მაგნიტები. ისინი მაცივარზე გაქვთ, ბავშვობაში გითამაშიათ, კომპასიც კი გქონდათ ხელში, რადგან კომპასის ნემსი მიუთითებდა დედამიწის მაგნიტურ ჩრდილოეთ პოლუსზე. როგორ მუშაობს ისინი? რა არის მაგნეტიზმის ეს ფენომენი?
რა არის მაგნეტიზმი?
მაგნეტიზმი არის ფუნდამენტური ელექტრომაგნიტური ძალის ერთ-ერთი ასპექტი. იგი აღწერს ფენომენებს და ძალებს, რომლებიც დაკავშირებულია მაგნიტებთან ან მაგნიტურ ობიექტებთან.
ყველა მაგნიტური ველი წარმოიქმნება მუხტის მოძრაობით ან ელექტრული ველების შეცვლით. ამიტომ ელექტროენერგიისა და მაგნეტიზმის ფენომენებს ერთობლივად ელექტრომაგნიტიზმი უწოდებენ. ისინი ნამდვილად ერთი და იგივეა!
ყველა მასალის ფარგლებში, ატომები შეიცავს ელექტრონებს და ეს ელექტრონები ქმნიან ღრუბელს ატომური ბირთვის გარშემო, მათი საერთო მოძრაობით იქმნება მინიატურული მაგნიტური დიპოლი. უმეტეს მასალებში, ამ მინი მაგნიტების ორიენტაციის შემთხვევითი განაწილება იწვევს ველების გაუქმებას. ფერომაგნიტური მასალები გამონაკლისია.
ბევრი მასალა ავლენს მაგნიტურ მოვლენებს, მათ შორის რკინას, მანგანუმს, მაგნეტიტს და კობალტს. ეს შეიძლება არსებობდეს როგორც მუდმივი მაგნიტი, ან შეიძლება იყოს პარამაგნიტური (ანუ იზიდავს მაგნიტური მასალები, მაგრამ თვითონ არ ინარჩუნებს მუდმივ მაგნიტიზმს). ელექტრომაგნიტები იქმნება ელექტრული დენის გავლით მავთულის ჭრილობით ისეთი მასალის გარშემო, როგორიცაა რკინა (ან ნებისმიერი სიტუაცია, რომელშიც მიმდინარეობს ელექტრული მუხტი).
მაგნიტურ მასალებს შეუძლიათ ერთმანეთის მიზიდვა ან ერთმანეთის მოგერიება, იმისდა მიხედვით, თუ ამ მასალების რომელი ნაწილია გაერთიანებული.
მაგნიტური ველები
ისევე როგორც ელექტრული ძალისა და გრავიტაციული ძალის შემთხვევაში, ობიექტები, რომლებიც ერთმანეთზე მაგნიტურ ძალებს ახდენენ, წარმოქმნიან მათ გარშემო ველს. მაგალითად, ბარის მაგნიტი ქმნის მაგნიტურ ველს მის გარშემო არსებულ სივრცეში, რის შედეგადაც ნებისმიერ სხვა მაგნიტმა ან ფერომაგნიტურმა მასალმა შემოიტანა ამ ველში ძალა.
მაგნიტური ველის ვიზუალიზაციის ერთ-ერთი გზაა რკინის ფილის გამოყენება. რკინის შევსება არის რკინის პატარა ნაჭრები, რომლებიც მაგნიტის გარშემო ასხურებენ, გარე მაგნიტური ველის ხაზებთან გასწორდება, რაც საშუალებას გაძლევთ წარმოიდგინოთ ისინი.
მაგნიტური ველის სიძლიერესთან დაკავშირებული SI ერთეული არის ტესლა.
1 \ text {Tesla} = 1 \ text {T} = 1 \ frac {\ text {kg}} {\ text {As} ^ 2} = \ frac {\ text {Vs}} {\ text {m} ^ 2} = \ frac {\ text {N}} {\ text {Am}}
მაგნიტური ველის სიძლიერესთან დაკავშირებული კიდევ ერთი საერთო ერთეული არის გაუსი.
1 გაუსი = 1 გ = 10-4 თ
მაგნეტიზმის ტიპები
არსებობს მრავალი სხვადასხვა სახის მაგნეტიზმი:
პარამაგნეტიზმიაღწერს გარკვეულ მასალებს, რომლებიც შეიძლება სუსტად მიიზიდონ მაგნიტებმა, მაგრამ თვითონ არ ინარჩუნებენ მუდმივ მაგნიტურ ველს. გარე ველის არსებობის შემთხვევაში, ისინი შექმნიან შინაგან, გამოწვეულ მაგნიტურ ველებს, რომლებიც გასწორდებიან. ამან შეიძლება გამოიწვიოს მაგნიტური ველის დროებითი გაძლიერება. არსებობს მრავალი სხვადასხვა სახის პარამაგნიტური მასალა, მათ შორის ზოგიერთი ძვირფასი ქვაც.
დიამაგნეტიზმიარის თვისება, რომელიც გამოიფინება ყველა მასალის მიერ, მაგრამ რაც, როგორც წესი, ყველაზე თვალსაჩინოა მასალებში, რომლებიც ჩვენ ვგონივართ, როგორც არა მაგნიტური. დიამაგნიტური მასალები ძალიან სუსტად მოიგერიებს მაგნიტური ველებით. მუდმივ მაგნიტებსა და პარამაგნიტურ მასალებში დიამაგნეტიზმის ეფექტი უმნიშვნელოა.
ელექტრომაგნეტიზმიხდება მაშინ, როდესაც ელექტრული დენი გადის მავთულში. ეს მავთული შეიძლება დაიხუროს რკინის ზოლზე, ეფექტის გასამდიდრებლად, რადგან რკინა შექმნის საკუთარ მაგნიტურ ველს, რომელიც გასწორდება გარე ველთან. მაგნეტიზმის ეს ფორმა არის პირდაპირი შედეგი იმისა, რომ ელექტრონების მოძრაობა ქმნის მაგნიტურ ველს. (ისევ და ისევ, ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი ერთი და იგივე ფუნდამენტური ფიზიკური თვისების ორი მხარეა!)
ფერომაგნეტიზმიაღწერს, თუ როგორ ქმნიან მუდმივ მაგნიტებს გარკვეული მასალები, ე.წ. ფერომაგნიტური მასალები, რომელთა შესახებ უფრო დეტალურად განვიხილავთ შემდეგ განყოფილებას.
ფერომაგნიტური მასალები
მასალებს, რომლებიც ძლიერად იზიდავს მაგნიტებს, ფერომაგნიტურს უწოდებენ. რკინა ამ ტიპის ყველაზე გავრცელებული მასალაა. (გასაკვირი არ არის ლათინური პრეფიქსიდან გამომდინარეფერო- ნიშნავს "რკინას")
ფერომაგნიტურ მასალებს აქვთ მაგნიტური დომენები. ეს არის რეგიონები, რომლებიც მაგნიტს ჰგავს, მაგრამ სხვადასხვა მიმართულებით არის ორიენტირებული, რომ საერთო ეფექტი გაუქმდეს და ისინი მაგნიტად არ იქცევიან. თუ ეს მასალები მოთავსებულია მაგნიტურ ველებში, ამან შეიძლება გამოიწვიოს დომენების გასწორება რომ ისინი ყველა ერთნაირი მიმართულებით არიან გასწორებული და, შესაბამისად, ისინი მაგნიტებივით ხდებიან (ხშირად დროებით) თვითონ.
ფერომაგნიტურ მასალებში შედის ლოდესტონი, რკინა, ნიკელი, კობალტი და იშვიათი მიწის სხვადასხვა მასალა, მათ შორის ნეოდიმი.
ბარის მაგნიტები, დიპოლები და მაგნიტური თვისებები
ბარის მაგნიტი არის მაგნიტური მასალის მართკუთხა ან ცილინდრული ბარი. ბარის მაგნიტის ბოლოები ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსებია. ეს არის მაგნიტური პოლუსის ორი ტიპი და ისინი ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ მაგნიტური ძალის მეშვეობით ისე, როგორც პოზიტიური და უარყოფითი მუხტები ურთიერთქმედებს ელექტრული ძალის მეშვეობით.
ბარის მაგნიტები მაგნიტური დიპოლია. მათ აქვთ მოპირდაპირე პოლუსები, რომლებიც დაშორებულია მანძილით, ელექტრული დიპოლის მსგავსი. ერთი ძირითადი განსხვავებაა ის, რომ მაგნიტების საშუალებით თქვენ ვერ გექნებათ მონოპოლი (იზოლირებული ბოძი), ისევე როგორც მუხტებით. მაგნიტი ყოველთვის არსებობს როგორც დიპოლი და არასდროს, როგორც ჩრდილოეთის პოლუსი თავისთავად ან სამხრეთ პოლუსი თავისთავად. (თუ ბარის მაგნიტს შუაზე გაჭრით და ბოძების გამოყოფას შეეცდებით, უბრალოდ ორი პატარა დიპოლარული მაგნიტით გამოგივათ!)
დედამიწის მაგნიტური ველი
როგორც მოგეხსენებათ, დედამიწას მაგნიტური ველი აქვს. ეს საშუალებას აძლევს ხალხს გამოიყენონ კომპასი, რომ განსაზღვრონ რომელი მიმართულების წინაშე დგანან ისინი ბოძების მიმართ. მაგნიტური კომპასი შედგება მცირე მაგნიტისგან, რომელსაც შეუძლია თავისუფლად იმოძრაოს და ნებისმიერ გარე ველთან გასწორდეს. კომპასის ნემსის წითელი დაბოლოება ჩრდილოეთისკენ მიემართება. დედამიწის მაგნიტური ველი გიგანტური ბარის მაგნიტის მსგავსად მოქმედებს. ეს წარმოსახვითი ბარის მაგნიტი ორიენტირებულია ისე, რომ მაგნიტის ჩრდილოეთი ბოლოს მდებარეობს დედამიწის სამხრეთ პოლუსზე და მაგნიტის სამხრეთ ბოლოში არის დედამიწის ჩრდილო პოლუსთან.
დედამიწის მაგნიტური ველი ასევე უმეტეს შემთხვევაში არ არის პარალელურად დედამიწის ზედაპირზე. თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ დედამიწის მაგნიტური ველის დახრილობა ნემსის გამოყენებით. ჯერ ჰორიზონტალურად მიმართეთ ნემსს და მიუერთეთ დედამიწის მაგნიტურ ჩრდილოეთთან. შემდეგ ჩართეთ ვერტიკალურად და დააკვირდით ჩაძირვის კუთხეს. კუთხე უფრო დიდია, ვიდრე პოლუსთან ახლოს ხარ.
დედამიწის მაგნიტური ველი ქმნის პლანეტის მიმდებარე სივრცის რეგიონს, რომელსაც მაგნეტოსფერო ეწოდება. მაგნეტოსფერო არსებითად ჰგავს დედამიწის ღერძთან ახლოს მდებარე ძალიან დიდი ზომის ბარი მაგნიტის მაგნიტურ ველს, თუმცა მაგნიტოსფეროს შეუძლია დეფორმირება მოახდინოს, რადგან ის ურთიერთქმედებს დამუხტულ ნაწილაკებთან.
მაგნიტოსფერო გვიცავს მზის ქარისგან, რომელიც შეიცავს დამუხტულ ნაწილაკებს. ურთიერთქმედება ამ ნაწილაკებსა და მაგნიტური ველის ხაზებს შორის წარმოშობს auroras- ს.
მაგალითები
მაგნეტიზმის ფენომენი გამოიყენება ყველანაირი ყოველდღიური გამოყენებისას.
ელექტრომაგნეტიზმის ფენომენი საშუალებას გვაძლევს ელექტრო გენერატორებში მექანიკური ენერგია გადავაქციოთ ელექტრულ ენერგიად. ელექტრო გენერატორები იყენებენ მექანიკურ საშუალებებს ტურბინის დასაბრუნებლად (ქარი, ან გამდინარე წყალი), რომელიც ცვლის მაგნიტურ ველს მავთულხლართებთან შედარებით და ახდენს დინების დენადობას.
ელექტროძრავები არსებითად ელექტრო გენერატორების საპირისპიროა, გარდასახვისთვის ელექტრომაგნეტიზმს იყენებენ ელექტროენერგია მექანიკურ ენერგიად, იქნება ეს დენის საბურღი, მიქსერი ან ელექტრო მანქანა
სამრეწველო ელექტრომაგნიტები არის გიგანტური მაგნიტები ძალიან ძლიერი მაგნიტური ველებით, რაც მათ საშუალებას აძლევს ძველი მანქანები აიღონ სკიპრიდის დროს.
MRI აპარატები იყენებენ ძლიერ მაგნიტურ ველებს თქვენი შინაგანი სურათების შესაქმნელად და ექიმებს საშუალებას აძლევს დიაგნოზირონ მთელი რიგი სამედიცინო მდგომარეობებისა.