Was verursacht unterschiedliche Stärken bei Magneten?

Magnete sind vielen bekannt, weil sie oft dekorative Magnete an ihrem Küchenkühlschrank haben. Magnete haben jedoch über die Dekoration hinaus viele praktische Zwecke und viele beeinflussen unser tägliches Leben, ohne dass wir es überhaupt wissen.

Es gibt viele Fragen zur Funktionsweise von Magneten und andere allgemeine Fragen zum Magnetismus. Um jedoch die meisten dieser Fragen zu beantworten und zu verstehen, wie sich verschiedene Magnete unterscheiden können Stärke von Magnetfeldern ist es wichtig zu verstehen, was ein Magnetfeld ist und wie es ist produziert.

Ein Magnetfeld ist eine Kraft, die auf ein geladenes Teilchen einwirkt, und die maßgebende Gleichung für diese Wechselwirkung ist dieLorentzkraftgesetz.Die vollständige Gleichung für die Kraft von anelektrisches Feld​ ​Eund einMagnetfeld Bauf einem Teilchen mit Ladungqund Geschwindigkeitvwird gegeben von:

Denken Sie daran, weil die KraftF, die FelderEundB, und die Geschwindigkeitvsind alle Vektoren, die×Betrieb ist derVektorkreuzprodukt, nicht multiplizieren.

Magnetfelder werden durch die Bewegung geladener Teilchen erzeugt, die oft als bezeichnet werdenelektrischer Strom. Häufige Quellen für Magnetfelder von elektrischem Strom sind Elektromagnete, wie ein einfacher Draht, ein Draht in einer Schleife und mehrere Drahtschleifen in einer Reihe, die als a. bezeichnet wirdSolenoid. Das Erdmagnetfeld wird auch durch die Bewegung geladener Teilchen im Kern verursacht.

Diese Magnete an Ihrem Kühlschrank scheinen jedoch keine fließenden Ströme oder Stromquellen zu haben. Wie funktionieren die?

Ein Permanentmagnet ist ein Stückferromagnetisches Materialdie eine intrinsische Eigenschaft hat, die ein magnetisches Feld erzeugt. Der intrinsische Effekt, der ein Magnetfeld erzeugt, ist ein Elektronenspin, und die Ausrichtung dieser Spins erzeugt magnetische Domänen. Diese Domänen führen zu einem Nettomagnetfeld.

Ferromagnetische Materialien neigen in ihrer natürlich vorkommenden Form zu einem hohen Maß an Domänenordnung, die durch ein externes Magnetfeld leicht vollständig ausgerichtet werden kann. Daher neigen ferromagnetische Magnete dazu, magnetisch zu sein, wenn sie in der Natur vorkommen, und behalten leicht ihre magnetischen Eigenschaften bei.

​Diamagnetische Materialienähneln ferromagnetischen Materialien und können in der Natur ein Magnetfeld erzeugen, reagieren jedoch anders auf externe Felder. Diamagnetisches Material erzeugt in Gegenwart eines externen Feldes ein entgegengesetzt ausgerichtetes Magnetfeld. Dieser Effekt könnte die gewünschte Stärke des Magneten einschränken.

​Paramagnetische Materialiensind nur in Gegenwart eines externen, ausrichtenden Magnetfelds magnetisch und neigen dazu, ziemlich schwach zu sein.

Wie bereits erwähnt, bestehen Permanentmagnete aus magnetischen Domänen, die sich zufällig ausrichten. Innerhalb jeder Domäne gibt es einen gewissen Ordnungsgrad, der ein magnetisches Feld erzeugt. Die Wechselwirkung aller Domänen in einem Stück ferromagnetischen Materials erzeugt daher das Gesamt- oder Nettomagnetfeld für den Magneten.

Wenn die Domänen zufällig ausgerichtet sind, ist es wahrscheinlich, dass ein sehr kleines oder effektiv Null-Magnetfeld vorhanden ist. Wenn jedoch ein externes Magnetfeld in die Nähe des ungeordneten Magneten gebracht wird, beginnen sich die Domänen auszurichten. Der Abstand des Ausrichtungsfeldes zu den Domänen beeinflusst die Gesamtausrichtung und damit das resultierende Nettomagnetfeld.

Das Belassen eines ferromagnetischen Materials in einem externen Magnetfeld über einen längeren Zeitraum kann bei der Fertigstellung der Bestellung helfen und das erzeugte Magnetfeld erhöhen. In ähnlicher Weise kann das Nettomagnetfeld eines Permanentmagneten verringert werden, indem mehrere zufällige oder interferierende Magnetfelder eingebracht werden, die die Domänen falsch ausrichten und das Nettomagnetfeld reduzieren können.

Beeinflusst die Größe eines Magneten seine Stärke? Die kurze Antwort ist ja, aber nur, weil die Größe eines Magneten bedeutet, dass es proportional mehr Domänen, die sich ausrichten und ein stärkeres Magnetfeld erzeugen können als ein kleineres Stück davon Material. Wenn der Magnet jedoch sehr lang ist, besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass magnetische Streufelder Domänen falsch ausrichten und das Nettomagnetfeld verringern.

Ein weiterer beitragender Faktor ist die MagnetstärkeTemperatur. 1895 stellte der französische Physiker Pierre Curie fest, dass magnetische Materialien eine Temperaturgrenze haben, an der sich ihre magnetischen Eigenschaften ändern können. Insbesondere richten sich die Domänen nicht mehr so ​​gut aus, daher führt die Ausrichtung der Wochendomäne zu einem schwachen Nettomagnetfeld.

Für Eisen beträgt die Curie-Temperatur etwa 1418 Grad Fahrenheit. Für Magnetit sind es etwa 1060 Grad Fahrenheit. Beachten Sie, dass diese Temperaturen deutlich niedriger sind als ihre Schmelzpunkte. Somit kann die Temperatur des Magneten seine Stärke beeinflussen.

Eine andere Kategorie von Magneten sindElektromagnete, die im Wesentlichen Magnete sind, die ein- und ausgeschaltet werden können.

Der gebräuchlichste Elektromagnet, der in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet wird, ist ein Elektromagnet. Ein Solenoid ist eine Reihe von Stromschleifen, die zu einem gleichmäßigen Feld in der Mitte der Schleifen führen. Dies liegt daran, dass jede einzelne Stromschleife ein kreisförmiges Magnetfeld um den Draht herum erzeugt. Durch die Reihenschaltung mehrerer Magnetfelder entsteht durch die Überlagerung der Magnetfelder ein gerades, gleichmäßiges Feld durch die Mitte der Schleifen.

Die Gleichung für die Größe eines elektromagnetischen Magnetfelds lautet einfach:B = μ₀nI, woμ₀ ist die Durchlässigkeit des freien Raums,neinist die Anzahl der Stromschleifen pro Längeneinheit undichist der Strom, der durch sie fließt. Die Richtung des Magnetfeldes wird durch die Rechte-Hand-Regel und die Richtung des Stromflusses bestimmt und kann daher durch Umkehren der Stromrichtung umgekehrt werden.

Es ist sehr leicht zu erkennen, dass die Stärke eines Elektromagneten auf zwei Arten eingestellt werden kann. Zunächst kann der Strom durch den Elektromagneten erhöht werden. Obwohl der Strom scheinbar beliebig erhöht werden kann, kann es zu Einschränkungen bei der Stromversorgung oder dem Widerstand des Stromkreises kommen, was zu Schäden führen kann, wenn der Strom zu hoch gezogen wird.

Daher besteht ein sicherer Weg zum Erhöhen der Magnetstärke eines Solenoids darin, die Anzahl der Stromschleifen zu erhöhen. Das Magnetfeld nimmt deutlich proportional zu. Die einzige Einschränkung in diesem Fall kann die verfügbare Drahtmenge oder räumliche Einschränkungen sein, wenn die Magnetspule aufgrund der Anzahl der Stromschleifen zu lang ist.

Es gibt neben Elektromagneten viele Arten von Elektromagneten, die jedoch alle die gleiche allgemeine Eigenschaft haben: Ihre Stärke ist proportional zum Stromfluss.

Elektromagnete sind allgegenwärtig und haben viele Anwendungen. Ein übliches und sehr einfaches Beispiel für einen Elektromagneten, insbesondere einen Elektromagneten, ist ein Lautsprecher. Der variierende Strom durch den Lautsprecher bewirkt, dass die Stärke des elektromagnetischen Magnetfelds zu- und abnimmt.

Dabei wird ein weiterer Magnet, insbesondere ein Permanentmagnet, an einem Ende des Elektromagneten und an einer vibrierenden Oberfläche platziert. Da sich die beiden Magnetfelder aufgrund des sich ändernden Solenoidfeldes anziehen und abstoßen, wird die vibrierende Oberfläche gezogen und gedrückt, wodurch ein Geräusch entsteht.

Lautsprecher von besserer Qualität verwenden hochwertige Magnetspulen, Permanentmagnete und vibrierende Oberflächen, um eine bessere Klangausgabe zu erzielen.

Der größte Magnet der Welt ist die Erde selbst! Wie bereits erwähnt, hat die Erde ein Magnetfeld, das auf die mit dem Erdkern erzeugten Ströme zurückzuführen ist. Obwohl es im Vergleich zu vielen kleinen Handmagneten oder den einst in Teilchenbeschleunigern verwendeten Magneten kein sehr starkes Magnetfeld ist, ist die Erde selbst einer der größten Magneten, die wir kennen!

Ein weiteres interessantes magnetisches Material ist Magnetit. Magnetit ist ein Eisenerz, das nicht nur sehr häufig vorkommt, sondern auch das Mineral mit dem höchsten Eisengehalt ist. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaft, ein Magnetfeld zu haben, das immer auf das Erdmagnetfeld ausgerichtet ist, wird es manchmal als Magnetstein bezeichnet. Als solcher wurde er bereits 300 v. Chr. als Magnetkompass verwendet.