Fizik nadiren, çocukken bir mıknatısla ilk karşılaştığınızda olduğundan daha büyülü hissettirir. Fen dersinde bir çubuk mıknatıs almak ve tüm gücünüzle onu başka bir mıknatısın eşleşen kutbuna doğru itmeye çalışmak, ancak tamamen yapamıyor veya karşıt kutupları birbirine yakın ama temas etmiyor, böylece birlikte süründüklerini ve sonunda katılmak. Bu davranışın manyetizmanın bir sonucu olduğunu çabucak öğreniyorsunuz, ancak manyetizma gerçekten nedir? Elektromıknatısların çalışmasına izin veren elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantı nedir? Örneğin, bir metal hurda bahçesinde elektromıknatıs yerine neden kalıcı bir mıknatıs kullanmıyorsunuz? Manyetizma büyüleyici ve karmaşık bir konudur, ancak yalnızca bir mıknatısın özelliklerini ve temellerini öğrenmek istiyorsanız, öğrenmesi gerçekten kolaydır.
Mıknatıslar Nasıl Çalışır?
Manyetik davranış, sonuçta elektronların hareketinden kaynaklanır. Hareket eden bir elektrik yükü bir manyetik alan oluşturur ve – tahmin edebileceğiniz gibi – mıknatıslar ve manyetik alanlar karmaşık bir şekilde bağlantılıdır. Elektron yüklü bir parçacık olduğundan, atomun çekirdeği etrafındaki yörünge hareketi küçük bir manyetik alan yaratır. Genel olarak konuşursak, bir malzemede tonlarca elektron vardır ve birinin oluşturduğu alan, bir başkası tarafından yaratılan alan tarafından iptal edilir ve materyalden herhangi bir manyetizma olmaz. bütün.
Yine de bazı malzemeler farklı çalışır. Bir elektron tarafından oluşturulan manyetik alan, komşu elektronlar tarafından üretilen alanın yönünü etkileyebilir ve bunlar hizalanır. Bu, tüm elektronların hizalanmış manyetik alanlara sahip olduğu malzeme içinde manyetik bir "alan" olarak adlandırılan şeyi üretir. Bunu yapan malzemelere ferromanyetik denir ve oda sıcaklığında sadece demir, nikel, kobalt ve gadolinyum ferromanyetiktir. Bunlar kalıcı mıknatıs olabilecek malzemelerdir.
Bir ferromanyetik malzeme içindeki alanların tümü rastgele yönelimlere sahip olacaktır; komşu elektronlar alanlarını birlikte hizalasalar bile, diğer grupların farklı bir yönde hizalanması muhtemeldir. Bu, büyük ölçekte hiçbir manyetizma bırakmaz, çünkü farklı alanlar, diğer malzemelerde tek tek elektronların yaptığı gibi birbirini iptal eder.
Ancak, örneğin bir çubuk mıknatısı malzemeye yaklaştırarak harici bir manyetik alan uygularsanız, alanlar hizalanmaya başlar. Ne zaman herşey alanların tamamı hizalanır, tüm malzeme parçası etkin bir şekilde tek bir alan içerir ve genellikle kuzey ve güney olarak adlandırılan iki kutup geliştirir (olumlu ve olumsuz da olabilir Kullanılmış).
Ferromanyetik malzemelerde, bu hizalama dış alan kaldırıldığında bile devam eder, ancak diğer durumlarda bu hizalama devam eder. malzeme türleri (paramanyetik malzemeler), dış alan etkilendiğinde manyetik özellikler kaybolur. kaldırıldı.
Mıknatısın Özellikleri Nelerdir?
Mıknatısların tanımlayıcı özellikleri, bazı malzemeleri ve diğer mıknatısların zıt kutuplarını çekmeleri ve diğer mıknatısların benzer kutuplarını itmeleridir. Bu nedenle, iki kalıcı çubuk mıknatısınız varsa, iki kuzey (veya güney) kutbunu birbirine itmek, iki uç bir araya getirildikçe daha da güçlenen bir itme kuvveti üretir. İki zıt kutbu (kuzey ve güney) bir araya getirirseniz, aralarında çekici bir kuvvet vardır. Onları bir araya ne kadar yakınlaştırırsanız, bu güç o kadar güçlü olur.
Demir, nikel ve kobalt gibi ferromanyetik malzemeler veya bunları içeren alaşımlar (çelik gibi), kendilerine ait bir manyetik alan üretmeseler bile kalıcı mıknatıslara çekilir. onlar sadece çekici yine de mıknatıslara bağlıdır ve kendilerine ait bir manyetik alan üretmeye başlamadıkça itilmezler. Alüminyum, ahşap ve seramik gibi diğer malzemeler mıknatıslara çekilmez.
Elektromıknatıs Nasıl Çalışır?
Kalıcı bir mıknatıs ve elektromıknatıs oldukça farklıdır. Elektromıknatıslar elektriği daha belirgin bir şekilde içerir ve esas olarak elektronların bir tel veya elektrik iletkeni yoluyla hareketiyle üretilir. Manyetik alanların yaratılmasında olduğu gibi, elektronların bir tel boyunca hareketi bir manyetik alan üretir. Alanın şekli, elektronların hareket ettiği yöne bağlıdır - eğer sağ elinizin başparmağı akım yönünde, parmaklarınız akım yönünde kıvrılır. alan.
Basit bir elektromıknatıs üretmek için, elektrik teli, genellikle demirden yapılmış merkezi bir çekirdeğin etrafına sarılır. Akım telden geçtiğinde, çekirdeğin etrafında daireler çizerek, bobinin merkezi ekseni boyunca uzanan bir manyetik alan üretilir. Bu alan, bir çekirdeğe sahip olup olmamanızdan bağımsız olarak mevcuttur, ancak bir demir çekirdek ile alan, ferromanyetik malzemedeki alanları hizalar ve böylece güçlenir.
Elektrik akışı durduğunda, yüklü elektronlar tel bobini etrafında hareket etmeyi bırakır ve manyetik alan kaybolur.
Elektromıknatısın Özellikleri Nelerdir?
Elektromıknatıslar ve mıknatıslar aynı temel özelliklere sahiptir. Kalıcı bir mıknatıs ve bir elektromıknatıs arasındaki fark, alanın sonradan özelliklerinde değil, esasen alanın nasıl oluşturulduğundadır. Yani elektromıknatısların hala iki kutbu var, hala ferromanyetik malzemeleri çekiyor ve hala benzer kutupları iten ve farklı kutupları çeken kutupları var. Aradaki fark, kalıcı mıknatıslardaki hareketli yükün elektronların hareketiyle yaratılmasıdır. atomlar, elektromıknatıslarda ise bir elektriksel sistemin parçası olarak elektronların hareketiyle oluşturulur. akım.
Elektromıknatısların Avantajları
Elektromıknatısların birçok avantajı vardır. Manyetik alan akım tarafından üretildiğinden, akım değiştirilerek özellikleri değiştirilebilir. Örneğin akımın artması manyetik alanın gücünü arttırır. Benzer şekilde, başka bir iletkende bir akımı indüklemek için kullanılabilen sürekli değişen bir manyetik alan üretmek için bir alternatif akım (AC elektrik) kullanılabilir.
Metal hurda sahalarındaki manyetik vinçler gibi uygulamalar için elektromıknatısların en büyük avantajı, alanın kolaylıkla kapatılabilmesidir. Büyük bir kalıcı mıknatısla bir parça hurda metal aldıysanız, onu mıknatıstan çıkarmak oldukça zor olacaktır! Bir elektromıknatıs ile tek yapmanız gereken akımı durdurmaktır ve hurda metal düşecektir.
Mıknatıslar ve Maxwell Kanunları
Elektromanyetizma yasaları, Maxwell yasalarıyla tanımlanır. Bunlar vektör hesabı dilinde yazılmıştır ve kullanımı oldukça karmaşık matematik gerektirir. Bununla birlikte, manyetizma ile ilgili kuralların temelleri, karmaşık matematiğe girmeden anlaşılabilir.
Manyetizma ile ilgili ilk yasaya “tekel yok yasası” denir. Bu temelde tüm mıknatısların iki kutbu olduğunu ve asla tek kutuplu bir mıknatıs olmayacağını belirtir. Başka bir deyişle, güney kutbu olmadan bir mıknatısın kuzey kutbuna sahip olamazsınız ve bunun tersi de geçerlidir.
Manyetizma ile ilgili ikinci yasaya Faraday yasası denir. Bu, değişen bir manyetik alanın (bir elektromıknatıs tarafından üretilen değişen akım veya hareketli bir kalıcı mıknatıs tarafından), yakındaki bir bölgede bir voltaj (ve elektrik akımı) indükler. orkestra şefi.
Manyetizma ile ilgili son yasaya Ampere-Maxwell yasası denir ve bu, değişen bir elektrik alanının nasıl bir manyetik alan ürettiğini açıklar. Alanın gücü, alandan geçen akım ve elektrik alanının (proton ve elektron gibi elektrik yükü taşıyıcıları tarafından üretilen) değişim hızı ile ilgilidir. Bu, bir tel bobini veya uzun bir düz tel gibi daha basit durumlarda bir manyetik alanı hesaplamak için kullandığınız yasadır.
