magnetiseren. Een elektromagneet wordt overal gebruikt waar bestuurbare magneten nodig zijn, zoals in situaties waarin de magnetische flux moet worden gevarieerd, omgekeerd of in- en uitgeschakeld.
Het technische ontwerp van elektromagneten wordt gesystematiseerd door middel van het concept van het magnetische circuit. In het magnetische circuit wordt een magnetomotorische kracht F of Fm gedefinieerd als de ampère-windingen van de spoel die het magnetische veld genereert om de magnetische flux in het circuit te produceren. Dus als een spoel van n windingen per meter een stroom i ampère draagt, is het veld binnen de spoel ni ampère per meter en de magnetomotorische kracht die hij genereert is nul ampère-windingen, waarbij l de lengte van de spoel is. Handiger is de magnetomotorische kracht Ni, waarbij N het totale aantal windingen in de spoel is. De magnetische fluxdichtheid B is in het magnetische circuit het equivalent van de stroomdichtheid in een elektrisch circuit. In het magnetische circuit is het magnetische equivalent van stroom de totale flux gesymboliseerd door de Griekse letter phi, ϕ, gegeven door BA, waarbij A het doorsnedeoppervlak van het magnetische circuit is. In een elektrisch circuit is de elektromotorische kracht (E) gerelateerd aan de stroom, i, in het circuit door E = Ri, waarbij R de weerstand van het circuit is. In het magnetische circuit F = rϕ, waarbij r de terughoudendheid van het magnetische circuit is en equivalent is aan weerstand in het elektrische circuit. Reluctantie wordt verkregen door de lengte van het magnetische pad 1 te delen door de permeabiliteit maal het dwarsdoorsnedeoppervlak A; dus r = l / μA, de Griekse letter mu, μ, symboliseert de permeabiliteit van het medium dat het magnetische circuit vormt. De eenheden van terughoudendheid zijn ampere-beurten per weber. Deze concepten kunnen worden gebruikt om de reluctantie van een magnetisch circuit en dus de stroom die nodig is door een spoel te berekenen om de gewenste flux door dit circuit te dwingen.
Verschillende aannames die betrokken zijn bij dit type berekening, maken het echter op zijn best slechts een benaderende ontwerpgids. Het effect van een permeabel medium op een magnetisch veld kan worden gevisualiseerd als het verdringen van de magnetische krachtlijnen in zichzelf. Omgekeerd zullen de krachtlijnen die van een gebied met een hoge naar een gebied met een lage permeabiliteit gaan, zich verspreiden en dit zal plaatsvinden bij een luchtspleet. De fluxdichtheid, die evenredig is met het aantal krachtlijnen per oppervlakte-eenheid, zal dus in de luchtspleet worden verminderd door de lijnen die uitpuilen of omzomen aan de zijkanten van de spleet. Dit effect zal toenemen voor langere hiaten; er kunnen ruwe correcties worden aangebracht om rekening te houden met het randeffect.
Er is ook aangenomen dat het magnetische veld volledig binnen de spoel is opgesloten. In feite is er altijd een bepaalde hoeveelheid lekflux, vertegenwoordigd door magnetische krachtlijnen rond de buitenkant van de spoel, die niet bijdragen aan de magnetisatie van de kern. De lekflux is in het algemeen klein als de permeabiliteit van de magnetische kern relatief hoog is.
In de praktijk is de permeabiliteit van een magnetisch materiaal een functie van de fluxdichtheid erin. De berekening kan dus alleen voor een echt materiaal worden uitgevoerd als de daadwerkelijke magnetisatiecurve of, beter gezegd, een grafiek van μ tegen B beschikbaar is.
Ten slotte gaat het ontwerp ervan uit dat de magnetische kern niet tot verzadiging is gemagnetiseerd. Als dat zo was, zou de fluxdichtheid in dit ontwerp niet kunnen worden verhoogd in de luchtspleet, ongeacht hoeveel stroom er door de spoel werd geleid. Deze concepten worden verder uitgebreid in de volgende secties over specifieke apparaten.
