Hvad er magneter lavet af?

Magneter virker mystiske. Usete kræfter trækker magnetiske materialer sammen eller skubber dem fra hinanden ved at vende den ene magnet. Jo stærkere magneterne er, desto stærkere er tiltrækningen eller frastødningen. Og selvfølgelig er jorden selv en magnet. Mens nogle magneter er lavet af stål, findes der andre typer magneter.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Magnetit er et naturligt magnetisk mineral. Den roterende jordkerne genererer et magnetfelt. Alnico magneter er lavet af aluminium, nikkel og cobalt med mindre mængder aluminium, kobber og titanium. Keramiske magneter eller ferritmagneter er lavet af enten bariumoxid eller strontiumoxid legeret med jernoxid. To sjældne jordartsmagneter er samariumcobalt, som indeholder en legering af samarium-cobalt med sporstoffer (jern, kobber, zircon) og neodym jernbor-magneter.

Ethvert objekt, der producerer et magnetfelt og interagerer med andre magnetfelter, er en magnet. Magneter har en positiv ende eller pol og en negativ ende eller pol. Linjerne i magnetfeltet bevæger sig fra den positive pol (også kaldet nordpolen) til den negative (syd) pol. Magnetisme refererer til interaktionen mellem to magneter. Modsætninger tiltrækker, så den positive pol af en magnet og den negative pol af en anden magnet tiltrækker hinanden.

Tre generelle typer magneter findes: permanente magneter, midlertidige magneter og elektromagneter. Permanente magneter bevarer deres magnetiske kvalitet over lange perioder. Midlertidige magneter mister hurtigt deres magnetisme. Elektromagneter bruger elektrisk strøm til at generere et magnetfelt.

Permanente magneter holder deres magnetiske egenskaber i lange perioder. Ændringer i permanente magneter afhænger af magnetens styrke og magnets sammensætning. Ændringer sker generelt på grund af ændringer i temperaturen (normalt stigende temperatur). Magneter opvarmet til deres Curie-temperatur mister permanent deres magnetiske egenskab, fordi atomerne skifter ud af den konfiguration, der forårsager den magnetiske effekt. Curie-temperaturen, opkaldt efter opdageren Pierre Curie, varierer afhængigt af det magnetiske materiale.

Magnetit, en naturligt forekommende permanent magnet, er en svag magnet. Stærkere permanente magneter er Alnico, neodym jernbor, samarium-cobalt og keramiske eller ferrit magneter. Disse magneter opfylder alle kravene i definitionen af ​​permanentmagnet.

Magnetit

Magnetit, også kaldet lodestone, leverede kompasnåle fra opdagelsesrejsende lige fra kinesiske jadejægere til verdensrejsende. Mineralet magnetit dannes, når jern opvarmes i en lav-ilt-atmosfære, hvilket resulterer i jernoxidforbindelsen Fe₃O₄. Fliser af magnetit fungerer som kompasser. Kompasser dateres tilbage til omkring 250 f.Kr. i Kina, hvor de blev kaldt sydpegere.

Alnico-legeringsmagneter

Alnico-magneter er almindeligt anvendte magneter fremstillet af en forbindelse af 35 procent aluminium (Al), 35 procent nikkel (Ni) og 15 procent kobolt (Co) med 7 procent aluminium (Al), 4 procent kobber (Cu) og 4 procent titanium (Ti). Disse magneter blev udviklet i 1930'erne og blev populære i 1940'erne. Temperatur har mindre effekt på Alnico-magneter end andre kunstigt oprettede magneter. Alnico-magneter kan lettere demagnetiseres, så Alnico-stang- og hestesko-magneter skal opbevares ordentligt, så de ikke bliver demagnetiserede.

Alnico magneter bruges på mange måder, især i lydsystemer som højttalere og mikrofoner. Fordele ved Alnico-magneter inkluderer høj korrosionsbestandighed, høj fysisk styrke (må ikke spånes, revnes eller knuses let) og høj temperaturbestandighed (op til 540 grader Celsius). Ulemper inkluderer svagere magnetisk træk end andre kunstige magneter.

Keramiske magneter (ferrit)

I 1950'erne blev der udviklet en ny gruppe magneter. Hårde sekskantede ferriter, også kaldet keramiske magneter, kan skæres i tyndere skiver og udsættes for lavt demagnetiserende felter uden at miste deres magnetiske egenskaber. De er også billige at lave. Den molekylære sekskantede ferritstruktur forekommer i både bariumoxid legeret med jernoxid (BaO ∙ 6Fe₂O₃) og strontiumoxid legeret med jernoxid (SrO ∙ 6Fe₂O₃). Strontium (Sr) ferrit har lidt bedre magnetiske egenskaber. De mest almindeligt anvendte permanente magneter er ferrit (keramiske) magneter. Ud over omkostningerne inkluderer fordelene ved keramiske magneter at have god demagnetiseringsmodstand og høj korrosionsbestandighed. De er dog skøre og går let i stykker.

Samarium-kobolt magneter

Samarium-cobalt magneter blev udviklet i 1967. Disse magneter med en molekylær sammensætning af SmCo₅blev den første kommercielle magneter med sjældne jordarter og overgangsmetaller. I 1976 blev der udviklet en legering af samariumcobalt med sporstoffer (jern, kobber og zircon) med en molekylær struktur af Sm.₂(Co, Fe, Cu, Zr)₁₇. Disse magneter har stort potentiale til anvendelse i applikationer med højere temperaturer, op til ca. 500 C, men de høje omkostninger ved materialerne begrænser brugen af ​​denne type magnet. Samarium er sjældent selv blandt de sjældne jordarter, og kobolt er klassificeret som et strategisk metal, så forsyningerne kontrolleres.

Samarium-cobalt magneter fungerer godt under fugtige forhold. Andre fordele inkluderer høj varmebestandighed, modstandsdygtighed over for lave temperaturer (-273 C) og høj korrosionsbestandighed. Som keramiske magneter er samarium-cobalt-magneter skøre. De er som sagt dyrere.

Neodym jernbor magneter

Neodym jernbor (NdFeB eller NIB) magneter blev opfundet i 1983. Disse magneter indeholder 70 procent jern, 5 procent bor og 25 procent neodym, et sjældent jordelement. NIB-magneter korroderer hurtigt, så de modtager en beskyttende belægning, normalt nikkel, under produktionsprocessen. Belægninger af aluminium, zink eller epoxyharpiks kan anvendes i stedet for nikkel.

Selvom NIB-magneter er de stærkeste kendte permanente magneter, har de også den laveste Curie-temperatur, omkring 350 ° C, af andre permanente magneter. Denne lave Curie-temperatur begrænser deres industrielle brug. Neodym-jernbor-magneter er blevet en væsentlig del af husholdningselektronik, herunder mobiltelefoner og computere. Neodym-jernbor-magneter bruges også i magnetiske resonansbilleddannende (MRI) maskiner.

Fordele ved NIB-magneter inkluderer forholdet mellem vægt og vægt (op til 1.300 gange), høj modstandsdygtighed over for demagnetisering ved behagelige temperaturer og omkostningseffektivitet. Ulemper inkluderer tab af magnetisme ved lavere Curie temperaturer, lav korrosionsbestandighed (hvis plettering er beskadiget) og sprødhed (kan knække, knække eller flis ved pludselige kollisioner med andre magneter eller metaller. (Se Ressourcer til magnetisk frugt, en aktivitet ved hjælp af NIB-magneter.)

Midlertidige magneter består af det, der kaldes bløde jernmaterialer. Blødt jern betyder, at atomer og elektroner er i stand til at blive justeret inden i jernet og opfører sig som en magnet i en periode. Listen over magnetiske metaller indeholder søm, papirclips og andre materialer, der indeholder jern. Midlertidige magneter bliver magneter, når de udsættes for eller placeres i et magnetfelt. For eksempel bliver en nål, der gnides af en magnet, en midlertidig magnet, fordi magneten får elektronerne til at justere inden i nålen. Hvis magnetfeltet eller eksponeringen for magneten er stærk nok, kan bløde jern blive permanente magneter, i det mindste indtil varme, stød eller tid får atomerne til at miste deres tilpasning.

Den tredje type magnet opstår, når elektricitet passerer gennem en ledning. Indpakning af ledningen omkring en blød jernkerne forstærker magnetfeltets styrke. At øge elektriciteten øger styrken af ​​magnetfeltet. Når elektricitet strømmer gennem ledningen, fungerer magneten. Stop strømmen af ​​elektroner, og magnetfeltet kollapser. (Se ressourcer til en PhET-simulering af elektromagnetisme.)

Verdens største magnet er faktisk Jorden. Jordens indre jern-nikkel-indre kerne, der snurrer i den flydende jern-nikkel-ydre kerne, opfører sig som en dynamo og genererer et magnetfelt. Det svage magnetfelt fungerer som en stangmagnet, der er vippet omkring 11 grader fra Jordens akse. Den nordlige ende af dette magnetfelt er stangmagnetens sydpol. Da modsatte magnetfelter tiltrækker hinanden, peger den nordlige ende af et magnetisk kompas mod den sydlige ende af jordens magnetfelt nær nordpolen (for at sige det en anden måde er Jordens sydmagnetiske pol faktisk placeret nær den geografiske nordpol, selvom du ofte vil se den sydmagnetiske pol mærket som den nordmagnetiske pol).

Jordens magnetfelt genererer magnetosfæren, der omgiver jorden. Interaktion mellem solvinden og magnetosfæren forårsager nord- og sydlys kendt som Aurora Borealis og Aurora Australis.

Jordens magnetfelt påvirker også jernmineralerne i lavastrømme. Jernmineralerne i lavaen stemmer overens med Jordens magnetfelt. Disse justerede mineraler "fryser" på plads, når lavaen køler af. Undersøgelser af magnetiske tilpasninger i basaltstrømme på begge sider af den midatlantiske højderyg giver bevis ikke kun for vending af jordens magnetfelt, men også for teorien om plade tektonik.