Mikä aiheuttaa eri vahvuuksia magneeteissa?

Monet ihmiset tuntevat magneetit, koska heidän keittiön jääkaapissaan on usein koristeellisia magneetteja. Magneeteilla on kuitenkin monia käytännön tarkoituksia koristelun lisäksi, ja monet vaikuttavat jokapäiväiseen elämäämme ilman, että edes tiedämme sitä.

Magneettien toiminnasta on paljon kysymyksiä ja muita yleisiä magneettikysymyksiä. Kuitenkin vastaamaan useimpiin näistä kysymyksistä ja ymmärtämään, kuinka eri magneeteilla voi olla eroja magneettikenttien vahvuuksista, on tärkeää ymmärtää, mikä on magneettikenttä ja miten se on tuotettu.

Magneettikenttä on voima, joka vaikuttaa varattuun hiukkaseen, ja tämän vuorovaikutuksen ohjaava yhtälö onLorentzin voimassa oleva laki.Täysi yhtälö voimansähkökenttä​ ​Eja amagneettikenttä Bhiukkasella varauksellaqja nopeusvantaa:

Muista se, koska voimaF, kentätEjaBja nopeusvovat kaikki vektoreita,×toiminta onvektori-ristituote, ei kertolasku.

Magneettikenttiä syntyy siirtämällä varattuja hiukkasia, joita usein kutsutaan

Näissä jääkaapisi magneeteissa ei kuitenkaan näytä olevan virtaavia virtoja tai virtalähteitä. Kuinka nuo toimivat?

Pysyvä magneetti on palaferromagneettinen materiaalijolla on luontainen ominaisuus, joka tuottaa magneettikentän. Luonnollinen vaikutus, joka tuottaa magneettikentän, on elektronin spin, ja näiden pyörien suuntaus luo magneettisia domeeneja. Nämä verkkotunnukset aiheuttavat magneettikentän.

Ferromagneettisilla materiaaleilla on yleensä korkea domeenijärjestysaste niiden luonnossa esiintyvässä muodossa, joka voidaan helposti kohdistaa kokonaan ulkoisella magneettikentällä. Siten ferromagneettiset magneetit ovat yleensä magneettisia löydettyinä luonnosta ja säilyttävät helposti magneettiset ominaisuutensa.

​Diamagneettiset materiaalitovat samanlaisia ​​kuin ferromagneettiset materiaalit ja voivat tuottaa magneettikentän, kun ne löytyvät luonnosta, mutta reagoivat ulkoisiin kenttiin eri tavalla. Diamagneettinen materiaali tuottaa vastakkaiseen suuntaan suuntautuvan magneettikentän ulkoisen kentän läsnä ollessa. Tämä vaikutus voi rajoittaa magneetin toivottua voimaa.

​Paramagneettiset materiaalitovat magneettisia vain ulkoisen, kohdistuvan magneettikentän läsnä ollessa, ja ovat yleensä melko heikkoja.

Kuten mainittiin, kestomagneetit koostuvat magneettisista domeeneista, jotka kohdistuvat satunnaisesti. Jokaisessa toimialueessa on jonkin verran järjestystä, joka luo magneettikentän. Kaikkien domeenien vuorovaikutus yhdessä ferromagneettisen materiaalin kappaleessa tuottaa siis magneetin kokonais- tai nettomagneettikentän.

Jos domeenit kohdistetaan satunnaisesti, on todennäköistä, että magneettikenttä voi olla hyvin pieni tai käytännössä nolla. Kuitenkin, jos ulkoinen magneettikenttä tuodaan lähelle järjestämätöntä magneettia, domeenit alkavat kohdistaa. Kohdistuskentän etäisyys domeeneihin vaikuttaa kokonaislinjaukseen ja siten syntyneeseen nettomagneettikenttään.

Ferromagneettisen materiaalin jättäminen ulkoiseen magneettikenttään pitkäksi ajaksi voi auttaa tilauksen suorittamisessa ja tuotetun magneettikentän kasvattamisessa. Vastaavasti kestomagneetin nettomagneettikenttää voidaan vähentää tuomalla sisään useita satunnaisia ​​tai häiritseviä magneettikenttiä, jotka voivat kohdistaa domeenit väärin ja vähentää nettomagneettikenttää.

Vaikuttaako magneetin koko sen voimakkuuteen? Lyhyt vastaus on kyllä, mutta vain siksi, että magneetin koko tarkoittaa, että niitä on suhteessa enemmän verkkotunnuksia, jotka voivat kohdistaa ja tuottaa voimakkaamman magneettikentän kuin pienempi pala samaa materiaalia. Jos magneetin pituus on kuitenkin hyvin pitkä, on suurempi mahdollisuus, että harhaavat magneettikentät kohdistavat domeenit väärin ja vähentävät nettomagneettikenttää.

Toinen vaikuttava tekijä on magneetin vahvuuslämpötila. Vuonna 1895 ranskalainen fyysikko Pierre Curie totesi, että magneettisilla materiaaleilla on lämpötilan raja-arvo, jolloin niiden magneettiset ominaisuudet voivat muuttua. Tarkemmin sanottuna verkkotunnukset eivät enää kohdistu yhtä hyvin, joten viikon toimialueiden kohdistus johtaa heikkoon nettomagneettikenttään.

Raudalle Curie-lämpötila on noin 1418 Fahrenheit-astetta. Magnetitille se on noin 1060 astetta Fahrenheit-astetta. Huomaa, että nämä lämpötilat ovat merkittävästi matalampia kuin niiden sulamispisteet. Siten magneetin lämpötila voi vaikuttaa sen voimakkuuteen.

Eri magneettiluokka onsähkömagneetteja, jotka ovat lähinnä magneetteja, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois päältä.

Yleisin sähkömagneetti, jota käytetään erilaisissa teollisissa sovelluksissa, on solenoidi. Solenoidi on sarja virtasilmukoita, jotka johtavat yhtenäiseen kenttään silmukoiden keskelle. Tämä johtuu siitä, että kukin yksittäinen virtasilmukka luo pyöreän magneettikentän langan ympärille. Asettamalla useita sarjaan magneettikenttien päällekkäisyys luo silmukoiden keskiosan läpi suoran, tasaisen kentän.

Solenoidisen magneettikentän suuruuden yhtälö on yksinkertaisesti:B = μ₀nI, missäμ₀ on vapaan tilan läpäisevyys,non nykyisten silmukoiden määrä pituuden yksikköä kohti jaMinäon niiden läpi virtaava virta. Magneettikentän suunta määräytyy oikeanpuoleisen säännön ja virran suunnan mukaan, ja siksi se voidaan kääntää kääntämällä virran suunta.

On erittäin helppo nähdä, että solenoidin voimaa voidaan säätää kahdella ensisijaisella tavalla. Ensinnäkin solenoidin läpi kulkevaa virtaa voidaan lisätä. Vaikka näyttää siltä, ​​että virtaa voidaan lisätä mielivaltaisesti, virtalähteelle tai piirin resistanssille voi olla rajoituksia, jotka voivat aiheuttaa vahinkoja, jos virta ylitetään.

Siksi turvallisempi tapa lisätä solenoidin magneettista voimaa on lisätä virtasilmukoiden määrää. Magneettikenttä kasvaa selvästi suhteellisesti. Ainoa rajoitus tässä tapauksessa voi olla käytettävissä olevan langan määrä tai tilarajoitukset, jos solenoidi on liian pitkä nykyisten silmukoiden lukumäärän vuoksi.

Solenoidien lisäksi on olemassa monenlaisia ​​sähkömagneetteja, mutta kaikilla on sama yleinen ominaisuus: Niiden vahvuus on verrannollinen nykyiseen virtaukseen.

Sähkömagneetit ovat läsnä kaikkialla ja niillä on monia käyttötarkoituksia. Yleinen ja hyvin yksinkertainen esimerkki sähkömagneetista, erityisesti solenoidista, on kaiutin. Kaiuttimen läpi kulkeva vaihteleva virta saa solenoidisen magneettikentän voimakkuuden kasvamaan ja laskemaan.

Kun näin tapahtuu, toinen magneetti, erityisesti kestomagneetti, asetetaan solenoidin toiseen päähän ja värisevää pintaa vasten. Kun nämä kaksi magneettikenttää houkuttelevat ja hylkäävät muuttuvan solenoidikentän vuoksi, värisevä pinta vedetään ja työnnetään luoden äänen.

Parempilaatuisissa kaiuttimissa käytetään korkealaatuisia solenoideja, kestomagneetteja ja väriseviä pintoja laadukkaamman äänen tuottamiseksi.

Maailman suurin magneetti on itse maa! Kuten mainittiin, maapallolla on magneettikenttä, joka johtuu maan ytimen kanssa syntyvistä virtauksista. Vaikka se ei ole kovin voimakas magneettikenttä verrattuna moniin pieniin kämmenmagneetteihin tai kerran käytettyihin hiukkaskiihdyttimiin, maa itse on yksi suurimmista magneeteista, joista tiedämme!

Toinen mielenkiintoinen magneettinen materiaali on magnetiitti. Magnetite on rautamalmi, joka ei ole vain hyvin yleinen, vaan mineraali, jolla on korkein rautapitoisuus. Sitä kutsutaan joskus kivikiveksi sen ainutlaatuisen ominaisuuden vuoksi, että sillä on magneettikenttä, joka on aina linjassa maan magneettikentän kanssa. Sellaisena sitä käytettiin magneettikompassina jo 300 eKr.