Magnetizmas: apibrėžimas, tipai, savybės ir kaip jie veikia (su pavyzdžiais)

Magnetai. Jūs turite juos ant savo šaldytuvo, žaidėte su jais vaikystėje, net laikėte kompasą rankoje, kai kompaso adata parodė į magnetinį Žemės šiaurės ašigalį. Bet kaip jie veikia? Koks yra šis magnetizmo reiškinys?

Magnetizmas yra vienas pagrindinių elektromagnetinės jėgos aspektų. Jis apibūdina reiškinius ir jėgas, susijusias su magnetais ar magnetiniais objektais.

Visi magnetiniai laukai susidaro judant krūviui ar keičiant elektrinius laukus. Štai kodėl elektros ir magnetizmo reiškiniai bendrai vadinami elektromagnetizmu. Jie iš tikrųjų yra vienas ir tas pats!

Visose medžiagose atomuose yra elektronai, ir tie elektronai aplink atomo branduolį sudaro debesį, o jų bendras judesys sukuria miniatiūrinį magnetinį dipolį. Tačiau daugumoje medžiagų atsitiktinis šių mini magnetų orientacijų pasiskirstymas sukelia laukų naikinimą. Feromagnetinės medžiagos yra išimtis.

Daugelis medžiagų turi magnetinius reiškinius, įskaitant geležį, manganą, magnetitą ir kobaltą. Jie gali egzistuoti kaip nuolatiniai magnetai arba gali būti paramagnetiniai (t. Y. Traukia magnetines medžiagas, tačiau patys neišlaiko nuolatinio magnetizmo). Elektromagnetai sukuriami praleidžiant elektros srovę per laidą, suvyniotą aplink tokią medžiagą kaip geležis (arba bet kokioje situacijoje, kurioje yra judantis elektros krūvis).

Magnetinės medžiagos gali arba pritraukti, arba atstumti, priklausomai nuo to, kurios tų medžiagų dalys yra sujungtos.

Lygiai taip pat, kaip naudojant elektrinę jėgą ir gravitacinę jėgą, objektai, kurie vienas kitam daro magnetines jėgas, aplink juos kuria lauką. Pavyzdžiui, juostos magnetas sukuria magnetinį lauką aplink jį esančioje erdvėje, todėl visi kiti į tą lauką įnešti magnetai ar feromagnetinės medžiagos dėl to pajunta jėgą.

Vienas iš būdų vizualizuoti magnetinį lauką yra geležies drožlių naudojimas. Geležies drožlės yra maži geležies gabalėliai, kurie, pabarstyti aplink magnetą, susilygins su išorinio magnetinio lauko linijomis, leisdami juos vizualizuoti.

SI vienetas, susijęs su magnetinio lauko stiprumu, yra tesla.

Kitas įprastas vienetas, susijęs su magnetinio lauko stiprumu, yra gausas.

1 Gausas = 1 G = 10^-4 T

Yra daug įvairių magnetizmo tipų:

​Paragnetizmasaprašomos tam tikros medžiagos, kurias magnetai gali silpnai traukti, tačiau kurios patys neišlaiko nuolatinio magnetinio lauko. Esant išoriniam laukui, jie suformuos vidinius, sukeltus magnetinius laukus, kurie susilygins. Tai gali sukelti laikiną viso magnetinio lauko sustiprėjimą. Yra daug įvairių paramagnetinių medžiagų rūšių, net kai kurie brangakmeniai.

​Diamagnetizmasyra savybė, kurią demonstruoja visos medžiagos, tačiau kuri dažniausiai akivaizdi medžiagose, kurias laikome nemagnetinėmis. Diamagnetines medžiagas labai silpnai atstumia magnetiniai laukai. Nuolatiniuose magnetuose ir paramagnetinėse medžiagose diamagnetizmo poveikis yra nereikšmingas.

​Elektromagnetizmasatsiranda, kai elektros srovė praeina per laidą. Ta viela gali būti suvyniota aplink geležinę juostą, kad sustiprėtų efektas, nes geležis sukurs savo magnetinį lauką, kuris susilygins su išoriniu lauku. Ši magnetizmo forma yra tiesioginis to fakto rezultatas, kad elektronų judėjimas sukuria magnetinį lauką. (Vėlgi, elektra ir magnetizmas yra dvi tos pačios pagrindinės fizinės savybės pusės!)

​Feromagnetizmasaprašoma, kaip tam tikros medžiagos, vadinamos feromagnetinėmis medžiagomis, sudaro nuolatinius magnetus, kurie išsamiau aptariami kitame skyriuje.

Medžiagos, kurias stipriai traukia magnetai, vadinamos feromagnetinėmis. Geležis yra labiausiai paplitusi tokio tipo medžiaga. (Nenuostabu, nes lotyniškas priešdėlisferro- reiškia „geležis“)

Feromagnetinės medžiagos turi vadinamąsias magnetines sritis; tai yra regionai jų viduje, kurie yra tarsi magnetai, tačiau orientuoti į skirtingas puses, kad bendras poveikis išnyktų ir jie paprastai neveikia kaip magnetai. Tačiau jei šios medžiagos dedamos į magnetinius laukus, tai gali sukelti domenų išlyginimą kad jie visi sutapatinti ta pačia kryptimi ir todėl tampa (dažnai laikinai) panašūs į magnetus patys.

Feromagnetinėms medžiagoms priskiriamos lodenos, geležis, nikelis, kobaltas ir įvairios retųjų žemių medžiagos, įskaitant neodimį.

Strypo magnetas yra stačiakampis arba cilindrinis magnetinės medžiagos strypas. Strypo magneto galai yra šiaurės ir pietų poliai. Tai yra dviejų tipų magnetiniai poliai ir jie sąveikauja tarpusavyje per magnetinę jėgą panašiai kaip teigiami ir neigiami krūviai sąveikauja per elektrinę jėgą.

Juostiniai magnetai yra magnetiniai dipoliai. Jie turi priešingus polius, kuriuos skiria atstumas, panašus į elektrinį dipolį. Tačiau vienas pagrindinis skirtumas yra tas, kad naudojant magnetus negalima turėti monopolio (izoliuoto poliaus), kokio galite turėti su įkrovimais. Magnetas visada egzistuoja kaip dipolis ir niekada kaip šiaurės ašis ar pats pietų ašigalis. (Jei perpjausite juostos magnetą per pusę, kad pabandytumėte atskirti stulpus, paprasčiausiai gausite du mažesnius dipolinius magnetus!)

Kaip jūs tikriausiai žinote, Žemė turi magnetinį lauką. Tai leidžia žmonėms naudoti kompasus, kad nustatytų, kuria kryptimi jie yra nukreipti, palyginti su ašimis. Magnetinį kompasą sudaro mažas magnetas, kuris gali laisvai judėti ir lygiuotis į bet kurį išorinį lauką. Raudonas kompaso adatos galas nukreiptas į šiaurę. Žemės magnetinis laukas veikia kaip milžiniškas strypo magnetas. Šis įsivaizduojamas juostos magnetas yra orientuotas taip, kad šiaurinis magneto galas yra Žemės pietiniame ašyje, o pietinis magneto galas yra šiauriniame Žemės ašyje.

Žemės magnetinis laukas daugumoje vietų taip pat nėra lygiagretus Žemės paviršiui. Naudodami panardinimo adatą, galite nustatyti Žemės magnetinio lauko deklinaciją. Pirmiausia nukreipkite adatą horizontaliai ir sulygiuokite ją su magnetine Žemės šiaure. Tada pasukite vertikaliai ir stebėkite panirimo kampą. Kampas yra didesnis, tuo arčiau polių.

Žemės magnetinis laukas sukuria planetą supančią erdvės sritį, vadinamą magnetosfera. Magnetosfera iš esmės atrodo kaip labai didelio magnetinio lauko magnetinio lauko, išlyginto arti Žemės ašies, nors magnetosfera gali deformuotis, kai sąveikauja su įkrautomis dalelėmis.

Magnetosfera apsaugo mus nuo saulės vėjo, kuriame yra įkrautų dalelių. Sąveika tarp šių dalelių ir magnetinio lauko linijų yra tai, kas sukelia auroras.

Magnetizmo fenomenas yra naudojamas įvairiausiose kasdienėse programose.

Elektromagnetizmo reiškinys leidžia mums mechaninę energiją paversti elektros energija elektros generatoriuose. Elektros generatoriai naudoja mechanines priemones turbinai (pučiančiam vėjui ar tekančiam vandeniui) pasukti, kuri keičia magnetinį lauką, palyginti su vielos ritėmis, sukeldama srovę.

Elektriniai varikliai iš esmės yra priešingi elektros generatoriams, konversijai naudojant elektromagnetizmą elektros energiją paversti mechanine energija, nesvarbu, ar tai būtų elektrinis grąžtas, maišytuvas ar elektrinė transporto priemonės.

Pramoniniai elektromagnetai yra milžiniški magnetai, turintys labai stiprų magnetinį lauką, leidžiantį jiems paimti senas transporto priemones į laužą.

MRT aparatai naudoja stiprius magnetinius laukus, kad sukurtų jūsų vidų vaizdus ir leistų gydytojams diagnozuoti daugybę sveikatos sutrikimų.