Un elettromagnete funziona secondo il principio che una corrente elettrica non solo consente agli elettroni di fluire in un circuito, ma genera anche un piccolo campo magnetico. Quando un filo che trasporta elettricità è avvolto, il campo magnetico diventa ancora più forte. Anche gli oggetti di ferro o acciaio circondati da questo filo elettrico arrotolato vengono magnetizzati. Questa combinazione di energia elettronica, cablaggio a spirale e oggetto metallico conduttivo costituisce la base del dispositivo.
Potrebbe essere più facile pensare a un elettromagnete come a un magnete elettronico, non a un magnete elettrico. Ciò che è rilevante è il libero flusso di elettroni in un circuito e i loro effetti sul filo che li trasporta. È possibile dimostrare i principi di base utilizzando una fornitura di cavi in rame nudo, una batteria chimica di dimensioni D e un chiodo di ferro o acciaio.
La reazione tra i metalli e l’acido nelle batterie chimiche fa sì che molti elettroni liberi si raccolgano vicino al polo negativo (-), generalmente alla fine con una leggera depressione. Se qualcuno collega l’estremità negativa della batteria con il polo positivo (+), tutti quegli elettroni scorreranno attraverso il filo verso il polo positivo e alla fine torneranno all’estremità negativa. Poiché non c’è nulla che blocchi il loro percorso lungo il filo, come una lampadina o un motore, gli elettroni smetteranno presto di fluire e la batteria “morirà”.
Tuttavia, gli elettroni che scorrono fanno di più che attraversare il filo in un circuito. Il movimento degli elettroni provoca la formazione di un leggero campo magnetico attorno al filo. Questo campo non è particolarmente forte finché il filo rimane dritto, ma avvolgere il filo in spirali strette rafforzerà il campo magnetico molte volte man mano che la superficie del filo si condensa.
Il filo arrotolato può generare un campo magnetico misurabile che può influenzare una lettura della bussola o piccole limature di ferro, ma ha comunque bisogno di un mezzo per concentrare tutta l’energia. È qui che entra in gioco il chiodo di ferro o acciaio. Se il filo che trasporta gli elettroni è avvolto strettamente attorno a un metallo in grado di essere magnetizzato, il metallo stesso diventa un elettromagnete. Finché la corrente continua a fluire attraverso il filo avvolto dalla batteria o da un’altra fonte di elettricità, il nucleo metallico avrà tutta la potenza e le proprietà di un magnete naturale, compresi i poli positivi e negativi e la capacità di attrarre o respingere altri magneti.
Questa capacità di attrarre e respingere alternativamente altri campi magnetici porta direttamente alla creazione di un motore elettrico. L’albero di un motore elettrico non è altro che fili arrotolati collegati a una fonte di elettricità. Poiché l’elettromagnete si alterna tra polarità positiva e negativa, viene attratto o respinto dai magneti permanenti che lo circondano. Ciò fa sì che l’albero ruoti rapidamente in una direzione e consente al motore di eseguire il lavoro in base a tale movimento.