Tartalom
- Mi a mágneses mező?
- Állandó mágnesek
- Vannak-e nagy mágnesek erős mágneses erő?
- Mi a Curie hőmérséklete?
- Elektromágnes
- Elektromágnesek felhasználása
- Érdekes mágnesesség tények
Sok ember ismeri a mágneseket, mert gyakran dekoratív mágnesek vannak a konyhai hűtőszekrényükön. A mágneseknek azonban a dekoráción túl sok gyakorlati célja is van, és sokan befolyásolják mindennapi életünket anélkül, hogy még tudnánk is.
Nagyon sok kérdés merül fel a mágnesek működéséről, és egyéb általános mágnesességgel kapcsolatos kérdések. Ahhoz azonban, hogy válaszoljunk ezekre a kérdésekre, és megértsük, hogy a mágnesek milyen különféle erősségűek lehetnek mágneses mezőkben, fontos megérteni, mi a mágneses mező és hogyan keletkezik.
Mi a mágneses mező?
A mágneses mező egy erő, amely egy töltött részecskére hat, és ennek a kölcsönhatásnak az irányadó egyenlete a Lorentz-törvény. Az an. Erő teljes egyenlete elektromos mező E és a mágneses mező B egy töltött részecskén q és sebesség v által adva:
vec {F} = q vec {E} + q vec {v} times vec {B}.Ne feledje, mert az erő F, a mezők E és B, és a sebesség v mind vektorok, a × a művelet a vektor kereszt termék, nem szorzás.
A mágneses tereket mozgó töltött részecskék képezik, amelyeket gyakran hívnak elektromos áram. Az elektromos áram mágneses tereinek általános forrása az elektromágnesek, például egy egyszerű huzal, egy hurokban lévő huzal és több huzal-hurok egy sorozatban, amelyet egy szolenoid. A föld mágneses mezőjét a magban mozgó töltött részecskék is okozzák.
Ugyanakkor úgy tűnik, hogy a hűtőszekrény mágnesei nem rendelkeznek áramló árammal vagy áramforrással. Hogyan működnek ezek?
Állandó mágnesek
Az állandó mágnes egy darab ferromágneses anyag amelynek olyan belső tulajdonsága van, amely mágneses mezőt hoz létre. A mágneses mezőt létrehozó belső hatás egy elektron centrifugálás, és ezeknek a centrifugáknak az igazítása mágneses tartományokat hoz létre. Ezek a domének nettó mágneses teret eredményeznek.
A ferromágneses anyagoknak általában nagy a doménrendszerük a természetben előforduló formájukban, amelyet egy külső mágneses mező könnyen kiegyenlíthet. Így a ferromágneses mágnesek általában mágnesesek, ha megtalálhatók a természetben, és könnyen megtartják mágneses tulajdonságaikat.
Diamagnetikus anyagok hasonlóak a ferromágneses anyagokhoz, és a természetben található mágneses teret képezhetnek, de a külső mezőkre eltérően reagálnak. A diamagnetikus anyag ellentétesen orientált mágneses teret hoz létre külső mező jelenlétében. Ez a hatás korlátozhatja a mágnes kívánt erősségét.
Paramágneses anyagok csak mágnesesek egy külső, igazodó mágneses mező jelenlétében, és meglehetősen gyengék.
Vannak-e nagy mágnesek erős mágneses erő?
Mint már említettük, az állandó mágnesek mágneses doménekből állnak, amelyek véletlenszerűen igazodnak egymáshoz. Az egyes területeken van bizonyos fokú rendezés, amely mágneses mezőt hoz létre. Az összes domén kölcsönhatása egy darab ferromágneses anyagban tehát a mágnes teljes vagy nettó mágneses mezőjét hozza létre.
Ha a domének véletlenszerűen igazodnak, akkor valószínű, hogy nagyon kicsi vagy gyakorlatilag nulla mágneses mező van. Ha azonban egy külső mágneses teret közelítünk a rendezetlen mágneshez, akkor a domének összehangolódni kezdenek. Az igazító mezőnek a doménekhez való távolsága befolyásolja a teljes igazítást, és így a kapott nettó mágneses mezőt.
Ha a ferromágneses anyagot hosszú ideig hagyja a külső mágneses mezőben, ez segíthet a megrendelés befejezésében és a létrehozott mágneses mező növelésében. Hasonlóképpen, az állandó mágnes nettó mágneses mezője csökkenthető több véletlenszerű vagy zavaró mágneses mező bevitelével, amelyek tévesen illesztik a tartományokat és csökkentik a háló mágneses mezőjét.
Befolyásolja a mágnes mérete az erejét? A rövid válasz igen, de csak azért, mert a mágnes mérete azt jelenti, hogy arányosan több domén van, amelyek igazíthatják és erősebb mágneses teret hozhatnak létre, mint ugyanazon anyag kisebb darabjai. Ha azonban a mágnes hossza nagyon hosszú, akkor nagyobb az esélye, hogy a kóbor mágneses terek tévesen igazítsák a domaineket és csökkentsék a nettó mágneses teret.
Mi a Curie hőmérséklete?
Egy másik hozzájáruló tényező a mágnes erőssége hőmérséklet. 1895-ben a francia fizikus, Pierre Curie megállapította, hogy a mágneses anyagok hőmérsékleti határértékkel rendelkeznek, ahol mágneses tulajdonságuk megváltozhat. Pontosabban, a domének már nem igazodnak egymáshoz, így a heti domének összehangolása gyenge nettó mágneses teret eredményez.
Vas esetében a Curie hőmérséklete 1418 Fahrenheit fok körül van. A magnetit esetében körülbelül 1060 Fahrenheit fok van. Vegye figyelembe, hogy ezek a hőmérsékletek lényegesen alacsonyabbak, mint az olvadáspontjaik. Így a mágnes hőmérséklete befolyásolhatja annak erősségét.
Elektromágnes
A mágnesek más kategóriája elektromágnesek, amelyek lényegében mágnesek, amelyek be- és kikapcsolhatók.
A leggyakoribb elektromágnesek, amelyeket különféle ipari alkalmazásokban használnak, a mágnesszelepek. A mágnesszelep egy sor áramkör, amelyek egyenletes mezőt eredményeznek a hurkok közepén. Ennek oka az a tény, hogy minden egyes áram hurok kör alakú mágneses mezőt hoz létre a huzal körül. Ha többet sorba sorol, a mágneses mezők szuperpozíciója egyenes, egyenletes mezőt hoz létre a hurkok közepén.
A mágneses mágneses mező nagyságának egyenlete egyszerűen: B = μ0ni, ahol μ0 _a szabad terület áteresztőképessége, _n a jelenlegi hurkok száma egységenként és én az az áram, amely rajtuk keresztül áramlik. A mágneses mező irányát a jobb oldali szabály és az áram áramlási iránya határozza meg, ezért megfordítható az áram irányának megfordításával.
Nagyon könnyű belátni, hogy a mágnesszelep erőssége két elsődleges módon állítható be. Először megnövelhető a mágnesszelepen keresztüli áram. Noha úgy tűnik, hogy az áram tetszőlegesen növelhető, korlátozások lehetnek az áramellátásra vagy az áramkör ellenállására, ami károsodást okozhat, ha az áram túlterjed.
Ezért a mágnesszelepek mágneses szilárdságának növelésének biztonságosabb módja az áramhurkok számának növelése. A mágneses mező egyértelműen növekszik arányosan. Az egyetlen korlátozás ebben az esetben a rendelkezésre álló huzalmennyiség, vagy a térbeli korlátozások lehetnek, ha a mágnesszelep túl hosszú az áramkörök miatt.
A mágnesszelepek mellett sokféle elektromágnes létezik, de mindegyiküknek ugyanaz az általános tulajdonsága: Erõsségük arányos az áramárammal.
Elektromágnesek felhasználása
Az elektromágnesek mindenütt jelen vannak, és sok felhasználási területük van. Az elektromágnesek, különösen a mágnesszelepek általános és nagyon egyszerű példája a hangszóró. A hangszórón keresztüli változó áram növeli és csökkenti a mágneses erő erősségét.
Amint ez megtörténik, egy másik mágnest, különösen állandó mágnest helyezünk a mágnesszelep egyik végére és egy rezgő felületre. Mivel a két mágneses mező vonzza és visszatükrözi a változó mágneses mező miatt, a rezgő felületet meghúzzák és tolják, hangot teremtve.
A jobb minőségű hangszórók kiváló minőségű mágnesszelepeket, állandó mágneseket és vibráló felületeket használnak a jobb minőségű hangkimenet létrehozásához.
Érdekes mágnesesség tények
A világ legnagyobb méretű mágnese maga a föld! Mint már említettük, a Földnek van egy mágneses tere, amelyet a föld magjával létrehozott áramok okoznak. Noha ez nem nagyon erős mágneses mező sok kicsi kézi mágneshez vagy a részecskegyorsítókban alkalmazotthoz képest, maga a föld az egyik legnagyobb mágnes, amiről tudunk!
Egy másik érdekes mágneses anyag a magnetit. A magnetit egy olyan érc, amely nemcsak nagyon gyakori, hanem a legmagasabb vastartalmú ásvány. Ezt néha lodestone-nek hívják, mivel egyedülálló tulajdonsága miatt mágneses mezője mindig a föld mágneses mezőjével van összhangban. Mint ilyen, már 300-ban mágneses iránytűként használták.