Prečo magnety fungujú lepšie, keď sú studené?

Zvýšenie účinnosti magnetov, či už ide o umelo vyrobené supravodivé magnety alebo kusy železa, je možné dosiahnuť zmenou teploty materiálu alebo zariadenia. Pochopenie mechaniky toku elektrónov a elektromagnetickej interakcie umožňuje vedcom a inžinierom vytvoriť tieto silné magnety. Bez schopnosti vylepšiť magnetické polia znížením teploty by boli užitočné vysokovýkonné magnety, aké sa používajú napríklad v prístrojoch MR, mimo dosahu.

Aktuálne

Parameter, ktorý popisuje pohyblivý náboj, sa nazýva prúd. Magnetické pole sa vytvára, keď sa prúd pohybuje cez materiál. Zvyšovanie prúdu generuje silnejšie magnetické pole. Pre väčšinu materiálov je nabitou časticou v pohybe elektrón. V prípade niektorých magnetov, napríklad permanentných magnetov, sú tieto pohyby veľmi malé a vyskytujú sa v atómoch materiálu. V elektromagnetoch nastáva pohyb, keď elektróny prechádzajú drôtenou cievkou.

Zvyšujúci sa prúd

Zvyšovanie náboja častice alebo rýchlosti, ktorou sa pohybuje, zvyšuje prúd. Pre zvýšenie alebo zníženie náboja elektrónu sa nedá urobiť veľa - jeho hodnota je konštantná. Čo sa však dá urobiť, je zvýšenie rýchlosti, ktorou sa elektrón pohybuje, a to sa dá dosiahnuť znížením odporu.

Odpor

Odpor, ako už z tohto slova vyplýva, bráni toku prúdu. Každý materiál má svoju vlastnú hodnotu odporu. Napríklad meď sa používa na elektrické vedenie, pretože má veľmi nízky odpor, zatiaľ čo blok z dreva má veľmi vysoký odpor a zlý vodič. Najjednoduchší spôsob, ako zmeniť odpor materiálu, je zmeniť jeho teplotu.

Teplota

Odpor závisí priamo od teploty - čím nižšia je teplota materiálu, tým nižší je odpor. Tento efekt zvyšuje prúd, a tým aj silu magnetického poľa. Zníženie teploty vodivých materiálov je najjednoduchší a najefektívnejší spôsob výroby dnes výkonných magnetov.

Supravodiče

Niektoré materiály majú teploty, pri ktorých odpor klesá takmer na nulu. Vďaka tomu je prúd takmer presne úmerný napätiu a vytvára sa veľmi silné magnetické pole. Tieto materiály sú známe ako supravodiče. Podľa Physics for Scientist and Engineers je známy zoznam týchto materiálov v tisícoch. Na základe tohto princípu laboratórium vysokého magnetického poľa na univerzite Radboud v holandskom Nijmegene, ovláda magnet, ktorý je taký silný, že bežne nemagnetické predmety, ako napríklad žaba, možno levitovať v magnetickom poli lúka.

  • Zdieľam
instagram viewer