Kaj povzroča različne prednosti magnetov?

Marsikdo pozna magnete, ker imajo na kuhinjskem hladilniku pogosto okrasne magnete. Vendar imajo magneti številne praktične namene poleg dekoracije in mnogi vplivajo na naše vsakdanje življenje, ne da bi to sploh vedeli.

Veliko je vprašanj o delovanju magnetov in drugih splošnih vprašanj o magnetizmu. Vendar odgovoriti na večino teh vprašanj in razumeti, kako različni magneti so lahko različni jakosti magnetnih polj je pomembno razumeti, kaj je magnetno polje in kako je proizvedeno.

Magnetno polje je sila, ki deluje na naelektren delec, in enačba za to interakcijo jeLorentzov zakon o sili.Polna enačba za siloelektrično polje​ ​Ein amagnetno polje Bna delcu z nabojemqin hitrostivpodaja:

Ne pozabite tega, ker silaF, poljaEinBin hitrostvso vsi vektorji,×operacija jevektorski navzkrižni izdelek, ne množenje.

Magnetna polja nastajajo s premikanjem nabitih delcev, ki jih pogosto imenujemoelektrični tok. Pogosti viri magnetnih polj iz električnega toka so elektromagneti, kot so preprosta žica, žica v zanki in več zank žice v nizu, ki se imenuje

Kaže, da ti magneti na hladilniku nimajo tekočih tokov ali virov napajanja. Kako to deluje?

Trajni magnet je kosferomagnetni materialki ima lastno lastnost, ki ustvarja magnetno polje. Notranji učinek, ki ustvarja magnetno polje, je elektronski spin in poravnava teh spinov ustvarja magnetne domene. Rezultat teh domen je neto magnetno polje.

Feromagnetni materiali imajo običajno naravno urejenost domen v svoji naravni obliki, ki jo je mogoče zlahka poravnati z zunanjim magnetnim poljem. Tako so feromagnetni magneti ponavadi magnetni, če jih najdemo v naravi in ​​zlahka ohranijo svoje magnetne lastnosti.

​Diamagnetni materialiso podobni feromagnetnim materialom in lahko ustvarijo magnetno polje, če ga najdemo v naravi, vendar se na zunanja polja odzivajo drugače. Diamagnetni material bo ustvaril nasprotno usmerjeno magnetno polje ob prisotnosti zunanjega polja. Ta učinek lahko omeji želeno moč magneta.

​Paramagnetni materialiso magnetni le v prisotnosti zunanjega, poravnanega magnetnega polja in so ponavadi dokaj šibki.

Kot smo že omenili, so stalni magneti sestavljeni iz magnetnih domen, ki se naključno poravnajo. Znotraj vsake domene obstaja določena stopnja urejenosti, ki ustvarja magnetno polje. Interakcija vseh domen v enem kosu feromagnetnega materiala torej ustvari celotno ali neto magnetno polje za magnet.

Če so domene naključno poravnane, je verjetno, da obstaja zelo majhno ali dejansko nič magnetno polje. Če pa se zunanje magnetno polje približa neurejenemu magnetu, se domene začnejo poravnavati. Oddaljenost polja za poravnavo do domen bo vplivala na splošno poravnavo in s tem na nastalo neto magnetno polje.

Če dalj časa pustite feromagnetni material v zunanjem magnetnem polju, lahko to pomaga pri dokončanju naročila in povečanju proizvedenega magnetnega polja. Podobno lahko neto magnetno polje trajnega magneta zmanjšamo z vnašanjem več naključnih ali motečih magnetnih polj, ki lahko napačno poravnajo domene in zmanjšajo neto magnetno polje.

Ali velikost magneta vpliva na njegovo moč? Kratek odgovor je pritrdilen, vendar le zato, ker velikost magneta pomeni, da obstajajo sorazmerno več domen, ki se lahko poravnajo in ustvarijo močnejše magnetno polje kot manjši del istega material. Če pa je dolžina magneta zelo dolga, obstaja večja verjetnost, da bodo blodna magnetna polja napačno poravnala domene in zmanjšala neto magnetno polje.

Drug dejavnik, ki prispeva moč magnetatemperatura. Leta 1895 je francoski fizik Pierre Curie ugotovil, da imajo magnetni materiali temperaturno mejo, pri kateri se njihove magnetne lastnosti lahko spremenijo. Natančneje, tudi domene se ne poravnajo več, zato tedenska poravnava domen vodi v šibko neto magnetno polje.

Za železo je temperatura Curieja okoli 1418 stopinj Fahrenheita. Za magnetit je okoli 1060 stopinj Celzija. Upoštevajte, da so te temperature bistveno nižje od njihovih tališč. Tako lahko temperatura magneta vpliva na njegovo moč.

Drugačna kategorija magnetov jeelektromagneti, ki so v bistvu magneti, ki jih je mogoče vklopiti in izklopiti.

Najpogostejši elektromagnet, ki se uporablja v različnih industrijskih aplikacijah, je elektromagnet. Elektromagnet je niz trenutnih zank, ki imajo za posledico enakomerno polje v središču zank. To je posledica dejstva, da vsaka posamezna tokovna zanka ustvari krožno magnetno polje okoli žice. Z namestitvijo več zaporedno, superpozicija magnetnih polj ustvari ravno, enakomerno polje skozi središče zank.

Enačba za velikost magnetnega polja magnetnega polja je preprosto:B = μ₀nI, kjeμ₀ je prepustnost prostega prostora,nje število trenutnih zank na dolžino enote injazje tok, ki teče skozi njih. Smer magnetnega polja določa pravilo desne strani in smer toka toka, zato jo je mogoče obrniti z obračanjem smeri toka.

Zelo enostavno je videti, da je moč magnetnega ventila mogoče prilagoditi na dva glavna načina. Najprej se lahko poveča tok skozi elektromagnet. Čeprav se zdi, da je tok mogoče poljubno povečati, lahko obstajajo omejitve glede napajanja ali odpornosti tokokroga, kar lahko povzroči preveliko napetost.

Zato je varnejši način za povečanje magnetne jakosti elektromagneta povečanje števila tokovnih zank. Magnetno polje se očitno sorazmerno povečuje. Edina omejitev v tem primeru je lahko količina razpoložljive žice ali prostorske omejitve, če je magnetni magnet predolg zaradi števila trenutnih zank.

Poleg elektromagnetov obstaja še veliko elektromagnetov, vendar imajo vsi enake splošne lastnosti: njihova moč je sorazmerna s trenutnim tokom.

Elektromagneti so povsod prisotni in imajo veliko uporab. Pogost in zelo preprost primer elektromagneta, natančneje solenoida, je zvočnik. Zaradi spremenljivega toka skozi zvočnik se moč magnetnega polja magnetnega polja povečuje in zmanjšuje.

Ko se to zgodi, je na en konec magnetnega polja in na vibrirajočo površino nameščen še en magnet, natančneje stalni magnet. Ko se magnetno polje zaradi spreminjajočega se magnetnega polja privlači in odbija, se vibrirajoča površina potegne in potisne, kar ustvarja zvok.

Zvočniki boljše kakovosti uporabljajo visokokakovostne solenoide, trajne magnete in vibrirajoče površine, da ustvarijo kakovostnejši zvok.

Največji magnet na svetu je zemlja sama! Kot smo že omenili, ima zemlja magnetno polje, ki je posledica tokov, ustvarjenih v jedru zemlje. Čeprav to ni zelo močno magnetno polje v primerjavi z mnogimi majhnimi ročnimi magneti ali nekoč uporabljenimi v pospeševalcih delcev, je Zemlja ena največjih magnetov, ki jih poznamo!

Drug zanimiv magnetni material je magnetit. Magnetit je železova ruda, ki ni le zelo pogosta, temveč je mineral z največjo vsebnostjo železa. Včasih se imenuje lodestone zaradi svoje edinstvene lastnosti, da ima magnetno polje, ki je vedno poravnano z zemeljskim magnetnim poljem. Kot tak je bil uporabljen kot magnetni kompas že leta 300 pr.