Kas izraisa dažādu izturību magnētos?

Daudzi cilvēki ir pazīstami ar magnētiem, jo ​​viņu virtuves ledusskapī bieži ir dekoratīvi magnēti. Tomēr magnētiem ir daudz praktisku mērķu, izņemot dekorēšanu, un daudzi ietekmē mūsu ikdienas dzīvi, mums pat nezinot.

Ir daudz jautājumu par magnētu darbību un citiem vispārīgiem magnētisma jautājumiem. Tomēr, lai atbildētu uz lielāko daļu šo jautājumu un saprastu, kā dažādiem magnētiem var būt atšķirīgi magnētisko lauku stiprumiem, ir svarīgi saprast, kas ir magnētiskais lauks un kā tas ir ražots.

Magnētiskais lauks ir spēks, kas iedarbojas uz uzlādētu daļiņu, un šīs mijiedarbības vadošais vienādojums irLorenca spēka likums.Pilns vienādojums spēkamelektriskais lauks​ ​Eun amagnētiskais lauks Buz daļiņu ar lādiņuqun ātrumsvdod:

Atcerieties to, jo spēksF, laukiEunB, un ātrumsvir visi vektori,×darbība irvektora krustojuma produkts, nevis reizināšana.

Magnētiskie lauki rodas, pārvietojot lādētas daļiņas, kuras bieži sauc

Tomēr šķiet, ka šiem ledusskapja magnētiem nav plūstošu strāvu vai strāvas avotu. Kā tie darbojas?

Pastāvīgais magnēts ir gabalsferomagnētiskais materiālskam piemīt īpašība, kas rada magnētisko lauku. Iekšējais efekts, kas rada magnētisko lauku, ir elektronu griešanās, un šo griezienu izlīdzināšana rada magnētiskos domēnus. Šo domēnu rezultātā rodas neto magnētiskais lauks.

Ferromagnētiskajiem materiāliem parasti ir augsta domēnu sakārtotība dabiski sastopamajā formā, ko viegli var pilnībā izlīdzināt ar ārēju magnētisko lauku. Tādējādi feromagnētiskie magnēti, atrodoties dabā, mēdz būt magnētiski un viegli saglabāt savas magnētiskās īpašības.

​Diamagnētiskie materiāliir līdzīgi feromagnētiskajiem materiāliem un, atrodoties dabā, var radīt magnētisko lauku, bet uz ārējiem laukiem reaģē atšķirīgi. Diamagnētiskais materiāls radīs pretēji vērstu magnētisko lauku ārējā lauka klātbūtnē. Šis efekts varētu ierobežot vēlamo magnēta stiprumu.

​Paramagnētiskie materiāliir magnētiski tikai ārēja, izlīdzinoša magnētiskā lauka klātbūtnē, un mēdz būt diezgan vāji.

Kā minēts, pastāvīgie magnēti sastāv no magnētiskiem domēniem, kas izlīdzinās nejauši. Katrā domēnā pastāv zināma pakāpe, kas rada magnētisko lauku. Tāpēc visu domēnu mijiedarbība vienā feromagnētiskā materiāla gabalā rada magnētam kopējo jeb neto magnētisko lauku.

Ja domēni ir nejauši izlīdzināti, iespējams, ka magnētiskais lauks var būt ļoti mazs vai faktiski nulle. Tomēr, ja ārējais magnētiskais lauks tiek tuvināts nesakārtotajam magnētam, domēni sāks izlīdzināties. Līdzinošā lauka attālums līdz domēniem ietekmēs kopējo izlīdzināšanu un līdz ar to arī iegūto neto magnētisko lauku.

Ferromagnētiskā materiāla atstāšana ārējā magnētiskajā laukā uz ilgu laiku var palīdzēt pabeigt pasūtīšanu un palielināt saražoto magnētisko lauku. Līdzīgi pastāvīgā magnēta neto magnētisko lauku var samazināt, ieviešot vairākus nejaušus vai traucējošus magnētiskos laukus, kas var nepareizi saskaņot domēnus un samazināt neto magnētisko lauku.

Vai magnēta lielums ietekmē tā izturību? Īsā atbilde ir jā, bet tikai tāpēc, ka magnēta lielums nozīmē, ka tie ir proporcionāli vairāk domēnu, kas var izlīdzināties un radīt spēcīgāku magnētisko lauku nekā mazāks tā paša gabals materiāls. Tomēr, ja magnēta garums ir ļoti garš, pastāv lielāka iespēja, ka klaiņojošie magnētiskie lauki nepareizi izlīdzinās domēnus un samazinās neto magnētisko lauku.

Vēl viens veicinošais faktors ir magnēta stiprumstemperatūra. 1895. gadā franču fiziķis Pjērs Kirī noteica, ka magnētiskajiem materiāliem ir temperatūras pārtraukums, kurā to magnētiskās īpašības var mainīties. Konkrēti, domēni vairs nesaskaņo tik labi, tāpēc nedēļas domēnu līdzināšana noved pie vāja neto magnētiskā lauka.

Attiecībā uz dzelzi Kirī temperatūra ir aptuveni 1418 grādi pēc Fārenheita. Magnētam tas ir aptuveni 1060 grādi pēc Fārenheita. Ņemiet vērā, ka šīs temperatūras ir ievērojami zemākas par to kušanas temperatūru. Tādējādi magnēta temperatūra var ietekmēt tā izturību.

Ir atšķirīga magnētu kategorijaelektromagnēti, kas būtībā ir magnēti, kurus var ieslēgt un izslēgt.

Visizplatītākais elektromagnēts, ko izmanto dažādos rūpnieciskos nolūkos, ir solenoīds. Solenoīds ir virkne strāvu cilpu, kuru rezultātā cilpu centrā ir vienāds lauks. Tas ir saistīts ar faktu, ka katras atsevišķās strāvas cilpas ap vadu rada apļveida magnētisko lauku. Ievietojot vairākus virknē, magnētisko lauku uzlikšana rada taisnu, vienmērīgu lauku caur cilpu centru.

Solenoīdā magnētiskā lauka lieluma vienādojums ir vienkārši:B = μ₀nI, kurμ₀ ir brīvās vietas caurlaidība,nir pašreizējo cilpu skaits vienā garuma vienībā unEsir strāva, kas plūst caur tiem. Magnētiskā lauka virzienu nosaka labās puses likums un strāvas plūsmas virziens, un tāpēc to var mainīt, mainot strāvas virzienu.

Ir ļoti viegli redzēt, ka solenoīda stiprumu var noregulēt divos galvenajos veidos. Pirmkārt, strāvu caur solenoīdu var palielināt. Lai gan šķiet, ka strāvu var patvaļīgi palielināt, strāvas padevei vai ķēdes pretestībai var būt ierobežojumi, kas var izraisīt bojājumus, ja strāva tiek pārvilkta.

Tādēļ drošāks veids, kā palielināt solenoīda magnētisko izturību, ir palielināt strāvas cilpu skaitu. Magnētiskais lauks nepārprotami palielinās proporcionāli. Vienīgais ierobežojums šajā gadījumā var būt pieejamais vadu daudzums vai telpiskie ierobežojumi, ja solenoīds ir pārāk garš strāvas cilpu skaita dēļ.

Bez elektromagnētiem ir daudz dažādu elektromagnētu, taču tiem visiem ir viena un tā pati īpašība: to stiprums ir proporcionāls pašreizējai plūsmai.

Elektromagnēti ir visuresoši, un tiem ir daudz pielietojumu. Bieži sastopams un ļoti vienkāršs elektromagnēta, īpaši elektromagnēta, piemērs ir skaļrunis. Mainīgā strāva caur skaļruni izraisa solenoīda magnētiskā lauka stipruma palielināšanos un samazināšanos.

Kad tas notiek, solenoīda vienā galā un pret vibrējošu virsmu tiek novietots cits magnēts, īpaši pastāvīgais magnēts. Tā kā abi magnētiskie lauki piesaista un atgrūž mainīgā solenoīda lauka dēļ, vibrējošā virsma tiek vilkta un virzīta, radot skaņu.

Labākas kvalitātes skaļruņos tiek izmantoti augstas kvalitātes solenoīdi, pastāvīgie magnēti un vibrējošās virsmas, lai radītu augstākas kvalitātes skaņas izvadi.

Lielākais magnēts pasaulē ir pati zeme! Kā jau minēts, zemei ​​ir magnētiskais lauks, ko rada straumes, kas izveidotas ar zemes kodolu. Lai gan tas nav ļoti spēcīgs magnētiskais lauks salīdzinājumā ar daudziem maziem rokas magnētiem vai kādreiz izmantotajiem daļiņu paātrinātājos, zeme pati par sevi ir viens no lielākajiem magnētiem, par kuriem zinām!

Vēl viens interesants magnētiskais materiāls ir magnetīts. Magnetīts ir dzelzs rūda, kas ir ne tikai ļoti izplatīta, bet ir arī minerāls ar vislielāko dzelzs saturu. Dažreiz to sauc par kaļķakmeni, pateicoties tā unikālajai īpašībai, ka tam ir magnētiskais lauks, kas vienmēr ir saskaņots ar zemes magnētisko lauku. Kā tāds tas tika izmantots kā magnētiskais kompass jau 300. gadā pirms mūsu ēras.