Садржај
- Шта је магнетно поље?
- Стални магнети
- Да ли велики магнети имају јаку магнетну силу?
- Каква је температура Цурие?
- Електромагнети
- Употреба електромагнета
- Занимљиве чињенице магнетизма
Многи су упознати са магнетима јер на свом кухињском фрижидеру често имају украсне магнете. Међутим, магнети имају много практичних циљева осим украшавања, а многи утичу на наш свакодневни живот а да то нисмо ни свјесни.
Постоји пуно питања о томе како раде магнети и друга општа питања магнетизма. Међутим, да бисте одговорили на већину ових питања и разумели како различити магнети могу имати различите јачине магнетних поља, важно је разумети шта је магнетно поље и како се производи.
Шта је магнетно поље?
Магнетно поље је сила која делује на наелектрисану честицу, а владајућа једначина ове интеракције је Лорентз силе закона. Потпуна једначина за снагу ан електрично поље Е и а магнетно поље Б на честици са набојем к и брзина в даје:
вец {Ф} = к вец {Е} + к вец {в} пута вец {Б}.Запамтите то јер сила Ф, поља Е и Би брзина в су сви вектори × операција је векторски производ, а не множење.
Магнетна поља настају померањем наелектрисаних честица које се често називају електрична струја. Уобичајени извори магнетних поља из електричне струје су електромагнети, попут једноставне жице, жице у петљи и неколико петљи жице у низу који се назива а соленоид. Земљино магнетно поље је такође изазвано померањем наелектрисаних честица у језгри.
Међутим, чини се да ти магнети на вашем фрижидеру немају струју или изворе струје. Како то раде?
Стални магнети
Трајни магнет је комад феромагнетни материјал које има својствено својство које производи магнетно поље. Унутрашњи ефекат који производи магнетно поље је спиновање електрона, а поравнавање тих спинова ствара магнетне домене. Ови домени резултирају нето магнетним пољем.
Феромагнетски материјали имају висок степен редоследа домена у свом природном облику, који се лако може у потпуности ускладити спољним магнетним пољем. Стога феромагнетни магнети имају тенденцију да буду магнетни када се налазе у природи и лако задржавају своја магнетна својства.
Дијагностички материјали слични су феромагнетским материјалима и могу произвести магнетно поље када се нађу у природи, али на спољна поља реагују другачије. Дијагностички материјал ће произвести супротно оријентисано магнетно поље у присуству спољног поља. Овај ефекат може ограничити жељену снагу магнета.
Парамагнетни материјали су само магнетни у присуству спољног, поравнавајућег магнетног поља и обично су прилично слаби.
Да ли велики магнети имају јаку магнетну силу?
Као што је поменуто, трајни магнети састоје се од магнетних домена који се насумично поравнавају. Унутар сваког домена постоји одређени степен уређења који ствара магнетно поље. Интеракција свих домена у једном комаду феромагнетског материјала ствара, дакле, целокупно, или нето, магнетно поље за магнет.
Ако су домени насумично поравнани, вероватно ће постојати врло мало, или ефективно нула магнетног поља. Међутим, ако се спољно магнетно поље приближи неуређеном магнету, домени ће почети да се поравнавају. Удаљеност поља за поравнање од домена ће утицати на целокупно поравнање, а самим тим и на резултирајуће нето магнетно поље.
Остављање феромагнетног материјала у спољњем магнетном пољу током дужег времена може помоћи у довршавању наручивања и повећању произведеног магнетног поља. Слично томе, нето магнетно поље сталног магнета може се смањити довођењем неколико случајних или интерферирајућих магнетних поља, што може погрешно поравнати домене и смањити нето магнетно поље.
Да ли величина магнета утиче на његову снагу? Кратки одговор је да, али само зато што величина магнета значи да постоји пропорционално више домена које се могу поравнати и произвести јаче магнетно поље од мањег комада истог материјала. Међутим, ако је дужина магнета веома дугачка, повећава се вероватноћа да ће залутала магнетна поља погрешно поравнати домене и смањити нето магнетно поље.
Каква је температура Цурие?
Други фактор који доприноси је снага магнета температура. 1895. године француски физичар Пиерре Цурие утврдио је да магнетни материјали имају температуру одсецања при којој се њихова магнетна својства могу променити. Конкретно, домени се такође више не поравнавају, тако да недељно поравнање домена води до слабог нето магнетног поља.
За гвожђе температура Цурие је око 1418 степени Фаренхајта. За магнетит је око 1060 степени Фаренхеита. Имајте на уму да су ове температуре знатно ниже од талишта. Дакле, температура магнета може утицати на његову снагу.
Електромагнети
Другачија је категорија магнета електромагнети, који су у основи магнети који се могу укључивати и искључивати.
Најчешћи електромагнет који се користи у разним индустријским применама је соленоид. Соленоид је низ струјних петљи, који резултирају уједначеним пољем у средини петљи. То је због чињенице да свака појединачна струјна петља ствара кружно магнетно поље око жице. Постављањем неколико у низу, суперпозиција магнетних поља ствара равно, уједначено поље кроз средиште петље.
Једнаџба величине магнетног поља је једноставно: Б = μ0нИ, где μ0 _ је пропусност слободног простора, _н је број тренутних петљи по јединици дужине и Ја је струја која тече кроз њих. Правац магнетног поља одређује се правилом десне руке и правцем тока струје, па се стога може обрнути обрнутим правцем струје.
Врло је лако видети да се снага соленоида може подесити на два основна начина. Прво, струја кроз соленоид се може повећати. Иако се чини да се струја може произвољно повећати, могу постојати ограничења у напајању струјом или отпору круга, што може довести до оштећења ако се струја прекорачи.
Стога је сигурнији начин да се повећа магнетска снага соленоида повећавање броја струјних петљи. Магнетно поље се очигледно повећава пропорционално. Једино ограничење у овом случају може бити количина жице која је доступна или просторна ограничења ако је соленоид предуг због броја тренутних петљи.
Поред соленоида, постоји много врста електромагнета, али сви имају исто опште својство: Њихова снага је пропорционална струји.
Употреба електромагнета
Електромагнети су свеприсутни и имају многоструку употребу. Чест и врло једноставан пример електромагнета, тачније соленоида, је звучник. Променљива струја кроз звучник узрокује повећање и смањење јачине магнетног поља магнетног поља.
Како се то дешава, други магнет, тачније стални магнет, смешта се на један крај соленоида и насупрот вибрирајућој површини. Како се два магнетна поља привлаче и одбијају због променљивог соленоидног поља, вибрациона површина се повлачи и гура стварајући звук.
Звучници бољег квалитета користе висококвалитетне соленоиде, трајне магнете и вибрационе површине за стварање квалитетнијег звука.
Занимљиве чињенице магнетизма
Највећи магнет на свету је сама земља! Као што је поменуто, земља има магнетно поље које настаје због струја које се стварају језгром земље. Иако није јако снажно магнетно поље у односу на многе мале ручне магнете или некада коришћене у акцелераторима честица, сама земља је један од највећих магнета које знамо!
Други занимљив магнетни материјал је магнетит. Магнетит је гвожђа руда која није само врло честа, већ је минерал са највећим удјелом гвожђа. Понекад се назива и лодестоне због јединственог својства магнетног поља које је увек усклађено са земљиним магнетним пољем. Као такав, коришћен је као магнетни компас већ 300 година пре нове ере.