Mıknatıslarda Farklı Güçlere Neden Olan Nedir?

Birçok insan mıknatıslara aşinadır çünkü mutfak buzdolabında genellikle dekoratif mıknatıslar bulunur. Ancak mıknatısların dekorasyonun ötesinde birçok pratik amacı vardır ve birçoğu biz farkında bile olmadan günlük hayatımızı etkiler.

Mıknatısların nasıl çalıştığı ve diğer genel manyetizma soruları hakkında birçok soru var. Ancak, bu soruların çoğunu yanıtlamak ve farklı mıknatısların nasıl farklı özelliklere sahip olabileceğini anlamak için Manyetik alanların güçlü yönleri, manyetik alanın ne olduğunu ve nasıl olduğunu anlamak önemlidir. üretilmiş.

Manyetik alan, yüklü bir parçacığa etki eden bir kuvvettir ve bu etkileşimin ana denklemi şudur:Lorentz kuvvet yasası.Bir kuvvetin tam denklemiElektrik alanı​ ​Eve birmanyetik alan Byüklü bir parçacık üzerindeqve hızvtarafından verilir:

Unutma çünkü güçF, alanlarEveB, ve hızvtüm vektörler,×operasyon şudurvektör çapraz çarpım, çarpma değil.

Manyetik alanlar hareket eden yüklü parçacıklar tarafından üretilir.

Ancak, buzdolabınızın üzerindeki bu mıknatıslarda herhangi bir akan akım veya güç kaynağı yok gibi görünüyor. Bunlar nasıl çalışır?

Kalıcı bir mıknatıs bir parçadır.ferromanyetik malzememanyetik alan üreten içsel bir özelliğe sahiptir. Bir manyetik alan oluşturan içsel etki bir elektron dönüşüdür ve bu dönüşlerin hizalanması manyetik alanlar yaratır. Bu alanlar net bir manyetik alan ile sonuçlanır.

Ferromanyetik malzemeler, doğal olarak oluşan formlarında, harici bir manyetik alan tarafından kolayca tamamen hizalanabilen yüksek derecede bir alan düzenine sahip olma eğilimindedir. Bu nedenle ferromanyetik mıknatıslar, doğada bulunduklarında manyetik olma eğilimindedir ve manyetik özelliklerini kolayca korurlar.

​diyamanyetik malzemelerferromanyetik malzemelere benzerler ve doğada bulunduklarında bir manyetik alan üretebilirler, ancak dış alanlara farklı tepki verirler. Diamanyetik malzeme, harici bir alanın varlığında zıt yönlü bir manyetik alan üretecektir. Bu etki, mıknatısın istenen gücünü sınırlayabilir.

​paramanyetik malzemelerYalnızca harici, hizalı bir manyetik alanın varlığında manyetiktirler ve oldukça zayıf olma eğilimindedirler.

Belirtildiği gibi, kalıcı mıknatıslar rastgele hizalanan manyetik alanlardan oluşur. Her etki alanı içinde, bir manyetik alan oluşturan bir dereceye kadar düzen vardır. Tek bir ferromanyetik malzeme parçasındaki tüm alanların etkileşimi, bu nedenle, mıknatıs için genel veya net manyetik alanı üretir.

Alanlar rastgele hizalanırsa, çok küçük veya etkin bir şekilde sıfır manyetik alan olması muhtemeldir. Bununla birlikte, sırasız mıknatısa harici bir manyetik alan getirilirse, alanlar hizalanmaya başlayacaktır. Hizalama alanının alanlara olan mesafesi, genel hizalamayı ve dolayısıyla ortaya çıkan net manyetik alanı etkileyecektir.

Ferromanyetik bir malzemeyi uzun süre harici bir manyetik alanda bırakmak, siparişin tamamlanmasına ve üretilen manyetik alanın arttırılmasına yardımcı olabilir. Benzer şekilde, kalıcı bir mıknatısın net manyetik alanı, alanları yanlış hizalayabilen ve net manyetik alanı azaltabilen birkaç rastgele veya girişim yapan manyetik alan getirilerek azaltılabilir.

Bir mıknatısın boyutu gücünü etkiler mi? Kısa cevap evet, ancak yalnızca bir mıknatısın boyutu, orantılı olarak olduğu anlamına gelir. aynı alanın daha küçük bir parçasından daha güçlü bir manyetik alan oluşturabilen ve üretebilen daha fazla alan malzeme. Bununla birlikte, mıknatısın uzunluğu çok uzunsa, başıboş manyetik alanların alanları yanlış hizalama ve net manyetik alanı azaltma olasılığı artar.

Mıknatıs kuvvetine katkıda bulunan bir başka faktör desıcaklık. 1895'te Fransız fizikçi Pierre Curie, manyetik malzemelerin, manyetik özelliklerinin değişebileceği bir sıcaklık sınırına sahip olduğunu belirledi. Spesifik olarak, alanlar artık aynı şekilde hizalanmaz, bu nedenle haftalık alan hizalaması zayıf bir net manyetik alana yol açar.

Demir için Curie sıcaklığı 1418 derece Fahrenheit civarındadır. Manyetit için yaklaşık 1060 derece Fahrenheit'tir. Bu sıcaklıkların erime noktalarından önemli ölçüde düşük olduğuna dikkat edin. Bu nedenle, mıknatısın sıcaklığı gücünü etkileyebilir.

Farklı bir mıknatıs kategorisielektromıknatıslaresasen açılıp kapatılabilen mıknatıslardır.

Çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılan en yaygın elektromıknatıs bir solenoiddir. Bir solenoid, döngülerin merkezinde düzgün bir alan ile sonuçlanan bir dizi akım döngüsüdür. Bunun nedeni, her bir akım döngüsünün tel etrafında dairesel bir manyetik alan oluşturmasıdır. Birkaçını seri olarak yerleştirerek, manyetik alanların üst üste binmesi, ilmeklerin merkezinden düz, düzgün bir alan oluşturur.

Bir solenoidal manyetik alanın büyüklüğü için denklem basitçe:B = μ₀nI, neredeμ₀ boş alanın geçirgenliği,nbirim uzunluk başına akım döngülerinin sayısıdır vebeniçlerinden geçen akımdır. Manyetik alanın yönü, sağ el kuralı ve akım akışının yönü ile belirlenir ve bu nedenle akımın yönü tersine çevrilerek tersine çevrilebilir.

Bir solenoidin gücünün iki ana yolla ayarlanabileceğini görmek çok kolaydır. İlk olarak, solenoidden geçen akım arttırılabilir. Akım keyfi olarak artırılabilir gibi görünse de, güç kaynağında veya devrenin direncinde, akımın aşırı çekilmesi durumunda hasara neden olabilecek sınırlamalar olabilir.

Bu nedenle, bir solenoidin manyetik gücünü artırmanın daha güvenli bir yolu, akım döngülerinin sayısını artırmaktır. Manyetik alan açıkça orantılı olarak artar. Bu durumdaki tek sınırlama, mevcut tel miktarı veya mevcut döngü sayısı nedeniyle solenoid çok uzunsa mekansal sınırlamalar olabilir.

Solenoidlerin yanı sıra birçok elektromıknatıs türü vardır, ancak hepsinin genel özelliği aynıdır: Güçleri akım akışıyla orantılıdır.

Elektromıknatıslar her yerde bulunur ve birçok kullanım alanı vardır. Bir elektromıknatısın, özellikle bir solenoidin yaygın ve çok basit bir örneği bir hoparlördür. Hoparlörden geçen değişen akım, solenoidal manyetik alanın gücünün artmasına ve azalmasına neden olur.

Bu olurken, solenoidin bir ucuna ve titreşen bir yüzeye karşı başka bir mıknatıs, özellikle kalıcı bir mıknatıs yerleştirilir. Değişen solenoidal alan nedeniyle iki manyetik alan birbirini çeker ve iterken, titreşen yüzey çekilir ve itilir ve ses oluşturur.

Daha kaliteli hoparlörler, daha yüksek kaliteli ses çıkışı oluşturmak için yüksek kaliteli solenoidler, kalıcı mıknatıslar ve titreşen yüzeyler kullanır.

Dünyanın en büyük boyutlu mıknatısı dünyanın kendisidir! Bahsedildiği gibi, dünyanın çekirdeği ile oluşturulan akımlardan kaynaklanan bir manyetik alanı vardır. Birçok küçük elde tutulan mıknatısa veya bir zamanlar parçacık hızlandırıcılarda kullanılana göre çok güçlü bir manyetik alan olmasa da, dünyanın kendisi bildiğimiz en büyük mıknatıslardan biridir!

Bir başka ilginç manyetik malzeme de manyetittir. Manyetit, sadece çok yaygın değil, aynı zamanda en yüksek demir içeriğine sahip mineral olan bir demir cevheridir. Her zaman dünyanın manyetik alanıyla aynı hizada olan bir manyetik alana sahip olma özelliğinden dolayı bazen lodestone olarak adlandırılır. Bu nedenle, MÖ 300 gibi erken bir tarihte manyetik bir pusula olarak kullanıldı.