Un électro-aimant fonctionne sur le principe qu’un courant électrique permet non seulement aux électrons de circuler dans un circuit, mais génère également un petit champ magnétique. Lorsqu’un fil transportant de l’électricité est enroulé, le champ magnétique devient encore plus fort. Les objets en fer ou en acier entourés de ce fil électrique enroulé deviennent également magnétisés. Cette combinaison d’énergie électronique, de câblage enroulé et d’objet métallique conducteur constitue la base de l’appareil.
Il peut être plus facile de considérer un électro-aimant comme un aimant à électrons, et non comme un aimant électrique. Ce qui est important, c’est la libre circulation des électrons dans un circuit et leurs effets sur le fil qui les transporte. Il est possible de démontrer les principes de base en utilisant un câble en cuivre nu, une batterie chimique de taille D et un clou en fer ou en acier.
La réaction entre les métaux et l’acide dans les batteries chimiques provoque la collecte de beaucoup d’électrons libres près de la borne négative (-), généralement la fin avec une légère dépression. Si quelqu’un connecte l’extrémité négative de la batterie à la borne positive (+), tous ces électrons traverseront le fil vers la borne positive et finiront par revenir vers l’extrémité négative. Comme rien ne bloque leur chemin le long du fil, comme une ampoule ou un moteur, les électrons cesseront bientôt de circuler et la batterie «mourra».
Cependant, les électrons qui circulent font plus que traverser le fil dans un circuit. Le mouvement des électrons provoque la formation d’un léger champ magnétique autour du fil. Ce champ n’est pas particulièrement fort tant que le fil reste droit, mais enrouler le fil en spirales serrées renforcera le champ magnétique plusieurs fois à mesure que la surface du fil se condense.
Le fil enroulé peut générer un champ magnétique mesurable qui peut affecter une lecture de boussole ou de petites limaille de fer, mais il a toujours besoin d’un moyen de concentrer toute l’énergie. C’est là qu’intervient le clou en fer ou en acier. Si le fil porteur des électrons est enroulé étroitement autour d’un métal susceptible d’être magnétisé, le métal lui-même devient un électro-aimant. Tant que le courant continue de circuler à travers le fil enroulé de la batterie ou d’une autre source d’électricité, le noyau métallique aura toute la puissance et les propriétés d’un aimant naturel, y compris les pôles positifs et négatifs et la capacité d’attirer ou de repousser d’autres aimants.
Cette capacité à attirer et à repousser alternativement d’autres champs magnétiques conduit directement à la création d’un moteur électrique. L’arbre d’un moteur électrique n’est rien de plus que des fils enroulés reliés à une source d’électricité. Lorsque l’électro-aimant alterne entre la polarité positive et négative, il est soit attiré, soit repoussé par les aimants permanents qui l’entourent. Cela fait tourner l’arbre rapidement dans une direction et permet au moteur d’effectuer un travail basé sur ce mouvement.