Mis põhjustab magnetites erinevaid tugevusi?

Paljudele inimestele on magnetid tuttavad, kuna nende köögikülmikus on sageli dekoratiivsed magnetid. Magnetitel on siiski palju praktilisi eesmärke peale kaunistamise ja paljud mõjutavad meie igapäevast elu, ilma et me seda ise teaksime.

Magnetite töö kohta on palju küsimusi ja muid üldisi magnetismiga seotud küsimusi. Siiski, et vastata enamikele neist küsimustest ja mõista, kuidas erinevad magnetid võivad erineda magnetväljade tugevuste korral on oluline mõista, mis on magnetväli ja kuidas see on toodetud.

Magnetväli on jõud, mis mõjub laetud osakesele ja selle interaktsiooni juhtiv võrrand onLorentzi jõu seadus.Täisvõrrand jõu tugevuseleelektriväli​ ​Eja amagnetväli Blaenguga osakese pealqja kiirusvannab:

Pidage seda meeles, sest jõudF, väljadEjaBja kiirusvon kõik vektorid,×operatsioon onvektori ristprodukt, mitte korrutamine.

Magnetväljad tekivad laetud osakeste liikumisel, mida sageli nimetatakseelektrivool. Elektrivoolu tavalised magnetväljade allikad on elektromagnetid, näiteks lihtne traat, traat aasas ja mitu traadi silmust seerias, mida nimetatakse

Tundub, et nendel teie külmkapi magnetitel pole voolavaid voolusid ega jõuallikaid. Kuidas need toimivad?

Püsimagnet on tükkferromagnetiline materjalmillel on sisemine omadus, mis tekitab magnetvälja. Magnetvälja tekitav sisemine efekt on elektronide pöörlemine ja nende pöörete joondamine loob magnetilised domeenid. Nende domeenide tulemuseks on magnetiline netoväli.

Ferromagnetilistel materjalidel on looduslikult esineval kujul tavaliselt suur domeenide järjestus, mida välise magnetvälja abil saab hõlpsasti täielikult joondada. Seega kalduvad ferromagnetilised magnetid looduses leidudes olema magnetilised ja säilitavad hõlpsalt oma magnetilised omadused.

​Diamagnetilised materjalidon sarnased ferromagnetiliste materjalidega ja võivad looduses leidudes tekitada magnetvälja, kuid reageerivad välistele väljadele erinevalt. Diamagnetiline materjal tekitab välivälja juuresolekul vastupidiselt orienteeritud magnetvälja. See efekt võib piirata magneti soovitud tugevust.

​Paramagnetilised materjalidon magnetilised ainult välise, joonduva magnetvälja juuresolekul ja kipuvad olema üsna nõrgad.

Nagu mainitud, koosnevad püsimagnetid juhuslikult joonduvatest magnetdomeenidest. Igas domeenis on teatud määral järjestatud, mis loob magnetvälja. Kõigi domeenide vastastikune mõju ühes ferromagnetilise materjali tükis tekitab seega magnetile kogu magnetvälja ehk võrgu.

Kui domeenid on juhuslikult joondatud, on tõenäoline, et magnetväli võib olla väga väike või tegelikult null. Kui aga väline magnetväli viiakse korrastamata magneti lähedale, hakkavad domeenid joonduma. Joondusvälja kaugus domeenidest mõjutab kogu joondamist ja seega ka sellest tulenevat magnetilist magnetvälja.

Ferromagnetilise materjali pikaks ajaks välisse magnetvälja jätmine võib aidata tellimise lõpuleviimisel ja toodetud magnetvälja suurendamisel. Samamoodi saab püsimagneti netomagnetvälja vähendada, tuues sisse mitu juhuslikku või segavat magnetvälja, mis võivad domeene valesti joondada ja netomagnetvälja vähendada.

Kas magneti suurus mõjutab selle tugevust? Lühike vastus on jah, kuid ainult sellepärast, et magneti suurus tähendab, et neid on proportsionaalselt rohkem domeene, mis suudavad joonduda ja tekitada tugevama magnetvälja kui sama väiksem tükk materjal. Kui aga magneti pikkus on väga pikk, on suurem tõenäosus, et hulkuvad magnetväljad joondavad domeene valesti ja vähendavad netomagnetvälja.

Teine soodustav tegur on magneti tugevustemperatuur. Aastal 1895 tegi prantsuse füüsik Pierre Curie kindlaks, et magnetilistel materjalidel on temperatuuri piir, millal nende magnetilised omadused võivad muutuda. Täpsemalt, domeenid ei joondu enam nii hästi, seega toob nädala domeenide joondamine kaasa nõrga magnetilise magnetvälja.

Rauda jaoks on Curie temperatuur umbes 1418 kraadi Fahrenheiti. Magnetiidi puhul on see umbes 1060 kraadi Fahrenheiti. Pange tähele, et need temperatuurid on oluliselt madalamad kui nende sulamistemperatuurid. Seega võib magneti temperatuur mõjutada selle tugevust.

Erinevat tüüpi magnetid onelektromagnetid, mis on sisuliselt magnetid, mida saab sisse ja välja lülitada.

Kõige tavalisem elektromagnet, mida kasutatakse erinevates tööstuslikes rakendustes, on solenoid. Solenoid on praeguste silmuste jada, mille tulemuseks on silmuste keskel ühtlane väli. See on tingitud asjaolust, et iga üksik vooluahel loob traadi ümber ümmarguse magnetvälja. Mitu järjestikku asetades tekitab magnetväljade superpositsioon sirge, ühtlase välja läbi silmuste keskpunkti.

Solenoidse magnetvälja suuruse võrrand on lihtsalt:B = μ₀nI, kusμ₀ on vaba ruumi läbilaskvus,non praeguste silmuste arv pikkuse ühiku kohta jaMinaon vool, mis neist läbi voolab. Magnetvälja suund määratakse parempoolse reegli ja voolu voolu suuna abil ning seetõttu saab seda voolu suuna ümberpööramisega ümber pöörata.

On väga lihtne mõista, et solenoidi tugevust saab reguleerida kahel peamisel viisil. Esiteks saab solenoidi läbivat voolu suurendada. Ehkki tundub, et voolu saab meelevaldselt suurendada, võivad vooluallikale või vooluahela takistusele olla seatud piirangud, mis võivad voolu üle tõmmates põhjustada kahjustusi.

Seetõttu on solenoidi magnetilise tugevuse suurendamiseks ohutum viis vooluahelate arvu suurendamine. Magnetväli suureneb selgelt proportsionaalselt. Ainus piirang sel juhul võib olla saadaolev traadi hulk või ruumilised piirangud, kui solenoid on praeguste silmuste arvu tõttu liiga pikk.

Lisaks solenoididele on palju erinevaid elektromagneteid, kuid kõigil on sama üldine omadus: nende tugevus on proportsionaalne voolu vooluga.

Elektromagnetid on üldlevinud ja neid on palju võimalik kasutada. Levinud ja väga lihtne näide elektromagnetist, täpsemalt solenoidist, on kõlar. Kõlari kaudu toimuv muutuv vool põhjustab solenoidse magnetvälja tugevuse suurenemise ja vähenemise.

Sel juhul asetatakse solenoidi ühte otsa ja vastu vibreerivat pinda teine ​​magnet, täpsemalt püsimagnet. Kuna kaks magnetvälja tõmbuvad ja tõrjuvad muutuva solenoidvälja tõttu, tõmmatakse vibreerivat pinda heli tekitamiseks ja lükatakse.

Parema kvaliteediga kõlarid kasutavad kvaliteetsema heliväljundi loomiseks kvaliteetseid solenoide, püsimagnetit ja vibreerivat pinda.

Maailma suurim magnet on maa ise! Nagu mainitud, on maakeral magnetväli, mis on tingitud maa südamikuga loodud vooludest. Kuigi see pole paljude väikeste pihumagnetite või kunagi osakeste kiirendites kasutatud magnetväli, on Maa ise üks suurimaid magneteid, mida me teame!

Teine huvitav magnetiline materjal on magnetiit. Magnetiit on rauamaak, mis pole mitte ainult väga levinud, vaid on ka kõige suurema rauasisaldusega mineraal. Mõnikord nimetatakse seda kivikiviks selle ainulaadse omaduse tõttu, et sellel on magnetväli, mis on alati joondatud Maa magnetväljaga. Sellisena kasutati seda magnetkompassina juba 300 eKr.