A mágnesek titokzatosnak tűnnek. Láthatatlan erők húzzák össze a mágneses anyagokat, vagy egy mágnes flipjével tolják szét őket. Minél erősebbek a mágnesek, annál erősebb a vonzerő vagy taszítás. És természetesen maga a Föld is mágnes. Míg egyes mágnesek acélból készülnek, más típusú mágnesek is léteznek.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A magnetit természetes mágneses ásvány. A forgó Föld mag mágneses teret generál. Az Alnico mágnesek alumíniumból, nikkelből és kobaltból készülnek, kisebb mennyiségben alumíniumból, rézből és titánból. A kerámia- vagy ferritmágnesek bárium-oxidból vagy vas-oxiddal ötvözött stroncium-oxidból készülnek. Két ritkaföldfém mágnes a szamárium-kobalt, amely tartalmaz szamárium-kobalt ötvözetet nyomelemekkel (vas, réz, cirkónia), és neodímium-vas-bór mágnes.
A mágnesek és a mágnesesség meghatározása
Minden olyan tárgy, amely mágneses teret produkál és kölcsönhatásba lép más mágneses mezőkkel, mágnes. A mágneseknek pozitív vége vagy pólusa és negatív vége vagy pólusa van. A mágnesmező vonalai a pozitív pólusról (más néven északi pólusról) a negatív (déli) pólusra mozognak. A mágnesesség két mágnes kölcsönhatására utal. Az ellentétek vonzanak, így a mágnes pozitív pólusa és egy másik mágnes negatív pólusa vonzza egymást.
A mágnesek típusai
Három általános típusú mágnes létezik: állandó mágnesek, ideiglenes mágnesek és elektromágnesek. Az állandó mágnesek hosszú ideig megőrzik mágneses minőségüket. Az ideiglenes mágnesek gyorsan elveszítik mágnesességüket. Az elektromágnesek elektromos áramot használnak a mágneses mező létrehozásához.
Állandó mágnesek
Az állandó mágnesek hosszú ideig megőrzik mágneses tulajdonságukat. Az állandó mágnesek változásai a mágnes erejétől és a mágnes összetételétől függenek. A változások általában a hőmérséklet változásai miatt következnek be (általában növekvő hőmérséklet). A Curie-hőmérsékletre melegített mágnesek véglegesen elveszítik mágneses tulajdonságukat, mert az atomok elmozdulnak a mágneses hatást kiváltó konfigurációból. A felfedező Pierre Curie-ről elnevezett Curie-hőmérséklet a mágneses anyagtól függően változik.
A magnetit, a természetben előforduló állandó mágnes, gyenge mágnes. Erősebb állandó mágnesek az Alnico, a neodímium vas-bór, a szamárium-kobalt, valamint a kerámia vagy ferrit mágnesek. Ezek a mágnesek mind megfelelnek az állandó mágnes meghatározásának követelményeinek.
Magnetit
A magnetit, más néven lodestone, iránytűket biztosított a felfedezőktől, a kínai jade vadászoktól kezdve a világutazókig. Az ásványi magnetit akkor keletkezik, amikor a vasat alacsony oxigéntartalmú atmoszférában melegítik, és így a vas vas-vegyületet kapják3O4. A magnetit darabjai iránytűként szolgálnak. Az iránytű kb. Ie 250-ig nyúlik vissza. Kínában, ahol déli mutatónak hívták őket.
Alnico ötvözetű mágnesek
Az Alnico mágnesek általában használt mágnesek, amelyek 35% alumínium (Al) és 35% nikkel vegyületből készülnek (Ni) és 15% kobalt (Co) 7% alumíniummal (Al), 4% rézzel (Cu) és 4% titánnal (Ti). Ezeket a mágneseket az 1930-as években fejlesztették ki, és a 1940-es években váltak népszerűvé. A hőmérséklet kevésbé befolyásolja az Alnico mágneseket, mint más mesterségesen létrehozott mágnesek. Az Alnico mágneseket azonban könnyebben lehet mágnesezni, ezért az Alnico rúd- és patkómágneseket megfelelően kell tárolni, hogy ne legyenek mágnesesek.
Az Alnico mágneseket sokféleképpen használják, különösen az audio rendszerekben, például a hangszórókban és a mikrofonokban. Az Alnico mágnesek előnyei közé tartozik a magas korrózióállóság, a nagy fizikai szilárdság (ne aprítson, ne repedjen fel vagy törjön össze könnyen) és a magas hőmérsékleti ellenállás (legfeljebb 540 Celsius fok). A hátrányok közé tartozik a gyengébb mágneses húzás, mint más mesterséges mágneseknél.
Kerámia (ferrit) mágnesek
Az 1950-es években új mágnescsoportot fejlesztettek ki. A kemény hatszögletű ferritek, más néven kerámiamágnesek, vékonyabb szeletekre vághatók, és alacsony szintű mágneses mezőknek vannak kitéve anélkül, hogy elveszítenék mágneses tulajdonságukat. Ezek elkészítése olcsó is. A molekuláris hatszögletű ferrit szerkezet mindkét vas-oxiddal ötvözött bárium-oxidban (BaO ∙ 6Fe) fordul elő2O3) és vas-oxiddal ötvözött stroncium-oxid (SrO ∙ 6Fe2O3). A stroncium (Sr) ferrit valamivel jobb mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A leggyakrabban használt állandó mágnesek a ferrit (kerámia) mágnesek. A költség mellett a kerámiamágnesek előnyei közé tartozik a jó mágnesezési és magas korrózióállóság. Ezek azonban törékenyek és könnyen eltörnek.
Szamárium-kobalt mágnesek
A szamárium-kobalt mágneseket 1967-ben fejlesztették ki. Ezek a mágnesek SmCo molekuláris összetételűek5, lett az első kereskedelmi forgalomban kapható ritkaföldfém és átmenetifém állandó mágnes. 1976-ban kifejlesztettek egy szamárium-kobalt ötvözetet nyomelemekkel (vas, réz és cirkon), molekuláris szerkezete Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17. Ezeknek a mágneseknek nagy lehetőségük van magasabb hőmérsékletű alkalmazásokban, körülbelül 500 C-ig, de az anyagok magas költsége korlátozza az ilyen típusú mágnesek használatát. A szamárium még a ritkaföldfém elemek között is ritka, a kobalt pedig stratégiai fémnek minősül, ezért a készletet ellenőrzik.
A szamárium-kobalt mágnesek nedves körülmények között jól működnek. További előnyei a magas hőállóság, az alacsony hőmérsékletekkel szembeni ellenállás (-273 C) és a magas korrózióállóság. A kerámiamágnesekhez hasonlóan a szamárium-kobaltmágnesek is törékenyek. Ezek, mint említettük, drágábbak.
Neodímium vas-bór mágnesek
A neodímium vas-bór (NdFeB vagy NIB) mágneseket 1983-ban találták ki. Ezek a mágnesek 70% vasat, 5% bórt és 25% neodímiumot tartalmaznak, amely ritkaföldfém elem. A NIB mágnesek gyorsan korrodálódnak, ezért a gyártási folyamat során védőbevonatot, általában nikkelt kapnak. A nikkel helyett alumínium, cink vagy epoxigyanta bevonatok használhatók.
Bár az NIB mágnesek a legerősebb ismert állandó mágnesek, a Curie hőmérsékletük is a legalacsonyabb, körülbelül 350 C (egyes források szerint akár 80 C is), más állandó mágneseknél. Ez az alacsony Curie-hőmérséklet korlátozza ipari felhasználásukat. A neodímium vas-bór mágnesek a háztartási elektronika, beleértve a mobiltelefonokat és a számítógépeket is, alapvető részévé váltak. A neodímium-vas-bór mágneseket a mágneses rezonancia képalkotó (MRI) gépekben is használják.
A NIB mágnesek előnyei közé tartozik a teljesítmény-tömeg arány (akár 1300-szoros), az embernek kényelmes hőmérsékleten történő magas mágnesezéssel szembeni ellenálló képesség és a költséghatékonyság. A hátrányok közé tartozik a mágnesesség elvesztése alacsonyabb Curie hőmérsékleten, alacsony korrózióállóság (ha a pl. sérült) és törékenység (más mágnesekkel hirtelen ütközéskor megrepedhet, megrepedhet vagy megrepedhet) fémek. (Lásd: Resources for Magnetic Fruit, egy tevékenység, amely NIB mágneseket használ.)
Ideiglenes mágnesek
Az ideiglenes mágnesek az úgynevezett lágy vasanyagokból állnak. A puha vas azt jelenti, hogy az atomok és az elektronok képesek egymáshoz igazodni a vasban, egy ideig mágnesként viselkedve. A mágneses fémek listája körmöket, gemkapcsokat és egyéb vasat tartalmazó anyagokat tartalmaz. Az ideiglenes mágnesek mágnessé válnak, ha mágneses mezőnek vannak kitéve vagy abban helyezkednek el. Például egy mágnes által dörzsölt tű ideiglenes mágnessé válik, mert a mágnes hatására az elektronok a tűn belül egymáshoz igazodnak. Ha a mágneses mező vagy a mágnesnek való kitettség elég erős, akkor a puha vasak állandó mágnessé válhatnak, legalábbis addig, amíg a hő, a sokk vagy az idő miatt az atomok elveszítik az irányukat.
Elektromágnesek
A harmadik típusú mágnes akkor fordul elő, amikor az elektromosság átmegy egy vezetéken. A vezeték puha vasmag köré tekerése felerősíti a mágneses tér erősségét. Az áram növelése növeli a mágneses tér erősségét. Amikor a villany áramlik át a vezetéken, a mágnes működik. Állítsa le az elektronok áramlását, és a mágneses mező összeomlik. (Lásd az elektromágnesesség PhET-szimulációjának forrásait.)
A világ legnagyobb mágnese
A világ legnagyobb mágnese valójában a Föld. A Föld szilárd vas-nikkel belső magja, amely a folyékony vas-nikkel külső magban forog, dinamóként viselkedik, mágneses teret generálva. A gyenge mágneses mező úgy működik, mint egy rúdmágnes, amelyet a Föld tengelyétől körülbelül 11 fokkal döntöttek meg. Ennek a mágneses mezőnek az északi vége a rúdmágnes déli pólusa. Mivel az ellentétes mágneses mezők vonzzák egymást, a mágneses iránytű északi vége a Föld mágneses mezőjének déli végére mutat az északi pólus közelében (fogalmazva) másik módon a Föld déli mágneses pólusa valójában a földrajzi északi pólus közelében helyezkedik el, bár gyakran látni fogja azt a déli mágneses pólust, amelyet északi mágneses pólus).
A Föld mágneses tere generálja a Földet körülvevő magnetoszférát. A napszélnek a magnetoszférával való kölcsönhatása okozza az északi és déli fényeket, amelyek Aurora Borealis és Aurora Australis néven ismertek.
A Föld mágneses tere a lávafolyásokban lévő vasásványokra is hatással van. A lávában lévő vasásványok igazodnak a Föld mágneses mezőjéhez. Ezek az összehangolt ásványok a helyükre fagynak, amikor a láva lehűl. Az atlanti-óceán középső gerincének két oldalán található bazaltfolyások mágneses beállásának vizsgálata biztosítja bizonyíték nemcsak a Föld mágneses mezőjének megfordulására, hanem a lemez elméletére is tektonika.