Magnetai ir medžiagos magnetinės savybės. Kaip veikia magnetas

Dėl ko tam tikrus metalus traukia magnetas? Kodėl magnetas nepritraukia visų metalų? Kodėl viena magneto pusė traukia, o kita atstumia metalą? O kuo neodimio metalai tokie stiprūs?

Norėdami atsakyti į visus šiuos klausimus, pirmiausia turite apibrėžti patį magnetą ir suprasti jo principą. Magnetai yra kūnai, kurie dėl savo magnetinio lauko veikimo gali pritraukti geležinius ir plieninius objektus ir atstumti kai kuriuos kitus. Magnetinio lauko jėgos linijos eina iš pietinio magneto poliaus ir išeina iš šiaurinio poliaus. Nuolatinis arba standus magnetas nuolat kuria savo magnetinį lauką. Elektromagnetas arba minkštasis magnetas gali sukurti magnetinius laukus tik esant magnetiniam laukui ir tik trumpą laiką, būdamas vieno ar kito magnetinio lauko veikimo zonoje. Elektromagnetai sukuria magnetinius laukus tik tada, kai elektra praleidžiama per ritės laidą.

Dar visai neseniai visi magnetai buvo gaminami iš metalinių elementų arba lydinių. Magneto sudėtis ir nulėmė jo galią. Pavyzdžiui:

Keraminiuose magnetuose, kaip ir naudojamuose šaldytuvuose bei primityviems eksperimentams atlikti, be keraminių kompozitų yra geležies rūdos. Dauguma keraminių magnetų, dar vadinamų geležiniais magnetais, neturi stiprios traukos jėgos.

„Alnico magnetai“ sudaryti iš aliuminio, nikelio ir kobalto lydinių. Jie yra galingesni už keraminius magnetus, bet daug silpnesni už kai kuriuos retus elementus.

Neodimio magnetai sudaryti iš geležies, boro ir reto elemento neodimio.

Kobalto-samariumo magnetai apima kobaltą ir neįprastus samariumo elementus. Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai taip pat atrado magnetinius polimerus arba vadinamuosius plastikinius magnetus. Kai kurie iš jų yra labai lankstūs ir lankstūs. Tačiau kai kurie dirba tik itin žemoje temperatūroje, o kiti gali pakelti tik labai lengvas medžiagas, pavyzdžiui, metalines drožles. Bet norint turėti magneto savybes, kiekvienam iš šių metalų reikia stiprumo.

Magnetų gamyba

Daugelis šiuolaikinių elektroninių prietaisų naudoja magnetus. Magnetai prietaisų gamyboje pradėti naudoti palyginti neseniai, nes gamtoje esantys magnetai neturi reikiamo stiprumo įrangos veikimui, ir tik tada, kai žmonėms pavyko juos padaryti galingesnius, jie tapo nepakeičiamu elementu gamyboje. Geležies rūda, tam tikra magnetito rūšis, laikoma stipriausiu magnetu iš visų gamtoje randamų. Jis gali pritraukti smulkius daiktus, tokius kaip sąvaržėlės ir segtukai.

Kažkada XII amžiuje žmonės atrado, kad geležies rūda gali būti naudojama geležies dalelėms įmagnetinti – ir taip žmonės sukūrė kompasą. Jie taip pat pastebėjo, kad jei nuolat paleisite magnetą geležine adata, adata įmagnetina. Pati adata traukiama šiaurės-pietų kryptimi. Vėliau garsus mokslininkas Williamas Gilbertas paaiškino, kad įmagnetintos adatos judėjimas šiaurės-pietų kryptimi atsiranda dėl to, kad mūsų planeta Žemė labai panaši į didžiulį magnetą, turintį du polius – šiaurės ir pietų polius. Kompaso adata nėra tokia stipri, kaip daugelis šiandien naudojamų nuolatinių magnetų. Tačiau fizinis procesas, įmagnetinantis kompaso strėles ir neodimio lydinio dalis, yra beveik toks pat. Tai viskas apie mikroskopinius regionus, vadinamus magnetiniais domenais, kurie yra feromagnetinių medžiagų, tokių kaip geležis, kobaltas ir nikelis, struktūros dalis. Kiekvienas domenas yra mažas atskiras magnetas su šiaurės ir pietų poliais. Neįmagnetintose feromagnetinėse medžiagose kiekvienas šiaurinis ašigalis nukreiptas skirtinga kryptimi. Priešingomis kryptimis nukreipti magnetiniai domenai atsveria vienas kitą, todėl pati medžiaga nesukuria magnetinio lauko.

Kita vertus, magnetuose beveik visi arba bent jau dauguma magnetinių domenų yra nukreipti viena kryptimi. Užuot atsvėrę vienas kitą, mikroskopiniai magnetiniai laukai susijungia ir sukuria vieną didelį magnetinį lauką. Kuo daugiau domenų nukreipta viena kryptimi, tuo stipresnis magnetinis laukas. Kiekvienos srities magnetinis laukas tęsiasi nuo jo šiaurinio poliaus iki pietų poliaus.

Tai paaiškina, kodėl perlaužę magnetą per pusę, gausite du mažus magnetus su šiaurės ir pietų poliais. Tai taip pat paaiškina, kodėl priešingi poliai traukia – jėgos linijos išeina iš vieno magneto šiaurinio poliaus ir prasiskverbia į kito pietinį polių, todėl metalai pritraukia ir sukuria vieną didesnį magnetą. Atstūmimas vyksta pagal tą patį principą – jėgos linijos juda priešingomis kryptimis, ir dėl tokio susidūrimo magnetai ima atstumti vienas kitą.

Magnetų gamyba

Norint pagaminti magnetą, tereikia „nukreipti“ metalo magnetinius domenus viena kryptimi. Norėdami tai padaryti, turite įmagnetinti patį metalą. Dar kartą panagrinėkime atvejį su adata: jei magnetas nuolat judinamas viena kryptimi išilgai adatos, visų jo sričių (domenų) kryptis yra sulygiuota. Tačiau magnetiniai domenai gali būti suderinti kitais būdais, pavyzdžiui:

Įdėkite metalą į stiprų magnetinį lauką šiaurės-pietų kryptimi. - Perkelkite magnetą šiaurės-pietų kryptimi, nuolat mušdami plaktuku, sulygiuodami jo magnetinius domenus. - Praleiskite elektros srovę per magnetą.

Mokslininkai spėja, kad du iš šių metodų paaiškina, kaip gamtoje susidaro natūralūs magnetai. Kiti mokslininkai teigia, kad magnetinė geležies rūda tampa magnetu tik tada, kai į ją trenkia žaibas. Dar kiti mano, kad geležies rūda gamtoje Žemės formavimosi metu virto magnetu ir išliko iki šių dienų.

Šiandien labiausiai paplitęs magnetų gamybos būdas yra metalo patalpinimas į magnetinį lauką. Magnetinis laukas sukasi aplink tam tikrą objektą ir pradeda derinti visas jo sritis. Tačiau šiuo metu vienas iš šių tarpusavyje susijusių procesų, vadinamų histereze, gali vėluoti. Priversti domenus pakeisti kryptį viena kryptimi gali užtrukti kelias minutes. Štai kas vyksta šio proceso metu: Magnetiniai laukai pradeda suktis, išsirikiuodami išilgai šiaurės-pietų magnetinio lauko linijos.

Sritys, kurios jau nukreiptos į šiaurę į pietus, didėja, o aplinkinės – mažėja. Domeno sienos, ribos tarp gretimų domenų palaipsniui plečiasi, dėl ko didėja ir pats domenas. Labai stipriame magnetiniame lauke kai kurios domeno sienos visiškai išnyksta.

Pasirodo, magneto galia priklauso nuo jėgos, naudojamos domenų krypčiai keisti. Magnetų stiprumas priklauso nuo to, kaip sunku buvo suderinti šiuos domenus. Medžiagos, kurias sunku įmagnetinti, išlaiko savo magnetiškumą ilgesnį laiką, o medžiagos, kurios yra lengvai įmagnetinamos, linkusios greitai išmagnetinti.

Galite sumažinti magneto stiprumą arba visiškai jį išmagnetinti nukreipdami magnetinį lauką priešinga kryptimi. Taip pat galite išmagnetinti medžiagą kaitindami iki Curie taško, t.y. feroelektrinės būsenos temperatūros riba, kuriai esant medžiaga pradeda prarasti magnetizmą. Aukšta temperatūra išmagnetina medžiagą ir sužadina magnetines daleles, sutrikdydama magnetinių sričių pusiausvyrą.

Magnetai transportavimui

Dideli, galingi magnetai naudojami daugelyje žmogaus gyvenimo sričių – nuo duomenų įrašymo iki srovės laidumo laidais. Tačiau pagrindinis sunkumas juos naudojant praktiškai yra magnetų transportavimas. Transportavimo metu magnetai gali sugadinti kitus objektus arba kiti objektai gali juos sugadinti, todėl juos sunku arba beveik neįmanoma naudoti. Be to, magnetai nuolat pritraukia įvairias feromagnetines šiukšles, kurių tuomet labai sunku, o kartais ir pavojinga atsikratyti.

Todėl transportavimo metu labai dideli magnetai dedami į specialias dėžutes arba tiesiog transportuojamos feromagnetinės medžiagos, iš kurių naudojant specialią įrangą gaminami magnetai. Tiesą sakant, tokia įranga yra paprastas elektromagnetas.

Kodėl magnetai prilimpa vienas prie kito?

Tikriausiai iš fizikos pamokos žinote, kad kai elektros srovė teka per laidą, ji sukuria magnetinį lauką. Nuolatiniuose magnetuose magnetinis laukas susidaro ir judant elektros krūviui. Bet magnetinis laukas magnetuose susidaro ne dėl srovės judėjimo laidais, o dėl elektronų judėjimo.

Daugelis žmonių mano, kad elektronai yra mažos dalelės, kurios sukasi aplink atomo branduolį, kaip planetos sukasi aplink saulę. Tačiau, kaip aiškina kvantiniai fizikai, elektronų judėjimas yra daug sudėtingesnis. Pirma, elektronai užpildo į apvalkalą panašias atomo orbitas, kur jie elgiasi kaip dalelės ir bangos. Elektronai turi krūvį ir masę, taip pat gali judėti įvairiomis kryptimis.

Ir nors atomo elektronai nenukeliauja didelių atstumų, šio judėjimo pakanka, kad susidarytų mažas magnetinis laukas. Ir kadangi suporuoti elektronai juda priešingomis kryptimis, jų magnetiniai laukai vienas kitą panaikina. Priešingai, feromagnetinių elementų atomuose elektronai nėra suporuoti ir juda ta pačia kryptimi. Pavyzdžiui, geležis turi net keturis nesusijusius elektronus, kurie juda ta pačia kryptimi. Kadangi jie neturi priešingų laukų, šie elektronai turi orbitinį magnetinį momentą. Magnetinis momentas yra vektorius, turintis savo dydį ir kryptį.

Metaluose, tokiuose kaip geležis, dėl orbitos magnetinio momento kaimyniniai atomai išsirikiuoja išilgai šiaurės-pietų jėgos linijų. Geležis, kaip ir kitos feromagnetinės medžiagos, turi kristalinę struktūrą. Kai po liejimo proceso jie atvėsta, kristalų struktūroje išsirikiuoja lygiagrečios sukimosi orbitos atomų sankaupos. Taip susidaro magnetiniai domenai.

Galbūt pastebėjote, kad medžiagos, iš kurių gaminami geri magnetai, taip pat gali pritraukti pačius magnetus. Taip yra todėl, kad magnetai pritraukia medžiagas su nesuporuotais elektronais, kurie sukasi ta pačia kryptimi. Kitaip tariant, kokybė, kuri metalą paverčia magnetu, taip pat pritraukia metalą prie magnetų. Daugelis kitų elementų yra diamagnetiniai – sudaryti iš nesuporuotų atomų, kurie sukuria magnetinį lauką, kuris šiek tiek atstumia magnetą. Kai kurios medžiagos visiškai nesąveikauja su magnetais.

Magnetinio lauko matavimas

Magnetinį lauką galite išmatuoti naudodami specialius prietaisus, tokius kaip srauto matuoklis. Jį galima apibūdinti keliais būdais: - Magnetinio lauko linijos matuojamos Weber (WB). Elektromagnetinėse sistemose šis srautas lyginamas su srove.

Lauko stiprumas arba srauto tankis matuojamas Tesla (T) arba Gausais (G). Viena tesla yra lygi 10 000 gausų.

Lauko stiprumas taip pat gali būti matuojamas juostomis viename kvadratiniame metre. - Magnetinio lauko dydis matuojamas amperais vienam metrui arba oerstedais.

Magnetų mitai

Su magnetais susiduriame visą dieną. Jų yra, pavyzdžiui, kompiuteriuose: kietajame diske visa informacija įrašoma naudojant magnetą, magnetai taip pat naudojami daugelyje kompiuterių monitorių. Magnetai taip pat yra neatskiriama kineskopinių televizorių, garsiakalbių, mikrofonų, generatorių, transformatorių, elektros variklių, kasečių, kompasų ir automobilių spidometrų dalis. Magnetai turi nuostabių savybių. Jie gali sukelti srovę laiduose ir priversti variklį suktis. Pakankamai stiprus magnetinis laukas gali pakelti smulkius daiktus ar net mažus gyvūnus. Magnetinės pakabos traukiniai išvysto didelį greitį tik dėl magnetinio stūmimo. Anot žurnalo „Wired“, kai kurie žmonės net į pirštus įdeda mažyčius neodimio magnetus, kad aptiktų elektromagnetinius laukus.

Magnetinio rezonanso tomografijos aparatai, veikiantys magnetinio lauko pagalba, leidžia gydytojams ištirti pacientų vidaus organus. Gydytojai taip pat naudoja elektromagnetinį impulsų lauką, kad patikrintų, ar lūžę kaulai tinkamai sugyja po smūgio. Panašų elektromagnetinį lauką naudoja astronautai, kurie ilgą laiką yra be gravitacijos, kad išvengtų raumenų įtempimo ir kaulų lūžių.

Magnetai taip pat naudojami veterinarinėje praktikoje gyvūnams gydyti. Pavyzdžiui, karvės dažnai kenčia nuo trauminio retikuloperikardito – kompleksinės ligos, kuri išsivysto šiems gyvūnams, kurie dažnai su maistu praryja smulkius metalinius daiktus, kurie gali pažeisti gyvūno skrandžio sieneles, plaučius ar širdį. Todėl dažnai prieš šerdami karves patyrę ūkininkai magnetu nuvalo maistą nuo smulkių nevalgomų dalių. Tačiau jei karvė jau prarijo kenksmingus metalus, tada magnetas jai dovanojamas kartu su maistu. Ilgi ploni alniko magnetai, dar vadinami „karvės magnetais“, pritraukia visus metalus ir neleidžia jiems pakenkti karvės skrandžiui. Tokie magnetai tikrai padeda išgydyti sergantį gyvūną, tačiau vis tiek geriau pasirūpinti, kad į karvės maistą nepatektų kenksmingų elementų. Žmonėms draudžiama ryti magnetus, nes jie, patekę į skirtingas kūno dalis, vis tiek bus pritraukti, o tai gali sukelti kraujotakos blokavimą ir minkštųjų audinių sunaikinimą. Todėl kai žmogus praryja magnetą, jam reikia operacijos.

Kai kurie žmonės mano, kad magnetinė terapija yra medicinos ateitis, nes tai vienas iš paprasčiausių, tačiau veiksmingų daugelio ligų gydymo būdų. Daugelis žmonių jau įsitikino, kad magnetinis laukas veikia praktiškai. Magnetinės apyrankės, karoliai, pagalvės ir daugelis kitų panašių gaminių geriau nei tabletės gydant įvairias ligas – nuo artrito iki vėžio. Kai kurie gydytojai taip pat mano, kad stiklinė įmagnetinto vandens kaip profilaktinė priemonė gali palengvinti daugumą nemalonių negalavimų. Amerikoje magnetinei terapijai kasmet išleidžiama apie 500 milijonų dolerių, o visame pasaulyje žmonės tokiam gydymui išleidžia vidutiniškai 5 milijardus dolerių.

Magnetinės terapijos šalininkai šio gydymo metodo naudą interpretuoja įvairiai. Kai kas sako, kad magnetas gali pritraukti geležį, esančią hemoglobino kraujyje, taip pagerindamas kraujotaką. Kiti teigia, kad magnetinis laukas kažkaip keičia gretimų ląstelių struktūrą. Tačiau tuo pat metu moksliniai tyrimai nepatvirtino, kad statinių magnetų naudojimas gali atleisti žmogų nuo skausmo ar išgydyti ligą.

Kai kurie šalininkai taip pat siūlo, kad visi žmonės naudotų magnetus vandeniui valyti savo namuose. Pasak pačių gamintojų, dideli magnetai gali išvalyti kietą vandenį, pašalindami iš jo visus kenksmingus feromagnetinius lydinius. Tačiau mokslininkai teigia, kad feromagnetai nesudaro vandens kietumo. Be to, dveji metai magnetų naudojimo praktiškai neparodė jokių vandens sudėties pokyčių.

Tačiau nors magnetai vargu ar turi gydomųjų savybių, juos vis tiek verta ištirti. Kas žino, gal ateityje dar atskleisime naudingąsias magnetų savybes.

Magnetas

Magnetai, tokie kaip žaislai, priklijuoti prie jūsų namų šaldytuvo ar pasagos, kurios jums buvo rodomos mokykloje, turi keletą neįprastų savybių. Visų pirma, magnetus traukia geležiniai ir plieniniai daiktai, pavyzdžiui, šaldytuvo durys. Jie taip pat turi stulpus.

Priartinkite du magnetus vienas prie kito. Vieno magneto pietinis polius pritrauks kito šiaurinį polių. Vieno magneto šiaurinis polius atstumia kito šiaurinį polių.

Magnetinė ir elektros srovė

Magnetinį lauką sukuria elektros srovė, tai yra judantys elektronai. Aplink atomo branduolį judantys elektronai turi neigiamą krūvį. Krūmų kryptingas judėjimas iš vienos vietos į kitą vadinamas elektros srove. Elektros srovė aplink save sudaro magnetinį lauką.

Šis laukas savo jėgos linijomis tarsi kilpa dengia elektros srovės kelią, kaip arka, kuri stovi virš kelio. Pavyzdžiui, kai įjungiama stalinė lempa ir variniais laidais teka srovė, tai yra, elektronai laide šokinėja nuo atomo prie atomo ir aplink laidą susidaro silpnas magnetinis laukas. Aukštos įtampos linijos turi daug stipresnę srovę nei stalinės lempos, todėl aplink šių linijų laidus susidaro labai stiprus magnetinis laukas. Taigi elektra ir magnetizmas yra dvi tos pačios monetos pusės – elektromagnetizmas.

Susijusios medžiagos:

Kodėl yra vaivorykštė?

Elektronų judėjimas ir magnetinis laukas

Elektronų judėjimas kiekviename atome aplink jį sukuria mažą magnetinį lauką. Orbitoje besisukantis elektronas sudaro į sūkurį panašų magnetinį lauką. Bet didžioji dalis magnetinio lauko sukuriama ne elektronui judant orbita aplink branduolį, o atomui judant aplink savo ašį, vadinamasis elektronų sukimasis. Sukas apibūdina elektrono sukimąsi aplink ašį, kaip planetos judėjimą aplink savo ašį.

Kodėl medžiagos yra magnetas, o ne magnetas

Daugumoje medžiagų, pavyzdžiui, plastikų, atskirų atomų magnetiniai laukai yra atsitiktinai orientuoti ir vienas kitą gesina. Tačiau tokiose medžiagose kaip geležis atomai gali būti orientuoti taip, kad jų magnetiniai laukai sudėtų, taigi plieno gabalas įmagnetinamas. Medžiagose esantys atomai yra sujungti į grupes, vadinamas magnetiniais domenais. Vieno atskiro domeno magnetiniai laukai yra orientuoti viena kryptimi. Tai yra, kiekvienas domenas yra mažas magnetas.

Kiekvienas vaikystėje laikė rankose magnetą ir juo linksminosi. Magnetai gali būti labai skirtingos formos, dydžio, tačiau visi magnetai turi bendrą savybę – jie pritraukia geležį. Atrodo, kad jie patys iš geležies, bent jau iš kažkokio metalo, tikrai. Tačiau yra ir „juodųjų magnetų“ ar „akmenų“, jie taip pat stipriai traukia liaukas, o ypač vienas kitą.

Bet jie nepanašūs į metalą, lengvai dūžta, kaip stiklas. Magnetų buityje yra daug naudingų dalykų, pavyzdžiui, jais patogu „smeigti“ popieriaus lapus prie paviršių. Pamestoms adatoms rinkti patogu naudoti magnetą, tad, kaip matome, tai visiškai naudingas dalykas.

Mokslas 2.0 – didelis šuolis į priekį – magnetai

Magnetas praeityje

Net senovės kinai daugiau nei prieš 2000 metų žinojo apie magnetus, bent jau tai, kad pagal šį reiškinį galima pasirinkti kryptį keliaujant. Tai yra, jie sugalvojo kompasą. Senovės Graikijos filosofai, smalsuoliai, rinkdami įvairius nuostabius faktus, Magnesos miesto apylinkėse Mažojoje Azijoje susidūrė su magnetais. Ten jie rado keistų akmenų, galinčių pritraukti geležį. Tais laikais tai buvo ne mažiau nuostabu, nei mūsų laikais galėjo tapti ateiviai.

Dar labiau nustebino tai, kad magnetai traukia ne visus metalus, o tik geležį, o pati geležis gali tapti magnetu, nors ir ne tokia stipri. Galima sakyti, kad magnetas pritraukė ne tik geležį, bet ir mokslininkų smalsumą bei stipriai pastūmėjo į priekį tokį mokslą kaip fizika. Talis iš Mileto savo esė „Apie daiktų prigimtį“ rašė apie „magneto sielą“, o romėnas Titas Lukrecijus Kar – apie „siautingą geležies drožlių ir žiedų judėjimą“. Jau anksčiau jis galėjo pastebėti, kad ant magneto yra du poliai, kurie vėliau, kai jūreiviai pradėjo naudoti kompasą, buvo pavadinti pagrindinių taškų garbei.

Kas yra magnetas. Paprastais žodžiais. Magnetinis laukas

Į magnetą jie žiūrėjo rimtai

Ilgą laiką jie negalėjo paaiškinti magnetų prigimties. Magnetų pagalba buvo atrasti nauji žemynai (jūreiviai iki šiol labai gerbia kompasą), tačiau, kaip ir anksčiau, niekas nieko nežinojo apie pačią magnetizmo prigimtį. Darbai buvo atlikti tik tobulinant kompasą, kurį taip pat atliko geografas ir navigatorius Kristupas Kolumbas.

1820 m. danų mokslininkas Hansas Christianas Oerstedas padarė didelį atradimą. Jis nustatė vielos veikimą elektros srove ant magnetinės adatos ir, kaip mokslininkas, eksperimentais išsiaiškino, kaip tai vyksta skirtingomis sąlygomis. Tais pačiais metais prancūzų fizikas Henri Ampere'as iškėlė hipotezę apie elementarias žiedines sroves, tekančias magnetinės medžiagos molekulėse. 1831 metais anglas Michaelas Faradėjus, naudodamas izoliuotos vielos ritę ir magnetą, atlieka eksperimentus, įrodančius, kad mechaninį darbą galima paversti elektros srove. Jis taip pat nustato elektromagnetinės indukcijos dėsnį ir pristato „magnetinio lauko“ sąvoką.

Faradėjaus dėsnis nustato taisyklę: uždaroje kilpoje elektrovaros jėga yra lygi magnetinio srauto, einančio per šią kilpą, kitimo greičiui. Šiuo principu veikia visos elektros mašinos – generatoriai, elektros varikliai, transformatoriai.

1873 metais škotų mokslininkas Jamesas K. Maxwellas sujungė magnetinius ir elektrinius reiškinius į vieną teoriją – klasikinę elektrodinamiką.

Medžiagos, kurias galima įmagnetinti, vadinamos feromagnetais. Šis pavadinimas sieja magnetus su geležimi, tačiau, be jo, gebėjimas magnetizuotis taip pat yra nikelyje, kobalte ir kai kuriuose kituose metaluose. Kadangi magnetinis laukas jau perėjo į praktinio naudojimo sritį, magnetinės medžiagos sulaukė didelio dėmesio.

Prasidėjo eksperimentai su magnetinių metalų lydiniais ir įvairiais juose esančiais priedais. Gautos medžiagos buvo labai brangios, o jei Werneris Siemensas nebūtų sugalvojęs magneto pakeisti gana maža srove įmagnetintu plienu, pasaulis niekada nebūtų matęs elektrinio tramvajaus ir „Siemens“. „Siemens“ dar užsiėmė telegrafų verslu, bet čia turėjo daug konkurentų, o elektrinis tramvajus įmonei davė daug pinigų, o galiausiai su savimi patraukė ir visa kita.

Elektromagnetinė indukcija

Pagrindiniai kiekiai, susiję su magnetais technologijoje

Mus daugiausia domins magnetai, tai yra feromagnetai, ir paliksime šiek tiek nuošalyje kitus, labai didelę magnetinių (geriau sakyti, elektromagnetinių, Maksvelo atminimui) reiškinių sritį. Mūsų matavimo vienetai bus tie, kurie priimtini SI (kilogramas, metras, sekundė, amperas) ir jų išvestiniai:

l Lauko stiprumas, H, A / m (amperas vienam metrui).

Ši reikšmė apibūdina lauko stiprumą tarp lygiagrečių laidininkų, kurių atstumas yra 1 m, o per juos teka srovė yra 1 A. Lauko stiprumas yra vektorinis dydis.

l Magnetinė indukcija, B, Tesla, magnetinio srauto tankis (Weber / kv. M.)

Tai yra srovės, einančios per laidininką, ir perimetro santykis, kurio spindulys mus domina indukcijos dydis. Apskritimas yra plokštumoje, kurią viela kerta statmenai. Tai taip pat apima veiksnį, vadinamą pralaidumu. Tai vektorinis dydis. Jei mintyse žiūrite į laido galą ir darote prielaidą, kad srovė teka kryptimi nuo mūsų, tada magnetinės jėgos apskritimai „suka“ pagal laikrodžio rodyklę, o indukcijos vektorius taikomas liestinės linijai ir sutampa su jais kryptimi.

l Magnetinis pralaidumas, μ (santykinė vertė)

Jei vakuumo magnetinį pralaidumą laikysime 1, tada likusioms medžiagoms gausime atitinkamas vertes. Taigi, pavyzdžiui, orui gauname vertę, kuri praktiškai yra tokia pati kaip ir vakuumui. Dėl geležies gauname iš esmės didesnes reikšmes, kad galėtume perkeltine prasme (ir labai tiksliai) pasakyti, kad geležis „traukia“ magnetines jėgos linijas į save. Jei lauko stiprumas ritėje be šerdies yra lygus H, tada su šerdimi gauname μH.

l Prievartos jėga, Esu.

Prievartos jėga matuoja, kiek magnetinė medžiaga priešinasi išmagnetinimui ir įmagnetinimo apsisukimui. Jei srovė ritėje visiškai pašalinama, šerdyje bus liekamoji indukcija. Kad jis būtų lygus nuliui, reikia sukurti tam tikro intensyvumo lauką, bet atvirkštinį, tai yra, leisti srovei tekėti priešinga kryptimi. Ši įtampa vadinama priverstine jėga.

Kadangi praktiškai magnetai visada naudojami tam tikram ryšiui su elektra, neturėtų stebinti, kad jų savybėms apibūdinti naudojamas toks elektros dydis kaip amperas.

Remiantis tuo, kas buvo pasakyta, gali būti, kad, pavyzdžiui, vinis, kurią veikė magnetas, gali tapti magnetu, nors ir silpnesniu. Praktiškai paaiškėja, kad apie tai žino net vaikai, kurie žaidžia su magnetais.

Technologijoje magnetams keliami skirtingi reikalavimai, priklausomai nuo to, kur šios medžiagos patenka. Feromagnetinės medžiagos skirstomos į „minkštąsias“ ir „kietąsias“. Pirmiausia reikia gaminti šerdis prietaisams, kuriuose magnetinis srautas yra pastovus arba kintamas. Negalite pagaminti gero nepriklausomo magneto iš minkštų medžiagų. Jie per lengvai išsimagnetina ir čia tik vertinga jų savybė, nes išjungus srovę relė turi „atsileisti“, o elektros variklis neturi įkaisti – įmagnetinimo atsukimui išleidžiama papildoma energija, kuri išleidžiama formoje. šilumos.

KĄ IŠ TIKRŲJŲ PATINKA MAGNETINIS LAUKAS? Igoris Beletskis

Nuolatiniams magnetams, ty tiems, kurie vadinami magnetais, gaminti reikalingos standžios medžiagos. Standumas reiškia magnetinę, tai yra didelę liekamąją indukciją ir didelę prievartą, nes, kaip matėme, šie dydžiai yra glaudžiai susiję. Šie magnetai naudojami anglies, volframo, chromo ir kobalto plienams. Jų priverstinė jėga siekia apie 6500 A / m.

Yra specialūs lydiniai, vadinami alni, alnisi, alnico ir daugelis kitų, kaip galima spėti, juose yra aliuminis, nikelis, silicis, kobaltas įvairiais deriniais, kurie turi didesnę priverstinę jėgą – iki 20 000 ... 60 000 A/m. Tokį magnetą ne taip lengva nuplėšti nuo lygintuvo.

Yra magnetai, specialiai sukurti veikti aukštesniu dažniu. Tai gerai žinomas „apvalus magnetas“. Jis „ištraukiamas“ iš netinkamo naudoti garsiakalbio iš garsiakalbio muzikiniame centre, ar automobilio radijo aparato ar net ankščiau buvusio televizoriaus. Šis magnetas pagamintas sukepinus geležies oksidus ir specialius priedus. Ši medžiaga vadinama feritu, tačiau ne kiekvienas feritas taip specialiai įmagnetinamas. Ir garsiakalbiuose jis naudojamas siekiant sumažinti nenaudingus nuostolius.

Magnetai. Atradimas. Kaip tai veikia?

Kas vyksta magneto viduje?

Dėl to, kad medžiagos atomai yra savotiškos elektros „krūvos“, jie gali sukurti savo magnetinį lauką, tačiau tik kai kuriuose panašios atominės struktūros metaluose šis gebėjimas išreiškiamas labai stipriai. Ir geležis, ir kobaltas, ir nikelis stovi greta Mendelejevo periodinėje sistemoje ir turi panašias elektronų apvalkalų struktūras, kurios šių elementų atomus paverčia mikroskopiniais magnetais.

Kadangi metalus galima vadinti sukietėjusiu įvairių labai mažo dydžio kristalų mišiniu, akivaizdu, kad tokie lydiniai gali turėti daug magnetinių savybių. Daugelis atomų grupių gali „išskleisti“ savo magnetus, veikiami kaimynų ir išorinių laukų. Tokios „bendruomenės“ vadinamos magnetiniais domenais ir sudaro labai keistas struktūras, kurias vis dar su susidomėjimu tyrinėja fizikai. Tai turi didelę praktinę reikšmę.

Kaip jau minėta, magnetai gali būti beveik atominio dydžio, todėl mažiausią magnetinio domeno dydį riboja kristalo, kuriame yra įterpti magnetinio metalo atomai, dydis. Tai paaiškina, pavyzdžiui, beveik fantastišką įrašymo tankį šiuolaikiniuose kompiuterių standžiuosiuose diskuose, kurie, matyt, ir toliau augs tol, kol diskai turės rimtesnių konkurentų.

Gravitacija, magnetizmas ir elektra

Kur naudojami magnetai?

Kurių šerdys yra magnetų magnetai, nors paprastai vadinami tiesiog šerdimis, magnetai gali būti naudojami daug daugiau. Yra raštinės reikmenų magnetai, baldų durų fiksavimo magnetai, kelionių šachmatų magnetai. Tai visiems žinomi magnetai.

Retesni tipai apima dalelių greitintuvų magnetus, tai labai įspūdingos konstrukcijos, kurios gali sverti dešimtis tonų ar daugiau. Nors dabar eksperimentinė fizika apauga žole, išskyrus tą dalį, kuri iškart atneša superpelną rinkai, o pati beveik nieko nekainuoja.

Kitas įdomus magnetas yra sumontuotas prabangiame medicinos prietaise, vadinamame magnetinio rezonanso tomografijos skaitytuvu. (Tiesą sakant, metodas vadinamas BMR, branduolinio magnetinio rezonanso, bet kad negąsdintų žmonių, kurie apskritai nėra stiprūs fizikoje, jis buvo pervadintas.) Prietaisas reikalauja, kad stebimas objektas (pacientas) būtų patalpintas į stiprų magnetinį lauką ir atitinkamas magnetas turi bauginančius matmenis ir velnio karsto formą.

Asmuo paguldomas ant sofos ir vyniojamas per tunelį šiame magnete, kol jutikliai nuskaito gydytojus dominančią vietą. Apskritai tai gerai, bet kai kuriems žmonėms klaustrofobija pasiekia panikos laipsnį. Tokie žmonės noriai leisis pjaustomi gyvi, tačiau MRT tyrimui nesutiks. Tačiau kas žino, kaip žmogus jaučiasi neįprastai stipriame magnetiniame lauke, kurio indukcija siekia iki 3 Teslų, už tai sumokėjęs gerus pinigus.

Norint gauti tokį stiprų lauką, dažnai naudojamas superlaidumas, aušinant magneto ritę skystu vandeniliu. Tai leidžia „pumpuoti“ lauką nebijant, kad stipria srove kaitinant laidus bus apribotos magneto galimybės. Tai visai nėra pigi sąranka. Tačiau magnetai, pagaminti iš specialių lydinių, kuriems nereikia srovės šalinimo, yra daug brangesni.

Mūsų Žemė taip pat yra didelis, nors ir nelabai stiprus magnetas. Tai padeda ne tik magnetinio kompaso savininkams, bet ir gelbsti mus nuo mirties. Be jo mus žudytų saulės spinduliuotė. Kompiuteriais, remiantis stebėjimais iš kosmoso, sumodeliuotas Žemės magnetinio lauko vaizdas atrodo labai įspūdingai.

Čia yra nedidelis atsakymas į klausimą, kas yra magnetas fizikoje ir technologijose.

Sunku rasti tokią sritį, kurioje nebūtų pritaikymo magnetams. Mokomieji žaislai, naudingi aksesuarai ir sudėtinga pramoninė įranga yra tik keletas iš daugybės naudojimo atvejų. Tuo pačiu metu mažai žmonių žino, kaip magnetai yra išdėstyti ir kokia yra jų gravitacijos paslaptis. Norint atsakyti į šiuos klausimus, reikia pasinerti į fizikos pagrindus, tačiau nesijaudinkite – nardymas bus trumpalaikis ir negilus. Tačiau susipažinę su teorija sužinosite, iš ko susideda magnetas, o jo magnetinės jėgos prigimtis jums taps daug aiškesnė.

Elektronas yra mažiausias ir paprasčiausias magnetas

Bet kuri medžiaga susideda iš atomų, o atomai savo ruožtu susideda iš branduolio, aplink kurį sukasi teigiamai ir neigiamai įkrautos dalelės – protonai ir elektronai. Mus domina būtent elektronai. Jų judėjimas sukuria elektros srovę laidininkuose. Be to, kiekvienas elektronas yra miniatiūrinis magnetinio lauko šaltinis ir, tiesą sakant, paprasčiausias magnetas. Tačiau daugumos medžiagų sudėtyje šių dalelių judėjimo kryptis yra chaotiška. Dėl to jų mokesčiai subalansuoja vienas kitą. O kai daugybės elektronų jų orbitose sukimosi kryptis sutampa, tada atsiranda pastovi magnetinė jėga.

Magnetinis prietaisas

Taigi, mes išsiaiškinome elektronus. Ir dabar mes labai arti atsakymo į klausimą, kaip veikia magnetai. Kad medžiaga pritrauktų geležinį uolienos gabalą, elektronų kryptis jos struktūroje turi sutapti. Šiuo atveju atomai sudaro sutvarkytas sritis, vadinamas domenais. Kiekvienas domenas turi polių porą: šiaurės ir pietų. Per juos eina nuolatinė magnetinių jėgų judėjimo linija. Jie patenka į pietų ašigalį ir išeina iš šiaurės ašigalio. Toks prietaisas reiškia, kad šiaurinis ašigalis visada pritrauks kito magneto pietinį polių, o to paties pavadinimo poliai – atstums.

Kaip magnetas pritraukia metalus

Ne visas medžiagas veikia magnetinė jėga. Galima pritraukti tik keletą medžiagų: geležį, nikelį, kobaltą ir retųjų žemių metalus. Geležinis uolos gabalas nėra natūralus magnetas, tačiau veikiant magnetiniam laukui jo struktūra persitvarko į sritis su šiaurės ir pietų poliais. Taigi plienas gali būti įmagnetintas ir ilgą laiką išlaikyti pasikeitusią struktūrą.

Kaip gaminami magnetai

Mes jau išsiaiškinome, iš ko susideda magnetas. Tai medžiaga, kurioje domenų kryptingumas yra vienodas. Norint suteikti šias savybes uolienai, gali būti naudojamas stiprus magnetinis laukas arba elektros srovė. Šiuo metu žmonės išmoko gaminti labai galingus magnetus, kurių traukos jėga yra dešimtis kartų didesnė už jo paties svorį ir išlieka šimtus metų. Tai retųjų žemių supermagnetai neodimio lydinio pagrindu. Tokie 2-3 kg sveriantys daiktai gali laikyti daiktus, sveriančius 300 kg ir daugiau. Iš ko susideda neodimio magnetas ir kas sukelia tokias nuostabias savybes?

Paprastas plienas netinka sėkmingai gaminti produktus su galinga gravitacija. Tam reikalinga speciali kompozicija, kuri leistų kuo efektyviau organizuoti domenus ir išsaugoti naujos struktūros stabilumą. Norėdami suprasti, iš ko susideda neodimio magnetas, įsivaizduokite metalinius neodimio, geležies ir boro miltelius, kurie, naudojant pramoninius įrenginius, bus įmagnetinami stipriu lauku ir sukepinami į standžią struktūrą. Siekiant apsaugoti šią medžiagą, ji yra padengta tvirtu cinkuotu apvalkalu. Ši gamybos technologija leidžia gauti įvairių dydžių ir formų gaminius. Internetinės parduotuvės „World of Magnets“ asortimente rasite didžiulę magnetinių prekių įvairovę darbui, pramogoms ir kasdienai.

Kur senovėje buvo aptiktos magnetito nuosėdos.

Paprasčiausiu ir mažiausiu magnetu galima laikyti elektroną. Visų kitų magnetų magnetinės savybės atsiranda dėl juose esančių elektronų magnetinių momentų. Kvantinio lauko teorijos požiūriu elektromagnetinę sąveiką atlieka bemasis bozonas – fotonas (dalelė, kurią galima įsivaizduoti kaip elektromagnetinio lauko kvantinį sužadinimą).

Weberis- magnetinis srautas, kai jis sumažėja iki nulio grandinėje, sujungtoje su juo su 1 omo varža, elektros kiekis praeina 1 kuloną.

Henris- tarptautinis induktyvumo ir abipusės indukcijos vienetas. Jei laidininko induktyvumas yra 1 H, o srovė jame tolygiai kinta 1 A per sekundę, tada jo galuose indukuojamas 1 volto EMF. 1 Henris = 1 00052 10 9 absoliutieji elektromagnetiniai induktyvumo vienetai.

Tesla- magnetinio lauko indukcijos matavimo vienetas SI, skaitinis lygus tokio vienodo magnetinio lauko indukcijai, kai 1 niutono jėga veikia 1 tiesio laidininko ilgio metrą, statmeną vektoriui magnetinė indukcija, kurios srovė yra 1 amperas.

Naudojant magnetus

Magnetinės laikmenos: VHS kasetėse yra magnetinės juostos ritės. Vaizdo ir garso informacija yra užkoduota magnetiniame dangtelyje ant juostos. Taip pat kompiuterių diskeliuose ir standžiuosiuose diskuose duomenys įrašomi ant plonos magnetinės dangos. Tačiau laikmenos nėra magnetai griežtąja prasme, nes netraukia objektų. Kietajame diske esantys magnetai naudojami kelionės ir padėties nustatymo varikliuose.
Kreditinės, debetinės ir bankomatų kortelės turi magnetinę juostelę vienoje pusėje. Šioje juostoje užkoduota informacija, reikalinga norint prisijungti prie finansų įstaigos ir susieti su jų sąskaitomis.
Įprasti televizoriai ir kompiuterių monitoriai: televizoriai ir kompiuterių monitoriai, kuriuose yra katodinių spindulių vamzdis, naudoja elektromagnetą elektronų pluoštui valdyti ir vaizdui ekrane sudaryti. Plazminėse plokštėse ir skystųjų kristalų ekranuose naudojamos skirtingos technologijos.
Garsiakalbiai ir mikrofonai: Dauguma garsiakalbių naudoja nuolatinį magnetą ir srovės ritę, kad elektros energiją (signalą) paverstų mechanine energija (judesys, sukuriantis garsą). Apvija suvyniota ant ritės, pritvirtinta prie difuzoriaus ir per ją teka kintamoji srovė, kuri sąveikauja su nuolatinio magneto lauku.
Kitas magnetų panaudojimo garso inžinerijoje pavyzdys yra elektrofono pikapo galvutėje ir kasetiniuose magnetofonuose kaip ekonomiška trynimo galvutė.

Magnetinis separatorius sunkiems mineralams

Elektros varikliai ir generatoriai: kai kurie elektros varikliai (pvz., garsiakalbiai) yra pagrįsti elektromagneto ir nuolatinio magneto deriniu. Jie paverčia elektros energiją mechanine energija. Ir atvirkščiai, generatorius paverčia mechaninę energiją į elektros energiją, judindamas laidininką magnetiniu lauku.
Transformatoriai: įtaisai, skirti elektros energijai perduoti tarp dviejų elektra izoliuotų, bet magnetiškai sujungtų laido apvijų.
Magnetai naudojami poliarizuotose relėse. Tokie įrenginiai prisimena savo būseną išjungimo metu.
Kompasai: kompasas (arba jūrinis kompasas) yra įmagnetintas rodyklė, kuri gali laisvai suktis ir yra nukreipta į magnetinio lauko, dažniausiai žemės magnetinio lauko, kryptį.
Menas: Vinilo magnetinius lakštus galima pritvirtinti prie tapybos, fotografijos ir kitų dekoratyvinių daiktų, todėl juos galima pritvirtinti prie šaldytuvų ir kitų metalinių paviršių.

Magnetai dažnai naudojami žaisluose. M-TIC naudoja magnetinius strypus, susietus su metalinėmis sferomis

Kiaušinio formos retųjų žemių magnetai, kurie traukia vienas kitą

Žaislai: atsižvelgiant į jų gebėjimą atlaikyti gravitaciją iš arti, magnetai dažnai naudojami vaikų žaisluose su smagiais efektais.
Magnetai gali būti naudojami papuošalams gaminti. Kaklo papuošalai ir apyrankės gali turėti magnetinį užsegimą arba gali būti pagaminti iš daugybės sujungtų magnetų ir juodų karoliukų.
Magnetai gali pakelti magnetinius objektus (geležines vinys, segtukus, sagas, sąvaržėlės), kurie yra per maži, sunkiai pasiekiami arba per ploni, kad juos būtų galima laikyti pirštais. Tam tikslui kai kurie atsuktuvai yra specialiai įmagnetinti.
Magnetai gali būti naudojami metalo laužo apdirbime, siekiant atskirti magnetinius metalus (geležies, plieno ir nikelio) nuo nemagnetinių (aliuminio, spalvotųjų metalų lydinių ir kt.). Tą pačią idėją galima panaudoti atliekant vadinamąjį „magnetinį testą“, kurio metu automobilio kėbulas apžiūrimas magnetu, siekiant nustatyti vietas, kurios buvo suremontuotos naudojant stiklo pluoštą ar plastikinį glaistą.
Maglev: traukinys ant magnetinės pakabos, varomas ir valdomas magnetinių jėgų. Toks traukinys, skirtingai nei tradiciniai traukiniai, judėdamas neliečia bėgio paviršiaus. Kadangi tarp traukinio ir judėjimo paviršiaus yra tarpas, trintis pašalinama, o vienintelė stabdymo jėga yra tik aerodinaminio pasipriešinimo jėga.
Magnetai naudojami baldų durų skląsčiuose.
Įdėjus į kempines, magnetai gali būti naudojami plonoms nemagnetinėms medžiagoms plauti iš abiejų pusių vienu metu, o viena pusė gali būti sunkiai pasiekiama. Tai gali būti, pavyzdžiui, stiklas iš akvariumo ar balkono.
Magnetai naudojami sukimo momentui perduoti „per“ sieną, kuri gali būti, pavyzdžiui, sandari indas elektros varikliui. Taip buvo sukomponuotas VDR žaislas „Povandeninis laivas“. Lygiai taip pat buitiniuose vandens skaitikliuose sukimasis nuo jutiklių menčių perduodamas į skaičiavimo bloką.
Magnetai kartu su nendriniu jungikliu naudojami specialiuose padėties jutikliuose. Pavyzdžiui, šaldytuvų ir įsilaužimo signalizacijos durelių jutikliuose.
Magnetai naudojami kartu su Holo efekto jutikliu, norint nustatyti veleno kampinę padėtį arba kampinį greitį.
Magnetai naudojami kibirkščių tarpeliuose, siekiant pagreitinti lanko gesinimą.
Magnetai naudojami neardomiesiems bandymams, naudojant magnetinių dalelių metodą (MPK).
Magnetai naudojami radioaktyviosios ir jonizuojančiosios spinduliuotės spinduliams nukreipti, pavyzdžiui, stebint kamerose.
Magnetai naudojami rodant prietaisus su nukreipimo rodykle, pavyzdžiui, ampermetru. Tokie prietaisai yra labai jautrūs ir linijiniai.
Magnetai naudojami mikrobangų vožtuvuose ir cirkuliaciniuose siurbliuose.
Magnetai naudojami kaip katodinių spindulių vamzdžių nukreipimo sistemos dalis elektronų pluošto trajektorijai reguliuoti.
Prieš atrandant energijos tvermės dėsnį, buvo daug bandymų panaudoti magnetus „amžinam varikliui“. Žmones traukė iš pažiūros neišsenkanti nuolatinio magneto magnetinio lauko energija, kuri buvo žinoma labai ilgą laiką. Tačiau darbinis išdėstymas niekada nebuvo pastatytas.
Magnetai naudojami bekontakčių stabdžių konstrukcijoje, susidedančių iš dviejų plokščių, kurių viena yra magnetinė, o kita pagaminta iš aliuminio. Vienas iš jų yra standžiai pritvirtintas prie rėmo, kitas sukasi su velenu. Stabdymas reguliuojamas pagal tarpą tarp jų.

Magnetiniai žaislai

Uberorbs
Magnetinis konstruktorius
Magnetinė piešimo lenta
Magnetinės raidės ir skaičiai
Magnetinės šaškės ir šachmatai

Medicinos ir saugos klausimai

Dėl to, kad žmogaus audiniai yra labai mažai jautrūs statiniams magnetiniams laukams, nėra jokių mokslinių įrodymų apie jo veiksmingumą gydant bet kokią ligą. Dėl tos pačios priežasties nėra mokslinių įrodymų apie pavojų sveikatai, susijusį su šios srities poveikiu. Tačiau jei feromagnetinis svetimkūnis yra žmogaus audiniuose, magnetinis laukas su juo sąveikaus, o tai gali kelti rimtą pavojų.

Įmagnetinimas

Išmagnetinimas

Kartais medžiagų įmagnetinimas tampa nepageidautinas ir atsiranda būtinybė jas išmagnetinti. Medžiagų išmagnetinimas pasiekiamas įvairiais būdais:

magneto kaitinimas virš Curie temperatūros visada veda prie išmagnetinimo;
įdėkite magnetą į kintamąjį magnetinį lauką, kuris viršija medžiagos priverstinę jėgą, tada palaipsniui sumažinkite arba pašalinkite magnetą iš magnetinio lauko.

Pastarasis metodas pramonėje naudojamas įrankių, standžiųjų diskų išmagnetinimui, informacijos iš magnetinių kortelių trynimui ir pan.

Dalinis medžiagų išmagnetinimas atsiranda dėl smūgių, nes staigus mechaninis poveikis sukelia sričių netvarką.