Magnetid tunduvad salapärased. Nähtamatud jõud tõmbavad magnetilisi materjale kokku või suruvad ühe magneti klapiga need laiali. Mida tugevamad magnetid, seda tugevam on tõmme või tõrjumine. Ja muidugi on Maa ise magnet. Kuigi mõned magnetid on valmistatud terasest, on olemas ka muud tüüpi magneteid.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Magnetiit on looduslik magnetiline mineraal. Pöörlev Maa südamik tekitab magnetvälja. Alnico magnetid on valmistatud alumiiniumist, niklist ja koobaltist ning väiksemas koguses alumiiniumi, vaske ja titaani. Keraamilised või ferriidist magnetid on valmistatud kas baariumoksiidist või raudoksiidiga legeeritud strontsiumoksiidist. Kaks haruldaste muldmetallide magnetit on samaariumkoobalt, mis sisaldab mikroelementidega (raud, vask, tsirkoon) samaarium-koobalti sulami, ja neodüümraud-boorimagnetid.
Magnetite ja magnetismi määratlemine
Iga objekt, mis tekitab magnetvälja ja suhtleb teiste magnetväljadega, on magnet. Magnetitel on positiivne ots või poolus ja negatiivne ots või poolus. Magnetvälja jooned liiguvad positiivsest poolusest (nimetatakse ka põhjapooluseks) negatiivsesse (lõuna) poolusesse. Magnetism viitab kahe magneti vastasmõjule. Vastandid tõmbavad ligi, nii et magneti positiivne poolus ja teise magneti negatiivne poolus tõmbavad üksteist ligi.
Magnetite tüübid
On olemas kolme tüüpi magnetid: püsimagnetid, ajutised magnetid ja elektromagnetid. Püsimagnetid säilitavad oma magnetilise kvaliteedi pika aja jooksul. Ajutised magnetid kaotavad kiiresti oma magnetilisuse. Elektromagnetid kasutavad magnetvälja tekitamiseks elektrivoolu.
Püsimagnetid
Püsimagnetid hoiavad oma magnetilisi omadusi pikka aega. Püsimagnetite muutused sõltuvad magneti tugevusest ja magneti koostisest. Muutused toimuvad tavaliselt temperatuuri muutuste tõttu (tavaliselt temperatuuri tõus). Curie temperatuurini kuumutatud magnetid kaotavad jäädavalt oma magnetilise omaduse, kuna aatomid nihkuvad magnetilist efekti põhjustavast konfiguratsioonist välja. Curie temperatuur, mille nimi on avastaja Pierre Curie, varieerub sõltuvalt magnetilisest materjalist.
Magnetiit, looduslikult esinev püsimagnet, on nõrk magnet. Tugevamad püsimagnetid on Alnico, neodüüm rauaboor, samaarium-koobalt ning keraamilised või ferriidist magnetid. Need magnetid vastavad kõik püsimagnetite definitsiooni nõuetele.
Magnetiit
Magnetiit, mida nimetatakse ka lodestone'iks, pakkus uurijatelt kompassinõelu, ulatudes Hiina jadejahtidest kuni maailmaränduriteni. Mineraalne magnetiit tekib siis, kui rauda kuumutatakse madala hapnikusisaldusega atmosfääris, mille tulemuseks on raudoksiidi ühend Fe3O4. Kompassi moodustavad magnetiidist viilud. Kompassid pärinevad umbes 250 eKr. Hiinas, kus neid nimetati lõunapoolseteks osutajateks.
Alnico legeeritud magnetid
Alnico magnetid on tavaliselt kasutatavad magnetid, mis on valmistatud ühendist, milles on 35 protsenti alumiiniumi (Al) ja 35 protsenti niklit (Ni) ja 15 protsenti koobaltit (Co) koos 7 protsenti alumiiniumi (Al), 4 protsenti vaske (Cu) ja 4 protsenti titaani (Ti). Need magnetid töötati välja 1930. aastatel ja said populaarseks 1940. aastatel. Temperatuur mõjutab Alnico magneteid vähem kui teised kunstlikult loodud magnetid. Alnico magneteid saab hõlpsamini demagnetiseerida, nii et Alnico varda- ja hobuseraua magnetid tuleb korralikult hoida, et need ei muutuks magnetiliseks.
Alnico magneteid kasutatakse mitmel viisil, eriti helisüsteemides nagu kõlarid ja mikrofonid. Alnico magnetite eelised hõlmavad kõrget korrosioonikindlust, suurt füüsilist tugevust (ei hakka, ei lõhene ega murdu kergesti) ja kõrget temperatuuri vastupidavust (kuni 540 kraadi Celsiuse järgi). Puuduste hulgas on nõrgem magnetiline tõmme kui teistel tehismagnetitel.
Keraamilised (ferriidist) magnetid
1950. aastatel töötati välja uus magnetite rühm. Kõvasid kuusnurkseid ferriite, mida nimetatakse ka keraamilisteks magnetiteks, saab lõigata õhemateks viiludeks ja kokku puutuda madalate demagnetiseerivate väljade magnetiliste omaduste kaotamata. Ka nende valmistamine on odav. Molekulaarne kuusnurkne ferriidistruktuur esineb mõlemas raudoksiidiga legeeritud baariumoksiidis (BaO ∙ 6Fe2O3) ja raudoksiidiga legeeritud strontsiumoksiid (SrO ∙ 6Fe2O3). Strontsium (Sr) ferriidil on veidi paremad magnetilised omadused. Kõige sagedamini kasutatavad püsimagnetid on ferriit (keraamilised) magnetid. Lisaks kuludele on keraamiliste magnetite eelised hea demagnetiseerimiskindlus ja kõrge korrosioonikindlus. Need on aga habras ja kergesti purunevad.
Samaariumi-koobalti magnetid
Samaariumi-koobalti magnetid töötati välja 1967. aastal. Need magnetid, mille molekulkoostis on SmCo5, sai esimesteks haruldaste muldmetallide ja siirdemetallide püsimagnetiteks. 1976. aastal töötati välja mikroelementidega (raud, vask ja tsirkoon) samaariumkoobalti sulam, mille molekulaarstruktuur oli Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17. Nendel magnetitel on suur potentsiaal kasutada kõrgematel temperatuuridel, kuni umbes 500 C, kuid materjalide kõrge hind piirab seda tüüpi magnetite kasutamist. Samaarium on haruldane muldmetallide hulgas haruldane ja koobalt on klassifitseeritud strateegiliseks metalliks, nii et varusid kontrollitakse.
Samaariumi-koobalti magnetid töötavad hästi niisketes tingimustes. Muude eeliste hulka kuuluvad kõrge kuumuskindlus, vastupidavus madalatele temperatuuridele (-273 C) ja kõrge korrosioonikindlus. Nagu keraamilised magnetid, on ka samaariumi-koobalti magnetid habras. Need on, nagu öeldud, kallimad.
Neodüümi rauast boorimagnetid
Neodüümi raud boori (NdFeB või NIB) magnetid leiutati 1983. aastal. Need magnetid sisaldavad 70 protsenti rauda, 5 protsenti boori ja 25 protsenti neodüümi, haruldaste muldmetallide elementi. NIB-magnetid korrodeeruvad kiiresti, nii et nad saavad tootmisprotsessi käigus kaitsekatte, tavaliselt nikli. Nikli asemel võib kasutada alumiinium-, tsink- või epoksüvaigu katteid.
Ehkki NIB-magnetid on tugevaimad teadaolevad püsimagnetid, on neil ka teiste püsimagnetite madalaim Curie temperatuur, umbes 350 C (mõnede allikate sõnul nii madal kui 80 C). See madal Curie temperatuur piirab nende tööstuslikku kasutamist. Neodüümi raud boorimagnetid on muutunud koduelektroonika, sealhulgas mobiiltelefonide ja arvutite oluliseks osaks. Neodüüm-raua boorimagneteid kasutatakse ka magnetresonantstomograafias (MRI).
NIB-magnetite eelised hõlmavad võimsuse ja kaalu suhet (kuni 1300 korda), suurt vastupidavust demagnetiseerimisele inimesele meeldivatel temperatuuridel ja tasuvust. Puuduste hulgas on magnetismi kadu madalamatel Curie temperatuuridel, madal korrosioonikindlus (kui plekk on kahjustatud) ja rabedus (võib äkilistel kokkupõrgetel teiste magnetitega puruneda, puruneda või kiibistuda metallid. (Vt NIB-i magneteid kasutava tegevuse ressursid magnetviljadele.)
Ajutised magnetid
Ajutised magnetid koosnevad nn pehmetest rauamaterjalidest. Pehme raud tähendab, et aatomid ja elektronid suudavad rauas joonduda, käitudes mõnda aega magnetina. Magnetiliste metallide loend sisaldab naelu, kirjaklambreid ja muid rauda sisaldavaid materjale. Ajutistest magnetitest saavad magnetid, kui need puutuvad kokku magnetväljaga või asetatakse sellesse. Näiteks magneti poolt hõõrutud nõel muutub ajutiseks magnetiks, kuna magnet paneb elektronid nõela sees joonduma. Kui magnetväli või kokkupuude magnetiga on piisavalt tugev, võivad pehmed triikrauad muutuda püsimagnetiteks vähemalt seni, kuni soojus, löök või aeg põhjustavad aatomite joonduse kaotamist.
Elektromagnetid
Kolmas tüüpi magnet tekib siis, kui elekter läbib traati. Traadi mähkimine ümber pehme rauast südamiku võimendab magnetvälja tugevust. Elektrienergia suurendamine suurendab magnetvälja tugevust. Kui elekter voolab läbi juhtme, töötab magnet. Peatage elektronide voog ja magnetväli variseb kokku. (Vt elektromagnetismi PhET-simulatsiooni ressursid.)
Maailma suurim magnet
Maailma suurim magnet on tegelikult Maa. Maa tahke raud-nikkel sisemine südamik, mis pöörleb vedelas raud-nikkel välises südamikus, käitub nagu dünamo, tekitades magnetvälja. Nõrk magnetväli toimib nagu vardamagnet, mis on kallutatud umbes 11 kraadi võrra Maa teljest. Selle magnetvälja põhjaots on vardamagneti lõunapoolus. Kuna vastassuunalised magnetväljad meelitavad üksteist, osutab magnetkompassi põhjaots Maa pooluse põhjapooluse lõunapoolsele otsale (öeldes selle põhjapoolsus) muul viisil asub Maa lõunapoolne magnetpoolus tegelikult geograafilise põhjapooluse lähedal, kuigi sageli näete seda lõunamagnetpoolust, mis on tähistatud kui põhjapoolne magnetpoolus poolus).
Maa magnetväli tekitab Maa ümbritsevat magnetosfääri. Päikesetuule ja magnetosfääri vastasmõju põhjustab põhja- ja lõunavalgust, mida tuntakse Aurora Borealise ja Aurora Australise nime all.
Maa magnetväli mõjutab ka raua mineraale laavavooludes. Laavas olevad rauamineraalid joonduvad Maa magnetväljaga. Need joondatud mineraalid "külmuvad" kohale, kui laava jahtub. Atlandi ookeani keskosa mõlemal küljel leiduvate basaltvoolude magnetiliste joondumiste uuringud annavad tõendid mitte ainult Maa magnetvälja pöördumise, vaid ka plaadi teooria kohta tektoonika.