Magneti i magnetna svojstva materije. Kako radi magnet

Šta uzrokuje da određeni metali budu privučeni magnetom? Zašto magnet ne privlači sve metale? Zašto jedna strana magneta privlači, a druga odbija metal? I šta neodimijumske metale čini tako jakim?

Da biste odgovorili na sva ova pitanja, prvo morate definirati sam magnet i razumjeti njegov princip. Magneti su tijela koja imaju sposobnost da privlače željezne i čelične predmete i odbijaju neke druge zbog djelovanja svog magnetskog polja. Linije sile magnetskog polja prolaze od južnog pola magneta i izlaze sa sjevernog pola. Stalni ili kruti magnet stalno stvara svoje magnetsko polje. Elektromagnet ili meki magnet mogu stvarati magnetna polja samo u prisustvu magnetnog polja i to samo za kratko vrijeme, dok je u zoni djelovanja jednog ili drugog magnetnog polja. Elektromagneti stvaraju magnetna polja samo kada struja prolazi kroz žicu zavojnice.

Do nedavno su svi magneti bili napravljeni od metalnih elemenata ili legura. Sastav magneta i odredio njegovu snagu. Na primjer:

Keramički magneti, poput onih koji se koriste u frižiderima i za izvođenje primitivnih eksperimenata, pored keramičkih kompozita sadrže i željeznu rudu. Većina keramičkih magneta, koji se nazivaju i gvozdeni magneti, nemaju jaku privlačnu silu.

"Alnico magneti" se sastoje od legura aluminijuma, nikla i kobalta. Jači su od keramičkih magneta, ali mnogo slabiji od nekih rijetkih elemenata.

Neodimijski magneti se sastoje od željeza, bora i rijetkog elementa neodimijuma.

Kobalt-samarijumski magneti uključuju kobalt i neuobičajene elemente samarija. Tokom proteklih nekoliko godina, naučnici su otkrili i magnetne polimere, ili takozvane plastične magnete. Neki od njih su vrlo fleksibilni i savitljivi. Međutim, neki rade samo na ekstremno niskim temperaturama, dok drugi mogu podizati samo vrlo lagane materijale kao što su metalne strugotine. Ali da bi imao svojstva magneta, svakom od ovih metala je potrebna snaga.

Izrada magneta

Mnogi moderni elektronski uređaji koriste magnete. Upotreba magneta za proizvodnju uređaja počela je relativno nedavno, jer magneti koji postoje u prirodi nemaju potrebnu snagu za rad opreme, a tek kada su ljudi uspjeli da ih ojače, postali su neizostavni element u proizvodnji. Željezna ruda, vrsta magnetita, smatra se najjačim magnetom od svih pronađenih u prirodi. Može privući male predmete kao što su spajalice i spajalice.

Negdje u 12. vijeku ljudi su otkrili da se željezna ruda može koristiti za magnetiziranje čestica željeza - i tako su ljudi napravili kompas. Također su primijetili da ako stalno vodite magnet duž željezne igle, igla se magnetizira. Sama igla se povlači u smjeru sjever-jug. Kasnije je poznati naučnik William Gilbert objasnio da se kretanje magnetizirane igle u smjeru sjever-jug događa zbog činjenice da je naša planeta Zemlja vrlo slična ogromnom magnetu sa dva pola - sjevernim i južnim polom. Igla kompasa nije tako jaka kao mnogi trajni magneti koji se danas koriste. Ali fizički proces koji magnetizira strelice kompasa i dijelove neodimijske legure gotovo je isti. Sve se radi o mikroskopskim regijama zvanim magnetni domeni, koji su dio strukture feromagnetnih materijala poput željeza, kobalta i nikla. Svaka domena je mali, odvojeni magnet sa sjevernim i južnim polom. U nemagnetiziranim feromagnetnim materijalima, svaki od sjevernih polova pokazuje u drugom smjeru. Magnetne domene usmjerene u suprotnim smjerovima suprotstavljaju jedna drugoj, tako da sam materijal ne proizvodi magnetsko polje.

U magnetima, s druge strane, gotovo svi ili barem većina magnetnih domena usmjereni su u jednom smjeru. Umjesto da se međusobno suprotstavljaju, mikroskopska magnetna polja se kombinuju i stvaraju jedno veliko magnetno polje. Što je više domena usmjereno u jednom smjeru, to je jače magnetsko polje. Magnetno polje svakog domena proteže se od njegovog sjevernog do južnog pola.

Ovo objašnjava zašto, ako razbijete magnet na pola, dobijete dva mala magneta sa sjevernim i južnim polom. To također objašnjava zašto se suprotni polovi privlače - linije sile izlaze iz sjevernog pola jednog magneta i prodiru u južni pol drugog, uzrokujući da se metali privlače i stvaraju jedan veći magnet. Odbijanje se događa po istom principu - linije sile se kreću u suprotnim smjerovima, a kao rezultat takvog sudara, magneti se počinju međusobno odbijati.

Izrada magneta

Da biste napravili magnet, potrebno je samo "usmjeriti" magnetne domene metala u jednom smjeru. Da biste to učinili, morate magnetizirati sam metal. Razmotrimo ponovo slučaj sa iglom: ako se magnet stalno pomiče u jednom smjeru duž igle, smjer svih njegovih područja (domena) je poravnat. Međutim, magnetni domeni se mogu poravnati na druge načine, na primjer:

Postavite metal u jako magnetno polje u smjeru sjever-jug. - Pomerajte magnet u pravcu sever-jug, neprestano udarajući ga čekićem, poravnavajući njegove magnetne domene. - Provedite električnu struju kroz magnet.

Naučnici spekulišu da dvije od ovih metoda objašnjavaju kako se prirodni magneti formiraju u prirodi. Drugi naučnici tvrde da magnetna željezna ruda postaje magnet samo kada je udari grom. Drugi pak vjeruju da se željezna ruda u prirodi pretvorila u magnet u vrijeme formiranja Zemlje i da je opstala do danas.

Najčešća metoda za izradu magneta danas je proces stavljanja metala u magnetsko polje. Magnetno polje se okreće oko datog objekta i počinje da poravnava sve njegove domene. Međutim, u ovom trenutku može doći do kašnjenja u jednom od ovih međusobno povezanih procesa, što se naziva histereza. Može potrajati nekoliko minuta da se domeni natjeraju da promijene smjer u jednom smjeru. Evo šta se dešava tokom ovog procesa: magnetna polja počinju da se rotiraju, nižući se duž linije magnetnog polja sever-jug.

Područja koja su već usmjerena sjever-jug postaju sve veća, dok su okolna područja sve manja. Zidovi domena, granice između susjednih domena, postepeno se šire, zbog čega se povećava i sam domen. U vrlo jakom magnetnom polju, neki zidovi domene potpuno nestaju.

Ispostavilo se da snaga magneta ovisi o količini sile koja se koristi za promjenu smjera domena. Snaga magneta zavisi od toga koliko je bilo teško uskladiti ove domene. Materijali koje je teško magnetizirati zadržavaju svoj magnetizam duže vrijeme, dok materijali koji se lako magnetiziraju imaju tendenciju da se brzo demagnetiziraju.

Možete smanjiti snagu magneta ili ga potpuno demagnetizirati usmjeravanjem magnetnog polja u suprotnom smjeru. Također možete demagnetizirati materijal zagrijavanjem do Curie tačke, tj. temperaturna granica feroelektričnog stanja na kojoj materijal počinje gubiti svoj magnetizam. Visoka temperatura demagnetizira materijal i pobuđuje magnetne čestice, narušavajući ravnotežu magnetnih domena.

Transportni magneti

Veliki, snažni magneti se koriste u mnogim područjima ljudskog života - od snimanja podataka do provođenja struje kroz žice. Ali glavna poteškoća u njihovom korištenju u praksi je kako transportirati magnete. Tokom transporta, magneti mogu oštetiti druge objekte, ili ih drugi predmeti mogu oštetiti, čineći ih teškim ili gotovo nemogućim za korištenje. Osim toga, magneti stalno privlače razne feromagnetne krhotine kojih se tada vrlo teško, a ponekad i opasno riješiti.

Stoga se prilikom transporta vrlo veliki magneti stavljaju u posebne kutije ili se jednostavno transportuju feromagnetni materijali od kojih se pomoću posebne opreme izrađuju magneti. U stvari, takva oprema je jednostavan elektromagnet.

Zašto se magneti lepe jedan za drugi?

Vjerovatno znate iz časa fizike da kada električna struja prođe kroz žicu, ona stvara magnetsko polje. Kod trajnih magneta magnetsko polje nastaje i kretanjem električnog naboja. Ali magnetsko polje u magnetima ne nastaje zbog kretanja struje kroz žice, već zbog kretanja elektrona.

Mnogi ljudi misle da su elektroni sićušne čestice koje se okreću oko jezgra atoma, kao što se planete okreću oko Sunca. Ali kako kvantni fizičari objašnjavaju, kretanje elektrona je mnogo složenije od toga. Prvo, elektroni ispunjavaju orbitale atoma nalik ljusci, gdje se ponašaju kao čestice i valovi. Elektroni imaju naboj i masu i mogu se kretati u različitim smjerovima.

I iako elektroni atoma ne putuju na velike udaljenosti, ovo kretanje je dovoljno da stvori sićušno magnetsko polje. A budući da se upareni elektroni kreću u suprotnim smjerovima, njihova magnetska polja se međusobno poništavaju. U atomima feromagnetnih elemenata, naprotiv, elektroni nisu upareni i kreću se u istom smjeru. Na primjer, željezo ima čak četiri nepovezana elektrona koji se kreću u istom smjeru. Pošto nemaju suprotna polja, ovi elektroni imaju orbitalni magnetni moment. Magnetski moment je vektor koji ima svoju veličinu i smjer.

U metalima kao što je željezo, orbitalni magnetni moment uzrokuje da se susjedni atomi postroje duž linija sile sjever-jug. Gvožđe, kao i drugi feromagnetni materijali, ima kristalnu strukturu. Kako se hlade nakon procesa livenja, klasteri atoma iz paralelne orbite rotacije se nižu unutar kristalne strukture. Tako nastaju magnetni domeni.

Možda ste primijetili da materijali od kojih se prave dobri magneti također mogu privući same magnete. To je zato što magneti privlače materijale s nesparenim elektronima koji rotiraju u istom smjeru. Drugim riječima, kvalitet koji metal pretvara u magnet također privlači metal magnetima. Mnogi drugi elementi su dijamagnetski - sastoje se od nesparenih atoma koji stvaraju magnetsko polje koje malo odbija magnet. Nekoliko materijala uopće ne stupa u interakciju s magnetima.

Merenje magnetnog polja

Magnetno polje možete mjeriti pomoću posebnih instrumenata kao što je fluksmetar. Može se opisati na nekoliko načina: - Linije magnetnog polja mjere se u Weberu (WB). U elektromagnetnim sistemima, ovaj fluks se poredi sa strujom.

Jačina polja, ili gustina fluksa, mjeri se u Tesli (T) ili gausima (G). Jedna tesla je jednaka 10.000 gausa.

Jačina polja se također može mjeriti u mrežama po kvadratnom metru. - Veličina magnetnog polja mjeri se u amperima po metru ili erstedima.

Mitovi o magnetima

Sa magnetima se susrećemo po ceo dan. Oni su, na primjer, u kompjuterima: tvrdi disk snima sve informacije pomoću magneta, a magneti se također koriste u mnogim kompjuterskim monitorima. Magneti su također sastavni dio CRT televizora, zvučnika, mikrofona, generatora, transformatora, elektromotora, kaseta, kompasa i brzinomjera automobila. Magneti imaju neverovatna svojstva. Oni mogu inducirati struju u žicama i uzrokovati okretanje motora. Dovoljno jako magnetsko polje može podići male predmete ili čak male životinje. Vozovi sa magnetnim ovjesom razvijaju veliku brzinu samo zahvaljujući magnetskom pritisku. Prema časopisu Wired, neki ljudi čak ubacuju sićušne neodimijumske magnete u svoje prste kako bi otkrili elektromagnetna polja.

Uređaji za snimanje magnetnom rezonancom, koji rade uz pomoć magnetnog polja, omogućavaju doktorima da pregledaju unutrašnje organe pacijenata. Doktori također koriste elektromagnetno pulsno polje kako bi vidjeli da li slomljene kosti pravilno zacjeljuju nakon udarca. Slično elektromagnetno polje koriste astronauti koji su dugo vremena u nultoj gravitaciji kako bi spriječili naprezanje mišića i lom kostiju.

Magneti se također koriste u veterinarskoj praksi za liječenje životinja. Na primjer, krave često pate od traumatskog retikulperikarditisa, složene bolesti koja se razvija kod ovih životinja, koje često gutaju male metalne predmete s hranom koje mogu oštetiti zidove želuca, pluća ili srce životinje. Stoga, često prije hranjenja krava, iskusni farmeri koriste magnet za čišćenje hrane od malih nejestivih dijelova. Međutim, ako je krava već progutala štetne metale, tada joj se magnet daje zajedno s hranom. Dugi, tanki alnico magneti, koji se nazivaju i "magneti za krave", privlače sve metale i sprečavaju ih da oštete želudac krave. Takvi magneti zaista pomažu u izliječenju bolesne životinje, ali je ipak bolje paziti da štetni elementi ne dođu u hranu krave. Što se tiče ljudi, njima je kontraindicirano gutanje magneta, jer će oni, kada se nađu u različitim dijelovima tijela, i dalje biti privučeni, što može dovesti do blokade krvotoka i uništavanja mekih tkiva. Stoga, kada osoba proguta magnet, potrebna mu je operacija.

Neki ljudi vjeruju da je magnetna terapija budućnost medicine, jer je to jedan od najjednostavnijih, a učinkovitih tretmana za mnoge bolesti. Mnogi su se već uvjerili u djelovanje magnetnog polja u praksi. Magnetne narukvice, ogrlice, jastuci i mnogi drugi slični proizvodi bolji su od tableta za liječenje raznih bolesti – od artritisa do raka. Neki ljekari smatraju i da čaša magnetizirane vode kao preventiva može ublažiti većinu neugodnih tegoba. U Americi se godišnje potroši oko 500 miliona dolara na magnetnu terapiju, a ljudi širom svijeta troše u prosjeku 5 milijardi dolara na takav tretman.

Zagovornici magnetoterapije na različite načine tumače korisnost ove metode liječenja. Neki kažu da magnet može privući željezo sadržano u hemoglobinu u krvi, čime se poboljšava cirkulacija krvi. Drugi tvrde da magnetsko polje na neki način mijenja strukturu susjednih ćelija. Ali u isto vrijeme, naučne studije nisu potvrdile da upotreba statičkih magneta može osloboditi osobu od boli ili izliječiti bolest.

Neki zagovornici također sugeriraju da svi ljudi koriste magnete za pročišćavanje vode u svojim domovima. Prema navodima samih proizvođača, veliki magneti mogu pročistiti tvrdu vodu tako što iz nje uklone sve štetne feromagnetne legure. Međutim, naučnici kažu da feromagneti ne stvaraju tvrdu vodu. Štaviše, dvije godine korištenja magneta u praksi nisu pokazale promjene u sastavu vode.

Ali iako je malo vjerovatno da magneti imaju ljekovita svojstva, ipak ih vrijedi istražiti. Ko zna, možda ćemo u budućnosti ipak otkriti korisna svojstva magneta.

Magnet

Magneti, kao što su igračke zalijepljene za kućni frižider ili potkove koje su vam pokazivale u školi, imaju nekoliko neobičnih karakteristika. Prije svega, magnete privlače željezni i čelični predmeti, kao što su vrata frižidera. Imaju i stubove.

Približite dva magneta jedan drugom. Južni pol jednog magneta će biti privučen sjevernim polom drugog. Sjeverni pol jednog magneta odbija sjeverni pol drugog.

Magnetna i električna struja

Magnetno polje stvara električna struja, odnosno pokretni elektroni. Elektroni koji se kreću oko atomskog jezgra nose negativan naboj. Usmjereno kretanje naelektrisanja s jednog mjesta na drugo naziva se električna struja. Električna struja formira magnetno polje oko sebe.

Ovo polje sa svojim linijama sile, poput petlje, pokriva putanju električne struje, poput luka koji stoji iznad puta. Na primjer, kada se upali stolna lampa i kroz bakrene žice teče struja, odnosno, elektroni u žici skaču s atoma na atom i oko žice se stvara slabo magnetsko polje. Visokonaponski vodovi imaju mnogo jaču struju od stolne lampe, pa se oko žica ovih vodova stvara vrlo jako magnetno polje. Dakle, elektricitet i magnetizam su dvije strane istog novčića - elektromagnetizma.

Povezani materijali:

Zašto postoji duga?

Kretanje elektrona i magnetsko polje

Kretanje elektrona unutar svakog atoma stvara sićušno magnetsko polje oko njega. Elektron koji kruži u orbiti formira magnetsko polje poput vrtloga. Ali najveći dio magnetskog polja nije stvoren kretanjem elektrona u orbiti oko jezgre, već kretanjem atoma oko njegove ose, takozvanim spinom elektrona. Spin karakteriše rotaciju elektrona oko ose, kao kretanje planete oko svoje ose.

Zašto materijali magnet, a ne magnet

U većini materijala, poput plastike, magnetna polja pojedinačnih atoma su nasumično orijentirana i međusobno gase jedno drugo. Ali u materijalima kao što je gvožđe, atomi mogu biti orijentisani tako da se njihova magnetna polja zbrajaju, tako da komad čelika postaje magnetizovan. Atomi u materijalima su povezani u grupe koje se nazivaju magnetni domeni. Magnetna polja jednog posebnog domena su orijentisana u jednom pravcu. To jest, svaki domen je mali magnet.

Svi su držali magnet u rukama i zabavljali se njime u djetinjstvu. Magneti mogu biti vrlo različiti po obliku, veličini, ali svi magneti imaju zajedničko svojstvo - privlače željezo. Čini se da su i sami od željeza, barem od neke vrste metala, sigurno. Postoje, međutim, i "crni magneti" ili "kamenje", oni takođe snažno privlače žlezde, a posebno jedni druge.

Ali ne izgledaju kao metal, lako se lome, kao staklo. U domaćinstvu magneta ima mnogo korisnih stvari, na primjer, zgodno ih je koristiti za "zakačivanje" listova papira za glačanje površina. Zgodno je koristiti magnet za prikupljanje izgubljenih iglica, pa je, kao što vidimo, ovo potpuno korisna stvar.

Nauka 2.0 - Veliki skok naprijed - Magneti

Magnet u prošlosti

Čak su i stari Kinezi prije više od 2000 godina znali za magnete, barem da se ovaj fenomen može koristiti za odabir smjera prilikom putovanja. Odnosno, smislili su kompas. Filozofi u staroj Grčkoj, radoznali ljudi, prikupljajući razne nevjerovatne činjenice, naišli su na magnete u blizini grada Magnesse u Maloj Aziji. Tamo su pronašli čudno kamenje koje bi moglo privući željezo. Za ta vremena, nije bilo ništa manje nevjerovatno nego što su vanzemaljci mogli postati u naše vrijeme.

Činilo se još iznenađujućim da magneti ne privlače sve metale, već samo željezo, a samo željezo je sposobno postati magnet, iako ne tako jako. Možemo reći da je magnet privukao ne samo gvožđe, već i radoznalost naučnika, i snažno je pokrenuo takvu nauku kao što je fizika. Tales iz Mileta je pisao o "duši magneta", a Rimljanin Tit Lukrecije Kar - o "besnećem kretanju gvozdenih strugotina i prstenova", u svom delu "O prirodi stvari". Već je mogao primijetiti prisutnost dva pola na magnetu, koji su kasnije, kada su mornari počeli koristiti kompas, nazvani u čast kardinalnih tačaka.

Šta je magnet. Jednostavnim riječima. Magnetno polje

Shvatili su magnet ozbiljno

Dugo vremena nisu mogli objasniti prirodu magneta. Uz pomoć magneta otkriveni su novi kontinenti (mornari i danas veoma poštuju kompas), ali kao i ranije, niko nije znao ništa o samoj prirodi magnetizma. Radilo se samo na poboljšanju kompasa, što je radio i geograf i navigator Kristofor Kolumbo.

1820. danski naučnik Hans Christian Oersted napravio je veliko otkriće. Ustanovio je djelovanje žice sa električnom strujom na magnetsku iglu, a kao naučnik je eksperimentima otkrio kako se to događa u različitim uvjetima. Iste godine francuski fizičar Henri Ampere izneo je hipotezu o elementarnim kružnim strujama koje teku u molekulima magnetske supstance. Godine 1831. Englez Michael Faraday, koristeći zavojnicu izolirane žice i magnet, provodi eksperimente koji pokazuju da se mehanički rad može pretvoriti u električnu struju. On također uspostavlja zakon elektromagnetne indukcije i uvodi koncept "magnetnog polja".

Faradejev zakon uspostavlja pravilo: za zatvorenu petlju, elektromotorna sila je jednaka brzini promjene magnetskog fluksa koji prolazi kroz ovu petlju. Na ovom principu rade sve električne mašine - generatori, elektromotori, transformatori.

Godine 1873., škotski naučnik James K. Maxwell uveo je magnetne i električne pojave u jednu teoriju, klasičnu elektrodinamiku.

Supstance koje se mogu magnetizirati nazivaju se feromagneti. Ovaj naziv povezuje magnete sa gvožđem, ali osim njega sposobnost magnetizacije ima i kod nikla, kobalta i nekih drugih metala. Pošto je magnetno polje već prešlo u polje praktične upotrebe, magnetni materijali su postali predmet velike pažnje.

Počeli su eksperimenti sa legurama magnetnih metala i raznim aditivima u njima. Dobiveni materijali bili su veoma skupi, a da Werner Siemens nije došao na ideju da magnet zamijeni čelikom magnetiziranim relativno malom strujom, svijet nikada ne bi vidio električni tramvaj i Siemens. Siemens se još uvijek bavio telegrafima, ali ovdje je imao mnogo konkurenata, a električni tramvaj je kompaniji dao mnogo novca i na kraju povukao sve ostalo sa sobom.

Elektromagnetna indukcija

Glavne količine povezane s magnetima u tehnologiji

Zanimat će nas uglavnom magneti, odnosno feromagneti, a ostalo ostavimo malo po strani, vrlo ogromnu oblast magnetskih (bolje reći, elektromagnetskih, u sjećanje na Maxwella) fenomena. Naše mjerne jedinice će biti one koje su prihvaćene u SI (kilogram, metar, sekunda, amper) i njihove derivate:

l Jačina polja, H, A / m (amper po metru).

Ova vrijednost karakterizira jačinu polja između paralelnih vodiča, udaljenost između kojih je 1 m, a struja koja teče kroz njih je 1 A. Jačina polja je vektorska veličina.

l Magnetna indukcija, B, Tesla, gustina magnetnog fluksa (Weber / sq. M.)

Ovo je omjer struje kroz provodnik i obima, na polumjeru na kojem nas zanima veličina indukcije. Krug leži u ravni koju žica prelazi okomito. Ovo takođe uključuje faktor koji se naziva propusnost. Ovo je vektorska veličina. Ako mentalno pogledate kraj žice i pretpostavite da struja teče u smjeru od nas, tada se krugovi magnetske sile "rotiraju" u smjeru kazaljke na satu, a vektor indukcije se primjenjuje na tangentnu liniju i podudara se s njima u smjeru.

l Magnetna permeabilnost, μ (relativna vrijednost)

Ako magnetsku permeabilnost vakuuma uzmemo kao 1, onda za ostale materijale dobijamo odgovarajuće vrijednosti. Tako, na primjer, za zrak dobijamo vrijednost koja je praktično ista kao za vakuum. Za gvožđe dobijamo znatno veće vrednosti, tako da možemo figurativno (i vrlo tačno) reći da gvožđe „uvlači“ magnetne linije sile u sebe. Ako je jačina polja u zavojnici bez jezgra jednaka H, tada sa jezgrom dobijamo μH.

l Prinudna sila, A/m.

Prisilna sila mjeri koliko se magnetni materijal opire demagnetizaciji i preokretu magnetizacije. Ako je struja u zavojnici potpuno uklonjena, tada će u jezgri doći do preostale indukcije. Da bi bila jednaka nuli, potrebno je stvoriti polje nekog intenziteta, ali obrnuto, odnosno pustiti struju da teče u suprotnom smjeru. Ova napetost se naziva prisilna sila.

Budući da se magneti u praksi uvijek koriste u nekoj vrsti veze s električnom energijom, ne treba čuditi što se za opisivanje njihovih svojstava koristi takva električna veličina kao što je amper.

Iz rečenog, moguće je, na primjer, da nokat, na koji je djelovao magnet, sam postane magnet, iako slabiji. U praksi se ispostavlja da čak i djeca koja se igraju magnetima znaju za to.

Postoje različiti zahtjevi za magnete u tehnologiji, ovisno o tome gdje ti materijali idu. Feromagnetni materijali se dijele na "meke" i "tvrde". Prvi idu na proizvodnju jezgara za uređaje kod kojih je magnetski tok konstantan ili promjenjiv. Ne možete napraviti dobar nezavisni magnet od mekih materijala. Prelako se demagnetiziraju i ovdje je to samo njihova vrijedna osobina, jer se relej mora "osloboditi" ako se struja isključi, a elektromotor se ne smije zagrijati - troši se dodatna energija na preokret magnetizacije koja se oslobađa u obliku toplote.

ŠTA MAGNETNO POLJE ZAISTA VOLI? Igor Beletsky

Trajni magneti, odnosno oni koji se nazivaju magneti, zahtijevaju krute materijale za njihovu proizvodnju. Krutost znači magnetnu, odnosno veliku zaostalu indukciju i veliku koercitivnu silu, budući da su, kao što smo vidjeli, ove veličine usko povezane. Ovi magneti se koriste za ugljične, volframove, kromne i kobaltne čelike. Njihova prisilna sila dostiže vrijednosti od oko 6500 A/m.

Postoje posebne legure koje se zovu alni, alnisi, alnico i mnoge druge, kao što možete pretpostaviti uključuju aluminijum, nikl, silicijum, kobalt u raznim kombinacijama, koje imaju veću prisilnu silu - do 20.000...60.000 A/m. Takav magnet nije tako lako otkinuti željezo.

Postoje magneti posebno dizajnirani da rade na višim frekvencijama. Ovo je dobro poznati "okrugli magnet". Ona se „izvlači“ iz neupotrebljivog zvučnika iz zvučnika u muzičkom centru, ili auto radija ili čak televizora prošlih godina. Ovaj magnet je napravljen sinterovanjem željeznih oksida i specijalnih aditiva. Ovaj materijal se naziva ferit, ali nije svaki ferit posebno magnetiziran na ovaj način. A u zvučnicima se koristi iz razloga smanjenja beskorisnih gubitaka.

Magneti. Discovery. Kako radi?

Šta se dešava unutar magneta?

Zbog činjenice da su atomi neke tvari svojevrsne "gomile" elektriciteta, mogu stvoriti vlastito magnetsko polje, ali samo u nekim metalima sa sličnom atomskom strukturom, ova sposobnost je izražena vrlo snažno. I gvožđe, i kobalt i nikl stoje jedno pored drugog u periodičnom sistemu Mendeljejeva i imaju slične strukture elektronskih ljuski, što atome ovih elemenata pretvara u mikroskopske magnete.

Budući da se metali mogu nazvati učvršćenom mješavinom različitih kristala vrlo male veličine, jasno je da takve legure mogu imati puno magnetskih svojstava. Mnoge grupe atoma mogu da "odmotaju" sopstvene magnete pod uticajem suseda i spoljašnjih polja. Takve "zajednice" nazivaju se magnetnim domenima i formiraju vrlo bizarne strukture koje fizičari još uvijek sa zanimanjem proučavaju. Ovo je od velike praktične važnosti.

Kao što je već spomenuto, magneti mogu biti gotovo atomske veličine, tako da je najmanja veličina magnetske domene ograničena veličinom kristala u koji su atomi magnetskog metala ugrađeni. Ovo objašnjava, na primjer, gotovo fantastičnu gustinu snimanja na modernim kompjuterskim tvrdim diskovima, koja će, po svemu sudeći, nastaviti da raste sve dok diskovi ne budu imali ozbiljnije konkurente.

Gravitacija, magnetizam i elektricitet

Gdje se koriste magneti?

Jezgra kojih su magneti magneta, iako se obično nazivaju jednostavno jezgrima, magneti imaju mnogo više namjena. Postoje magneti za kancelarijski materijal, magneti za vrata za nameštaj, magneti za putni šah. Ovo su magneti koji su svima poznati.

Ređi tipovi uključuju magnete za akceleratore čestica, to su vrlo impresivne strukture koje mogu težiti desetine tona ili više. Iako je sada eksperimentalna fizika zarasla u travu, s izuzetkom dijela koji odmah donosi superprofit na tržištu, a sama po sebi ne košta gotovo ništa.

Još jedan zanimljiv magnet ugrađen je u fensi medicinski uređaj koji se zove skener za magnetnu rezonancu. (Zapravo, metoda se zove NMR, nuklearna magnetna rezonanca, ali da se ne bi uplašili ljudi koji uglavnom nisu jaki u fizici, preimenovana je.) Uređaj zahtijeva stavljanje posmatranog objekta (pacijenta) u jako magnetsko polje, i odgovarajući magnet ima zastrašujuće dimenzije i oblik đavoljeg kovčega.

Osoba se stavlja na kauč i kotrlja kroz tunel u ovom magnetu dok senzori skeniraju mjesto od interesa za doktore. Generalno, u redu je, ali kod nekih ljudi klaustrofobija dostiže stepen panike. Takvi ljudi će voljno dozvoliti da ih žive poseku, ali neće pristati na pregled magnetnom rezonancom. Međutim, ko zna kako se čovjek osjeća u neobično jakom magnetnom polju sa indukcijom do 3 Tesle, nakon što je dobro platio za to.

Da bi se dobilo tako jako polje, supravodljivost se često koristi hlađenjem zavojnice magneta tekućim vodonikom. To omogućava "pumpanje" polja bez straha da će zagrijavanje žica jakom strujom ograničiti mogućnosti magneta. Ovo uopće nije jeftina postavka. Ali magneti napravljeni od posebnih legura koji ne zahtijevaju strujnu pristranost mnogo su skuplji.

Naša Zemlja je takođe veliki, ali ne baš jak magnet. Pomaže ne samo vlasnicima magnetnog kompasa, već nas spašava i od smrti. Bez toga bi nas ubilo sunčevo zračenje. Slika Zemljinog magnetnog polja, koju su modelirali kompjuteri na osnovu posmatranja iz svemira, izgleda veoma impresivno.

Evo malog odgovora na pitanje šta je magnet u fizici i tehnologiji.

Teško je pronaći takvo područje u kojem ne bi bilo primjene magneta. Obrazovne igračke, korisni pribor i sofisticirana industrijska oprema samo su neki od zaista velikog broja slučajeva upotrebe. Istovremeno, malo ljudi zna kako su magneti raspoređeni i koja je tajna njihove gravitacije. Da biste odgovorili na ova pitanja, morate zaroniti u osnove fizike, ali ne brinite - zaron će biti kratkotrajan i plitak. Ali nakon što se upoznate s teorijom, naučit ćete od čega se sastoji magnet, a priroda njegove magnetske sile će vam postati mnogo jasnija.

Elektron je najmanji i najjednostavniji magnet

Svaka tvar se sastoji od atoma, a atomi se sastoje od jezgre oko koje se vrte pozitivno i negativno nabijene čestice - protoni i elektroni. Predmet našeg interesovanja su upravo elektroni. Njihovo kretanje stvara električnu struju u provodnicima. Osim toga, svaki elektron je minijaturni izvor magnetskog polja i, zapravo, najjednostavniji magnet. Međutim, u sastavu većine materijala, smjer kretanja ovih čestica je haotičan. Kao rezultat toga, njihovi naboji uravnotežuju jedni druge. A kada se smjer rotacije velikog broja elektrona u njihovim orbitama poklopi, tada nastaje konstantna magnetska sila.

Magnetni uređaj

Dakle, otkrili smo elektrone. I sada smo vrlo blizu odgovora na pitanje kako magneti rade. Da bi materijal privukao željezni komad stijene, smjer elektrona u njegovoj strukturi mora se podudarati. U ovom slučaju, atomi formiraju uređene regije koje se nazivaju domeni. Svaka domena ima par polova: sjeverni i južni. Kroz njih prolazi stalna linija kretanja magnetskih sila. Ulaze na južni pol i izlaze sa sjevernog pola. Takav uređaj znači da će sjeverni pol uvijek privlačiti južni pol drugog magneta, dok će se istoimeni polovi odbijati.

Kako magnet privlači metale

Na sve supstance ne utiče magnetna sila. Može se privući samo nekoliko materijala: željezo, nikl, kobalt i rijetki zemni metali. Gvozdeni komad stijene nije prirodni magnet, ali kada je izložen magnetskom polju, njegova struktura se preuređuje u domene sa sjevernim i južnim polom. Tako se čelik može magnetizirati i zadržati promijenjenu strukturu dugo vremena.

Kako se prave magneti

Već smo shvatili od čega se magnet sastoji. To je materijal u kojem je usmjerenost domena ista. Snažno magnetsko polje ili električna struja mogu se koristiti za prenošenje ovih svojstava stijeni. U ovom trenutku ljudi su naučili kako napraviti vrlo moćne magnete čija je sila privlačenja desetine puta veća od vlastite težine i traje stotinama godina. Riječ je o supermagnetima rijetkih zemalja na bazi neodimijumske legure. Takvi predmeti težine 2-3 kg mogu držati predmete težine 300 kg ili više. Od čega se sastoji neodimijum magnet i šta uzrokuje takva nevjerovatna svojstva?

Obični čelik nije pogodan za uspješnu izradu proizvoda sa snažnom gravitacijom. To zahtijeva poseban sastav koji će vam omogućiti da što efikasnije organizirate domene i očuvate stabilnost nove strukture. Da biste razumjeli od čega se sastoji neodimijski magnet, zamislite metalni prah neodimija, željeza i bora, koji će, korištenjem industrijskih instalacija, biti magnetiziran jakim poljem i sinteriran u krutu strukturu. Kako bi zaštitio ovaj materijal, prekriven je jakim pocinčanim omotačem. Ova tehnologija proizvodnje omogućava dobijanje proizvoda različitih veličina i oblika. U asortimanu online trgovine Svijet magneta naći ćete veliki izbor magnetske robe za posao, zabavu i svakodnevni život.

Gdje su nalazišta magnetita otkrivena u antičko doba.

Najjednostavniji i najmanji magnet se može smatrati elektronom. Magnetska svojstva svih drugih magneta su posljedica magnetnih momenata elektrona unutar njih. Sa stanovišta kvantne teorije polja, elektromagnetnu interakciju nosi bozon bez mase - foton (čestica koja se može smatrati kvantnom pobudom elektromagnetnog polja).

Weber- magnetni tok, kada se smanji na nulu u krugu spojenom na njega s otporom od 1 ohma, prođe količina električne energije od 1 kulona.

Henry- međunarodna jedinica za induktivnost i međusobnu indukciju. Ako vodič ima induktivnost od 1 H i struja se u njemu ravnomjerno mijenja za 1 A u sekundi, tada se na njegovim krajevima inducira EMF od 1 volta. 1 henry = 1,00052 10 9 apsolutne elektromagnetne jedinice induktivnosti.

Tesla- jedinica mjere indukcije magnetnog polja u SI, numerički jednaka indukciji takvog jednolikog magnetskog polja, u kojoj djeluje sila od 1 njutn na 1 metar dužine pravog vodiča okomitog na vektor magnetna indukcija, sa strujom od 1 ampera.

Korišćenje magneta

Magnetni mediji za skladištenje: VHS kasete sadrže kolutove magnetne trake. Video i audio informacije su kodirane na magnetskom omotu na traci. Takođe, kod kompjuterskih disketa i tvrdih diskova, snimanje podataka se odvija na tankom magnetnom premazu. Međutim, mediji za skladištenje nisu magneti u strogom smislu, jer ne privlače predmete. Magneti u tvrdim diskovima se koriste u motorima za kretanje i pozicioniranje.
Kreditne, debitne i bankomat kartice imaju magnetnu traku na jednoj strani. Ova traka kodira informacije potrebne za povezivanje s finansijskom institucijom i povezivanje s njihovim računima.
Konvencionalni televizori i kompjuterski monitori: TV i kompjuterski monitori koji sadrže katodnu cijev koriste elektromagnet za kontrolu snopa elektrona i formiranje slike na ekranu. Plazma paneli i LCD-i koriste različite tehnologije.
Zvučnici i mikrofoni: Većina zvučnika koristi trajni magnet i strujni kalem za pretvaranje električne energije (signala) u mehaničku energiju (kretanje koje stvara zvuk). Namotaj je namotan na zavojnicu, pričvršćen za difuzor i kroz njega teče naizmjenična struja koja je u interakciji s poljem stalnog magneta.
Još jedan primjer upotrebe magneta u zvučnoj tehnici je u glavi elektrofonskog prijemnika i u kasetofonima kao ekonomična glava za brisanje.

Magnetni separator za teške minerale

Električni motori i generatori: Neki električni motori (kao što su zvučnici) su bazirani na kombinaciji elektromagneta i trajnog magneta. Oni pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju. Obrnuto, generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju pomicanjem provodnika kroz magnetsko polje.
Transformatori: uređaji za prijenos električne energije između dva namota žice koja su električno izolirana, ali magnetski povezana.
Magneti se koriste u polarizovanim relejima. Takvi uređaji pamte svoje stanje u trenutku isključenja.
Kompasi: Kompas (ili nautički kompas) je magnetizirani pokazivač koji se može slobodno rotirati i orijentiran je prema smjeru magnetskog polja, najčešće Zemljinog magnetskog polja.
Umjetnost: Vinilne magnetne ploče mogu se pričvrstiti na slikanje, fotografije i druge ukrasne predmete, omogućavajući im pričvršćivanje na frižidere i druge metalne površine.

Magneti se često koriste u igračkama. M-TIC koristi magnetne šipke povezane s metalnim sferama

Magneti rijetkih zemalja u obliku jajeta koji se međusobno privlače

Igračke: S obzirom na njihovu sposobnost da izdrže gravitaciju na malim udaljenostima, magneti se često koriste u dječjim igračkama sa zabavnim efektima.
Magneti se mogu koristiti za izradu nakita. Ogrlice i narukvice mogu imati magnetnu kopču ili mogu biti u potpunosti napravljene od niza povezanih magneta i crnih perli.
Magneti mogu podići magnetne predmete (gvozdene eksere, spajalice, dugmad, spajalice) koji su ili premali, teško dostupni ili pretanki da biste ih mogli držati prstima. Neki odvijači su posebno magnetizirani za tu svrhu.
Magneti se mogu koristiti u preradi starog metala za odvajanje magnetnih metala (gvožđe, čelik i nikal) od nemagnetnih (aluminijum, legure obojenih metala, itd.). Ista ideja se može koristiti u takozvanom "magnetskom testu", u kojem se karoserija automobila ispituje magnetom kako bi se identificirala područja koja su popravljena fiberglasom ili plastičnim kitom.
Maglev: voz na magnetnom ovjesu, pokretan i kontroliran magnetskim silama. Takav voz, za razliku od tradicionalnih vozova, ne dodiruje površinu šine tokom kretanja. Budući da postoji jaz između voza i površine kretanja, trenje je eliminirano, a jedina sila kočenja je samo sila aerodinamičkog otpora.
Magneti se koriste u bravama za vrata namještaja.
Kada se stavljaju u spužve, magneti se mogu koristiti za pranje nemagnetnih materijala tankih listova s obje strane odjednom, a jedna strana može biti teško dostupna. To može biti, na primjer, staklo iz akvarija ili balkona.
Magneti se koriste za prijenos obrtnog momenta "kroz" zid, koji može biti, na primjer, zatvorena posuda za elektromotor. Ovako je uređena igračka DDR-ove "Podmornice". Na isti način, kod vodomjera za domaćinstvo, rotacija se prenosi sa lopatica senzora na jedinicu za brojanje.
Magneti zajedno sa reed prekidačem se koriste u posebnim senzorima položaja. Na primjer, u senzorima na vratima frižidera i protuprovalnim alarmima.
Magneti se koriste zajedno sa senzorom Hall efekta za određivanje ugaone pozicije ili ugaone brzine osovine.
Magneti se koriste u iskrištima kako bi se ubrzalo gašenje luka.
Magneti se koriste za ispitivanje bez razaranja metodom magnetnih čestica (MPK)
Magneti se koriste za skretanje snopa radioaktivnog i jonizujućeg zračenja, na primjer kada se posmatra u kamerama.
Magneti se koriste za indikaciju instrumenata sa pokazivačem skretanja, kao što je ampermetar. Takvi uređaji su vrlo osjetljivi i linearni.
Magneti se koriste u mikrotalasnim ventilima i cirkulatorima.
Magneti se koriste kao dio sistema otklona katodnih cijevi za podešavanje putanje elektronskog snopa.
Prije otkrića zakona održanja energije, bilo je mnogo pokušaja korištenja magneta za izgradnju "vječnog motora". Ljude je privlačila naizgled neiscrpna energija magnetnog polja stalnog magneta, koji su bili poznati već jako dugo. Ali radni raspored nikada nije napravljen.
Magneti se koriste u konstrukciji beskontaktnih kočnica koje se sastoje od dvije ploče, jedna je magnet, a druga je izrađena od aluminija. Jedan od njih je čvrsto pričvršćen za okvir, drugi se rotira s osovinom. Kočenje se reguliše razmakom između njih.

Magnetne igračke

Uberorbs
Magnetski konstruktor
Magnetna tabla za crtanje
Magnetna slova i brojevi
Magnetne dame i šah

Pitanja medicine i sigurnosti

Zbog činjenice da ljudsko tkivo ima veoma nizak nivo osetljivosti na statična magnetna polja, ne postoje naučni dokazi o njegovoj efikasnosti u lečenju bilo koje bolesti. Iz istog razloga, ne postoje naučni dokazi o opasnosti po zdravlje povezanom s izlaganjem ovom polju. Međutim, ako se feromagnetno strano tijelo nalazi u ljudskom tkivu, magnetsko polje će stupiti u interakciju s njim, što može predstavljati ozbiljnu opasnost.

Magnetizacija

Demagnetizacija

Ponekad magnetizacija materijala postaje nepoželjna i postaje neophodno njihovo demagnetiziranje. Demagnetizacija materijala se postiže na različite načine:

zagrijavanje magneta iznad Curie temperature uvijek dovodi do demagnetizacije;
postavite magnet u naizmjenično magnetno polje koje premašuje koercitivnu silu materijala, a zatim postepeno smanjite ili uklonite magnet iz magnetnog polja.

Posljednja metoda se koristi u industriji za demagnetizaciju alata, tvrdih diskova, brisanje informacija na magnetnim karticama itd.

Djelomična demagnetizacija materijala nastaje kao posljedica udara, jer oštar mehanički udar dovodi do poremećaja domena.