Многи људи су упознати са магнетима јер на кухињском фрижидеру често имају украсне магнете. Међутим, магнети имају многе практичне сврхе, осим украшавања, и многи утичу на наш свакодневни живот, а да ми то ни не знамо.
Постоји пуно питања о томе како магнети раде и друга општа питања о магнетизму. Међутим, одговорити на већину ових питања и разумети како различити магнети могу имати различите јачине магнетних поља, важно је разумети шта је и како је магнетно поље произведено.
Шта је магнетно поље?
Магнетно поље је сила која делује на наелектрисану честицу, а једначина управљања за ову интеракцију јеЛорентзов закон о сили.Пуна једначина за силу анелектрично поље Е.и амагнетно поље Б.на честици са наелектрисањемки брзиневдаје:
\ вец {Ф} = к \ вец {Е} + к \ вец {в} \ пута \ вец {Б}.
Запамтите то јер силаФ, пољаЕ.иБ., и брзинавсу сви вектори,×операција јевекторски унакрсни производ, а не множење.
Магнетна поља настају померањем наелектрисаних честица, које се често називајуелектрична струја. Уобичајени извори магнетних поља од електричне струје су електромагнети, попут једноставне жице, жице у петљи и неколико петљи жице у низу који се назива
соленоид. Земљино магнетно поље је такође узроковано кретањем наелектрисаних честица у језгру.Међутим, чини се да ти магнети на вашем фрижидеру немају струје или изворе напајања. Како то функционише?
Трајни магнети
Стални магнет је комадферомагнетни материјалкоја има својствено својство које производи магнетно поље. Својствени ефекат који производи магнетно поље је електронски спин, а поравнање ових спинова ствара магнетне домене. Ови домени резултирају мрежним магнетним пољем.
Ферромагнетски материјали имају тенденцију да имају висок степен уређења домена у свом природном облику, који се лако може у потпуности поравнати спољним магнетним пољем. Тако феромагнетски магнети имају тенденцију да буду магнетни када се нађу у природи и лако задржавају своја магнетна својства.
Дијамагнетски материјалислични су феромагнетним материјалима и могу створити магнетно поље када се налазе у природи, али различито реагују на спољна поља. Дијамагнетни материјал ће произвести супротно оријентисано магнетно поље у присуству спољног поља. Овај ефекат би могао ограничити жељену снагу магнета.
Парамагнетни материјалису магнетни само у присуству спољног магнетног поља које се поравнава и обично су прилично слаби.
Да ли велики магнети имају јаку магнетну силу?
Као што је поменуто, трајни магнети се састоје од магнетних домена који се насумично поравнавају. Унутар сваког домена постоји одређени степен уређености који ствара магнетно поље. Интеракција свих домена у једном комаду феромагнетног материјала, према томе, ствара целокупно, или мрежно, магнетно поље за магнет.
Ако су домени насумично поравнати, вероватно је да постоји врло мало или ефективно нула магнетног поља. Међутим, ако се спољно магнетно поље приближи неуређеном магнету, домени ће почети да се поравнавају. Удаљеност поља за поравнање до домена утицаће на укупно поравнање, а самим тим и на резултујуће нето магнетно поље.
Остављање феромагнетног материјала у спољном магнетном пољу током дужег временског периода може помоћи у извршењу наручивања и повећању произведеног магнетног поља. Слично томе, нето магнетно поље трајног магнета може се смањити уношењем неколико случајних или ометајућих магнетних поља, што може погрешно поравнати домене и смањити нето магнетно поље.
Да ли величина магнета утиче на његову снагу? Кратки одговор је да, али само зато што величина магнета значи да их има пропорционално више домена који се могу поравнати и произвести јаче магнетно поље од мањег дела истог материјал. Међутим, ако је дужина магнета веома велика, постоји већа шанса да ће залутала магнетна поља погрешно поравнати домене и смањити нето магнетно поље.
Шта је Цурие температура?
Још један фактор који доприноси снази магнета јетемпература. Француски физичар Пиерре Цурие је 1895. утврдио да магнетни материјали имају температурну границу у којој се њихова магнетна својства могу променити. Конкретно, домени се такође више не поравнавају, па седмично поравнање домена доводи до слабог мрежног магнетног поља.
За гвожђе, температура Цурие-а је око 1418 степени Фахренхеита. За магнетит је око 1060 степени Фахренхеита. Имајте на уму да су ове температуре знатно ниже од тачака топљења. Дакле, температура магнета може утицати на његову снагу.
Електромагнети
Другачија категорија магнета суелектромагнети, који су у суштини магнети који се могу укључити и искључити.
Најчешћи електромагнет који се користи у разним индустријским применама је соленоид. Соленоид је низ струјних петљи, које резултирају уједначеним пољем у центру петљи. То је због чињенице да свака појединачна струјна петља ствара кружно магнетно поље око жице. Постављањем неколико у серију, суперпозиција магнетних поља ствара равно, једнообразно поље кроз средиште петљи.
Једначина величине магнетног поља магнетног поља је једноставно:Б = μ0нИ, гдеμ0 је пропусност слободног простора,нје број тренутних петљи по јединици дужине иЈаје струја која кроз њих тече. Смер магнетног поља одређен је правилом десне стране и смером струјања, па се стога може обрнути окретањем правца струје.
Врло је лако уочити да се јачина соленоида може подесити на два основна начина. Прво, струја кроз соленоид може се повећати. Иако се чини да се струја може произвољно повећавати, можда постоје ограничења у напајању или отпору струјног круга, што може довести до оштећења ако се струја превуче.
Због тога је сигурнији начин повећања магнетне чврстоће соленоида повећање броја струјних петљи. Магнетно поље се очигледно пропорционално повећава. Једино ограничење у овом случају може бити количина жице која је на располагању или просторна ограничења ако је соленоид предугачак због броја тренутних петљи.
Поред соленоида постоје многе врсте електромагнета, али сви имају иста општа својства: Њихова снага је пропорционална тренутном протоку.
Употреба електромагнета
Електромагнети су свеприсутни и имају много примена. Чест и врло једноставан пример електромагнета, тачније соленоида, је звучник. Променљива струја кроз звучник доводи до повећања и смањења јачине магнетног поља магнетног поља.
Када се то догоди, други магнет, тачније трајни магнет, постављен је на један крај соленоида и на вибрирајућу површину. Како се два магнетна поља привлаче и одбијају због променљивог магнетног поља, вибрирајућа површина се повлачи и гура стварајући звук.
Звучници бољег квалитета користе висококвалитетне соленоиде, трајне магнете и вибрационе површине да би створили квалитетнији звук.
Занимљиве чињенице о магнетизму
Магнет највеће величине на свету је сама земља! Као што је поменуто, земља има магнетно поље које је последица струја створених у језгру земље. Иако то није јако јако магнетно поље у односу на многе мале ручне магнете или некада коришћене у акцелераторима честица, сама Земља је један од највећих магнета за које знамо!
Још један занимљив магнетни материјал је магнетит. Магнетит је руда гвожђа која је не само врло честа већ је минерал са највећим садржајем гвожђа. Понекад се назива и лодестоне, због своје јединствене особине да има магнетно поље које је увек поравнато са земљиним магнетним пољем. Као такав, коришћен је као магнетни компас већ 300. п.