Hva er magneter laget av?

Magneter virker mystiske. Usynlige krefter trekker magnetiske materialer sammen eller skyver dem fra hverandre med en magnet. Jo sterkere magneter, jo sterkere er tiltrekningen eller frastøtingen. Og selvfølgelig er jorden selv en magnet. Mens noen magneter er laget av stål, finnes det andre typer magneter.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Magnetitt er et naturlig magnetisk mineral. Den roterende jordkjernen genererer et magnetfelt. Alnico-magneter er laget av aluminium, nikkel og kobolt med mindre mengder aluminium, kobber og titan. Keramiske magneter eller ferrittmagneter er laget av enten bariumoksid eller strontiumoksyd legert med jernoksid. To sjeldne jordsmagneter er samarium-kobolt, som inneholder en legering av samarium-kobolt med sporstoffer (jern, kobber, zirkon) og neodym-jernbor-magneter.

Ethvert objekt som produserer et magnetfelt og samhandler med andre magnetfelt er en magnet. Magneter har en positiv ende eller pol og en negativ ende eller pol. Linjene til magnetfeltet beveger seg fra den positive polen (også kalt nordpolen) til den negative (sør) polen. Magnetisme refererer til samspillet mellom to magneter. Motsetninger tiltrekker seg, så den positive polen til en magnet og den negative polen til en annen magnet tiltrekker hverandre.

Tre generelle typer magneter eksisterer: permanente magneter, midlertidige magneter og elektromagneter. Permanente magneter beholder sin magnetiske kvalitet over lange perioder. Midlertidige magneter mister magnetismen raskt. Elektromagneter bruker elektrisk strøm for å generere et magnetfelt.

Permanente magneter holder sine magnetiske egenskaper i lange perioder. Endringer i permanente magneter avhenger av magnetens styrke og magnets sammensetning. Endringer skjer vanligvis på grunn av endringer i temperaturen (vanligvis økende temperatur). Magneter oppvarmet til Curie-temperaturen mister permanent sin magnetiske egenskap fordi atomene skifter ut av konfigurasjonen som forårsaker den magnetiske effekten. Curie-temperaturen, oppkalt etter oppdageren Pierre Curie, varierer avhengig av magnetisk materiale.

Magnetitt, en naturlig forekommende permanentmagnet, er en svak magnet. Sterkere permanente magneter er Alnico, neodymiumbor, samarium-kobolt og keramiske eller ferrittmagneter. Disse magnetene oppfyller alle kravene i definisjonen av permanentmagnet.

Magnetitt

Magnetitt, også kalt lodestone, ga kompassnåler fra oppdagelsesreisende, alt fra kinesiske jadejegere til verdensreisende. Mineralmagnetitten dannes når jern varmes opp i en oksygenfattig atmosfære, noe som resulterer i jernoksidforbindelsen Fe₃O₄. Fliser av magnetitt fungerer som kompasser. Kompass dateres tilbake til ca 250 f.Kr. i Kina, der de ble kalt sørpekere.

Alnico legeringsmagneter

Alnico-magneter er ofte brukte magneter laget av en forbindelse av 35 prosent aluminium (Al), 35 prosent nikkel (Ni) og 15 prosent kobolt (Co) med 7 prosent aluminium (Al), 4 prosent kobber (Cu) og 4 prosent titan (Ti). Disse magnetene ble utviklet på 1930-tallet og ble populære på 1940-tallet. Temperaturen har mindre effekt på Alnico-magneter enn andre kunstig opprettede magneter. Alnico-magneter kan imidlertid demagnetiseres lettere, så Alnico bar- og hestesko-magneter må lagres ordentlig slik at de ikke blir demagnetiserte.

Alnico-magneter brukes på mange måter, spesielt i lydsystemer som høyttalere og mikrofoner. Fordelene med Alnico-magneter inkluderer høy korrosjonsbestandighet, høy fysisk styrke (ikke sprekker, sprekker eller knekker lett) og motstand mot høy temperatur (opptil 540 grader Celsius). Ulemper inkluderer svakere magnetisk trekk enn andre kunstige magneter.

Keramiske (ferrit) magneter

På 1950-tallet ble det utviklet en ny gruppe magneter. Harde sekskantede ferritter, også kalt keramiske magneter, kan kuttes i tynnere skiver og utsettes for demagnetiserende felt på lavt nivå uten å miste magnetiske egenskaper. De er også billige å lage. Den molekylære sekskantede ferrittstrukturen forekommer i både bariumoksyd legert med jernoksid (BaO ∙ 6Fe₂O₃) og strontiumoksyd legert med jernoksid (SrO ∙ 6Fe₂O₃). Strontium (Sr) ferrit har litt bedre magnetiske egenskaper. De mest brukte permanente magneter er ferritt (keramiske) magneter. Foruten kostnader inkluderer fordelene med keramiske magneter å ha god demagnetiseringsmotstand og høy korrosjonsbestandighet. De er imidlertid sprø og går lett i stykker.

Samarium-koboltmagneter

Samarium-koboltmagneter ble utviklet i 1967. Disse magneter, med en molekylær sammensetning av SmCo₅ble den første kommersielle magneten med sjeldne jordarter og overgangsmetaller. I 1976 ble det utviklet en legering av samariumkobalt med sporstoffer (jern, kobber og zirkon), med en molekylær struktur av Sm₂(Co, Fe, Cu, Zr)₁₇. Disse magneter har stort potensiale for bruk i applikasjoner med høyere temperaturer, opp til omtrent 500 C, men de høye materialkostnadene begrenser bruken av denne typen magnet. Samarium er sjelden selv blant de sjeldne jordelementene, og kobolt er klassifisert som et strategisk metall, så forsyningene blir kontrollert.

Samarium-koboltmagneter fungerer bra under fuktige forhold. Andre fordeler inkluderer høy varmebestandighet, motstand mot lave temperaturer (-273 C) og høy korrosjonsbestandighet. Som keramiske magneter er imidlertid samarium-koboltmagneter sprø. De er som sagt dyrere.

Neodymium jernbor magneter

Neodym jernbor (NdFeB eller NIB) magneter ble oppfunnet i 1983. Disse magneter inneholder 70 prosent jern, 5 prosent bor og 25 prosent neodym, et sjeldent jordelement. NIB-magneter korroderer raskt, slik at de får et beskyttende belegg, vanligvis nikkel, under produksjonsprosessen. Belegg av aluminium, sink eller epoksyharpiks kan brukes i stedet for nikkel.

Selv om NIB-magneter er de sterkeste kjente permanente magneter, har de også den laveste Curie-temperaturen, rundt 350 C (noen kilder sier så lave som 80 C), av andre permanente magneter. Denne lave Curie-temperaturen begrenser deres industrielle bruk. Neodym jernbormagneter har blitt en viktig del av husholdningselektronikk, inkludert mobiltelefoner og datamaskiner. Neodym jernbormagneter brukes også i MR-maskiner.

Fordelene med NIB-magneter inkluderer forholdet mellom vekt og vekt (opptil 1300 ganger), høy motstand mot demagnetisering ved behagelige temperaturer og kostnadseffektivitet. Ulemper inkluderer tap av magnetisme ved lavere Curie temperaturer, lav korrosjonsbestandighet (hvis plating er skadet) og sprøhet (kan knekke, sprekke eller flis ved plutselige kollisjoner med andre magneter eller metaller. (Se Ressurser for magnetisk frukt, en aktivitet som bruker NIB-magneter.)

Midlertidige magneter består av det som kalles myke jernmaterialer. Mykt jern betyr at atomene og elektronene er i stand til å justeres i jernet og oppfører seg som en magnet en periode. Listen over magnetiske metaller inneholder negler, binders og andre materialer som inneholder jern. Midlertidige magneter blir magneter når de utsettes for eller plasseres i et magnetfelt. For eksempel blir en nål som gnides av en magnet en midlertidig magnet fordi magneten får elektronene til å rette seg inn i nålen. Hvis magnetfeltet eller eksponeringen for magneten er sterk nok, kan myke strykejern bli permanente magneter, i det minste til varme, støt eller tid får atomene til å miste justeringen.

Den tredje typen magnet oppstår når elektrisitet passerer gjennom en ledning. Å pakke ledningen rundt en kjerne av mykt jern forsterker styrken til magnetfeltet. Å øke elektrisiteten øker magnetfeltets styrke. Når elektrisitet strømmer gjennom ledningen, fungerer magneten. Stopp strømmen av elektroner og magnetfeltet kollapser. (Se Ressurser for en PhET-simulering av elektromagnetisme.)

Verdens største magnet er faktisk Jorden. Jordens indre jern-nikkel indre kjerne som spinner i den flytende jern-nikkel ytre kjernen oppfører seg som en dynamo, og genererer et magnetfelt. Det svake magnetfeltet fungerer som en stavmagnet vippet omtrent 11 grader fra jordaksen. Nordenden av dette magnetfeltet er sydpolen til stavmagneten. Siden motsatte magnetfelt tiltrekker seg hverandre, peker den nordlige enden av et magnetkompass mot den sørlige enden av jordens magnetfelt som ligger nær nordpolen (for å si det en annen måte, jordens sørmagnetpol ligger faktisk i nærheten av den geografiske nordpolen, selv om du ofte vil se den sørmagnetpolen merket som den nordmagnetiske stang).

Jordens magnetfelt genererer magnetosfæren som omgir jorden. Samspillet mellom solvinden og magnetosfæren forårsaker nord- og sørlys kjent som Aurora Borealis og Aurora Australis.

Jordens magnetfelt påvirker også jernmineralene i lavastrømmer. Jernmineralene i lava stemmer overens med jordens magnetfelt. Disse justerte mineralene "fryser" på plass når lavaen avkjøles. Studier av magnetiske justeringer i basaltstrømmer på hver side av den midtatlantiske ryggen bevis ikke bare for reverseringer av jordens magnetfelt, men også for teorien om plate tektonikk.