Магнетызм - гэта клас фізічных з'яў, якія апасродкаваны магнітнымі палямі. Электрычныя токі і асноўныя магнітныя моманты элементарных часціц выклікаюць магнітнае поле, якое дзейнічае на іншыя токі і магнітныя моманты.
На ўсе матэрыялы ў той ці іншай ступені ўплывае магнітнае поле. Найбольш вядомы эфект на пастаянныя магніты, якія маюць пастаянныя магнітныя моманты, выкліканыя ферамагнетызмам.
У гэтым пасце мы разгледзім:
- Сіла магнітнай сілы
- Як магнітная сіла звязана з электрычным токам?
- На якія матэрыялы дзейнічае магнітная сіла?
- Прыклады дзеяння магнітнай сілы
- Як апісваецца магнітная сіла?
- Які тып палёў звязаны з магнітнай сілай?
- Ці ўсе аб'екты адчуваюць магнітную сілу?
- Якая сувязь паміж магнітнай сілай і праводзячымі паверхнямі?
- Якая сувязь паміж магнітнай сілай і велічынёй хуткасці аб'екта?
- Займальная гісторыя магнітаў
- Даследаванне захапляльнага свету магнетызму
- Вывучэнне магнітных палёў у матэрыялах
- Электрамагніт: магутная прылада, якая працуе ад электрычнасці
- Магнітныя дыполі: будаўнічыя блокі магнетызму
- заключэнне
Сіла магнітнай сілы
Магнітная сіла - гэта сіла, якая дзейнічае на зараджаную часціцу, якая рухаецца ў магнітным полі. Гэта сіла, перпендыкулярная хуткасці зараджанай часціцы і магнітнага поля. Гэтая сіла апісваецца ўраўненнем сілы Лорэнца, якое сцвярджае, што сіла (F), якая дзейнічае на зарад (q), які рухаецца са хуткасцю (v) у магнітным полі (B), вызначаецца ўраўненнем F = qvBsinθ, дзе θ — вугал паміж скорасцю зарада і магнітным полем.
Як магнітная сіла звязана з электрычным токам?
Магнітная сіла цесна звязана з электрычным токам. Калі электрычны ток цячэ па дроце, ён стварае вакол дроту магнітнае поле. Гэта магнітнае поле можа аказваць сілу на іншыя аб'екты ў яго прысутнасці. Велічыня і кірунак сілы залежаць ад сілы і напрамку магнітнага поля.
На якія матэрыялы дзейнічае магнітная сіла?
Магнітная сіла можа ўплываць на вялікую колькасць матэрыялаў, у тым ліку:
- Магнітныя матэрыялы, такія як жалеза, сталь і нікель
- Праводныя матэрыялы, такія як медзь і алюміній
- Рухомыя электроны ў правадніку
- Зараджаныя часціцы ў плазме
Прыклады дзеяння магнітнай сілы
Некаторыя прыклады дзеяння магнітнай сілы:
- Магніты, якія прыцягваюць або адштурхваюць адзін аднаго
- Налепкі, якія прыляпляюцца да халадзільніка або дзвярэй, таму што яны аснашчаны магнітам
- Сталёвы стрыжань цягне да моцнага магніта
- Правадок, па якой праходзіць электрычны ток, адхіляецца ў магнітным полі
- Раўнамерны рух стрэлкі компаса пад дзеяннем магнітнага поля Зямлі
Як апісваецца магнітная сіла?
Магнітная сіла апісваецца ў адзінках ньютан (Н) і тэсла (Т). Тэсла з'яўляецца адзінкай напружанасці магнітнага поля, і яна вызначаецца як сіла, якая дзейнічае на провад з токам у адзін ампер, змешчаны ў аднастайнае магнітнае поле ў адзін тэсла. Магнітная сіла, якая дзейнічае на аб'ект, роўна здабытку напружанасці магнітнага поля на зарад аб'екта.
Які тып палёў звязаны з магнітнай сілай?
Магнітная сіла звязана з электрамагнітнымі палямі. Электрамагнітнае поле - гэта тып поля, якое ствараецца прысутнасцю электрычных зарадаў і токаў. Магнітнае поле з'яўляецца адным з кампанентаў электрамагнітнага поля, і яно ствараецца рухам электрычных зарадаў.
Ці ўсе аб'екты адчуваюць магнітную сілу?
Не ўсе прадметы адчуваюць магнітную сілу. Толькі аб'екты, якія маюць агульны зарад або нясуць электрычны ток, будуць адчуваць магнітную сілу. Аб'екты, якія не маюць чыстага зарада і не нясуць электрычны ток, не будуць адчуваць магнітную сілу.
Якая сувязь паміж магнітнай сілай і праводзячымі паверхнямі?
Калі праводзіць паверхню змяшчаецца ў магнітнае поле, электроны на паверхні будуць адчуваць сілу з-за магнітнага поля. Гэтая сіла прымусіць электроны рухацца, што створыць ток на паверхні. Ток, у сваю чаргу, створыць магнітнае поле, якое будзе ўзаемадзейнічаць з першапачатковым магнітным полем, прымушаючы паверхню адчуваць сілу.
Якая сувязь паміж магнітнай сілай і велічынёй хуткасці аб'екта?
Магнітная сіла, якая дзейнічае на аб'ект, прапарцыйная велічыні хуткасці аб'екта. Чым хутчэй рухаецца аб'ект, тым мацнейшай будзе магнітная сіла.
Займальная гісторыя магнітаў
- Слова «магніт» паходзіць ад лацінскага слова «magnes», якое адносіцца да асаблівага тыпу каменя, знойдзенага ў Турцыі на гары Іда.
- Старажытныя кітайцы больш за 2,000 гадоў таму адкрылі магніты, якія ўяўляюць сабой прыродныя магніты з аксіду жалеза.
- Англійскі вучоны Уільям Гілберт пацвердзіў ранейшыя назіранні аб уласцівасцях магнітаў у канцы 16 стагоддзя, у тым ліку аб існаванні магнітных полюсаў.
- У 1820 годзе галандскі вучоны Крысціян Эрстэд адкрыў сувязь паміж электрычнасцю і магнетызмам.
- Французскі фізік Андрэ Ампер пашырыў працу Эрстэда, вывучаючы сувязь паміж электрычнасцю і магнетызмам і развіваючы канцэпцыю магнітнага поля.
Распрацоўка пастаянных магнітаў
- У першыя гады магнетызму даследчыкі былі зацікаўлены ў вытворчасці больш моцных і магутных магнітаў.
- У 1930-х гадах даследчыкі Sumitomo распрацавалі сплаў жалеза, алюмінія і нікеля, які ствараў магніт з больш высокай шчыльнасцю энергіі, чым любы папярэдні матэрыял.
- У 1980-х гадах даследчыкі з Акадэміі навук у Маскве прадставілі новы тып магніта, вырабленага са злучэння неадыму, жалеза і бору (NdFeB), які з'яўляецца самым моцным магнітам з тэхналагічна даступных сёння.
- Сучасныя магніты могуць ствараць магнітныя палі з напружанасцю да 52 мега-Гаўс-Эрстэд (MGOe), што велізарна ў параўнанні з 0.5 MGOe, якія ствараюцца карабінамі.
Роля магнітаў у вытворчасці энергіі
- Магніты гуляюць вырашальную ролю ў выпрацоўцы электраэнергіі, асабліва ў вытворчасці энергіі ад ветракоў і плацін гідраэлектрастанцый.
- Магніты таксама выкарыстоўваюцца ў электрарухавіках, якія ёсць ва ўсім, ад аўтамабіляў да бытавой тэхнікі.
- Цікавасць да магнітаў узнікае з-за іх здольнасці ствараць магнітнае поле, якое можна выкарыстоўваць для выпрацоўкі электрычнасці.
Будучыня магнітаў
- Навукоўцы вывучаюць новыя матэрыялы і распрацоўкі ў галіне магнетызму, у тым ліку выкарыстанне рэдказямельных металаў і сплаваў.
- Неамагніт - гэта новы тып магніта, які мацнейшы за любыя папярэднія магніты і можа здзейсніць рэвалюцыю ў галіне магнетызму.
- Паколькі наша разуменне магнітаў працягвае пашырацца, яны будуць гуляць усё больш важную ролю ў тэхналагічна развітых грамадствах.
Даследаванне захапляльнага свету магнетызму
Магнетызм - гэта ўласцівасць некаторых матэрыялаў, якая дазваляе ім прыцягваць або адштурхоўваць іншыя матэрыялы. Тыпы магнетызму ўключаюць:
- Дыямагнетызм: гэты тып магнетызму прысутнічае ва ўсіх матэрыялах і выкліканы рухам электронаў у матэрыяле. Калі матэрыял змяшчаецца ў магнітнае поле, электроны ў матэрыяле будуць вырабляць электрычны ток, які супрацьстаіць магнітнаму полю. Гэта прыводзіць да слабога эфекту адштурхвання, які звычайна непрыкметны.
- Парамагнетызм: гэты тып магнетызму таксама прысутнічае ва ўсіх матэрыялах, але ён значна слабейшы за дыямагнетызм. У парамагнітных матэрыялах магнітныя моманты электронаў не выраўноўваюцца, але яны могуць быць выраўнаваны знешнім магнітным полем. Гэта прыводзіць да таго, што матэрыял слаба прыцягваецца да магнітнага поля.
- Ферамагнетызм: гэты тып магнетызму з'яўляецца самым вядомым і пра яго думае большасць людзей, калі чуе слова "магніт". Ферамагнітныя матэрыялы моцна прыцягваюцца да магнітаў і могуць захоўваць свае магнітныя ўласцівасці нават пасля выдалення знешняга магнітнага поля. Гэта таму, што магнітныя моманты электронаў у матэрыяле выраўнаваны ў адным кірунку, ствараючы моцнае магнітнае поле.
Навука за магнетызмам
Магнетызм ствараецца шляхам руху электрычных зарадаў, такіх як электроны, у матэрыяле. Магнітнае поле, якое ствараецца гэтымі зарадамі, можна апісаць як набор ліній, якія ўтвараюць магнітнае поле. Сіла магнітнага поля змяняецца ў залежнасці ад колькасці прысутных зарадаў і ступені іх выраўноўвання.
Структура матэрыялу таксама гуляе ролю ў яго магнітных уласцівасцях. У ферамагнітных матэрыялах, напрыклад, магнітныя моманты малекул выраўноўваюцца ў адным кірунку, ствараючы моцнае магнітнае поле. У дыямагнітных матэрыялах магнітныя моманты арыентаваны выпадкова, што прыводзіць да слабога эфекту адштурхвання.
Важнасць разумення магнетызму
Магнетызм - важная ўласцівасць матэрыі, якая мае мноства практычных прымяненняў. Некаторыя са спосабаў выкарыстання магнетызму ўключаюць:
- Электрарухавікі і генератары: гэтыя прылады выкарыстоўваюць магнітныя палі для стварэння руху або выпрацоўкі электрычнасці.
- Магнітнае захоўванне: магнітныя палі выкарыстоўваюцца для захоўвання дадзеных на цвёрдых дысках і іншых тыпах магнітных носьбітаў.
- Медыцынская візуалізацыя: Магнітна-рэзанансная тамаграфія (МРТ) выкарыстоўвае магнітныя палі для атрымання падрабязных малюнкаў цела.
- Магнітная левітацыя: магнітныя палі можна выкарыстоўваць для левітацыі аб'ектаў, што знаходзіць прымяненне ў транспарце і вытворчасці.
Разуменне магнетызму таксама важна для навукоўцаў і інжынераў, якія працуюць з матэрыяламі. Разумеючы магнітныя ўласцівасці матэрыялу, яны могуць распрацоўваць матэрыялы з пэўнымі магнітнымі ўласцівасцямі для розных ужыванняў.
Вывучэнне магнітных палёў у матэрыялах
Напружанасць магнітнага поля вызначаецца ў амперах на метр (А/м). Інтэнсіўнасць магнітнага поля звязана са шчыльнасцю магнітнага патоку, якая ўяўляе сабой колькасць сілавых ліній магнітнага поля, якія праходзяць праз дадзеную вобласць. Напрамак магнітнага поля вызначаецца вектарам, які паказвае напрамак магнітнай сілы на станоўчы зарад, які рухаецца ў полі.
Роля праваднікоў у магнітных палях
Матэрыялы, якія праводзяць электрычнасць, такія як медзь або алюміній, могуць падвяргацца ўздзеянню магнітных палёў. Калі электрычны ток цячэ праз праваднік, утвараецца магнітнае поле, перпендыкулярнае напрамку патоку току. Гэта вядома як правіла правай рукі, калі вялікі палец паказвае ў напрамку току, а пальцы скручваюцца ў напрамку магнітнага поля.
Канкрэтныя віды магнітных матэрыялаў
Ёсць два тыпы магнітных матэрыялаў: ферамагнітныя і парамагнітныя. Ферамагнітныя матэрыялы, такія як жалеза, нікель і кобальт, валодаюць моцным магнітным полем і могуць быць намагнічаны. Парамагнітныя матэрыялы, такія як алюміній і плаціна, валодаюць слабым магнітным полем і нялёгка намагнічваюцца.
Электрамагніт: магутная прылада, якая працуе ад электрычнасці
Электрамагніт - гэта тып магніта, які ствараецца шляхам прапускання электрычнага току па дроце. Звычайна дрот абгортваецца вакол стрыжня з жалеза або іншага магнітнага матэрыялу. Прынцып электрамагніта заключаецца ў тым, што калі электрычны ток цячэ па дроце, ён стварае вакол дроту магнітнае поле. Закручваючы дрот у катушку, магнітнае поле ўзмацняецца, і атрыманы магніт нашмат мацней звычайнага пастаяннага магніта.
Як кіруюць электрамагнітамі?
Сілай электрамагніта можна лёгка кіраваць, змяняючы колькасць электрычнага току, які праходзіць праз яго. Павялічваючы або памяншаючы сілу току, магнітнае поле можна аслабіць або ўзмацніць. Полюсы электрамагніта можна нават памяняць месцамі, змяніўшы паток электрычнасці. Гэта робіць электрамагніты вельмі карыснымі ў шырокім дыяпазоне прымянення.
Якія цікавыя эксперыменты з электрамагнітамі?
Калі вы цікавіцеся навукай аб электрамагнітах, ёсць шмат цікавых эксперыментаў, якія вы можаце правесці дома. Вось некалькі ідэй:
- Стварыце просты электрамагніт, абгарнуўшы дрот вакол цвіка і падключыўшы яго да батарэі. Паглядзіце, колькі сашчэпак вы можаце сабраць сваім электрамагнітам.
- Стварыце просты рухавік з дапамогай электрамагніта і батарэі. Перавярнуўшы палярнасць батарэі, вы можаце прымусіць рухавік круціцца ў процілеглым кірунку.
- Выкарыстоўвайце электрамагніт, каб стварыць просты генератар. Круцячы скрутак дроту ўнутры магнітнага поля, вы можаце вырабляць невялікую колькасць электрычнасці.
Увогуле, існаванне электрамагнітаў абавязана сваёй карыснасцю таму, што імі можна лёгка кіраваць з дапамогай электрычнасці, што робіць іх жыццёва важным кампанентам у многіх прыладах і праграмах.
Магнітныя дыполі: будаўнічыя блокі магнетызму
Магнітныя дыполі з'яўляюцца асноўнымі будаўнічымі блокамі магнетызму. Яны з'яўляюцца найменшай адзінкай магнетызму і складаюцца з малюсенькіх магнітаў, якія называюцца электронамі. Гэтыя электроны прысутнічаюць у малекулах матэрыялу і валодаюць здольнасцю ствараць магнітнае поле. Магнітны дыполь - гэта проста цыкл току, які складаецца з станоўчых і адмоўных зарадаў.
Функцыя магнітных дыполяў
Магнітныя дыполі гуляюць актыўную ролю ў структуры і функцыі многіх злучэнняў. Яны звычайна прысутнічаюць у тыповым дроце і ланцугу, і іх прысутнасць наўпрост звязана з напружанасцю магнітнага поля. Напружанасць магнітнага поля вызначаецца плошчай завесы і токам, які праходзіць праз яе.
Значэнне магнітных дыполяў у медыцыне
Магнітныя дыполі маюць вялікае значэнне ў медыцыне. Яны выкарыстоўваюцца для стварэння малюсенькіх магнітаў, якія можна выкарыстоўваць для дыягностыкі і лячэння розных захворванняў. Выкарыстанне магнітных дыполяў у медыцыне называецца магнітна-рэзананснай тамаграфіяй (МРТ). МРТ - гэта надзейны і бяспечны медыцынскі метад, які выкарыстоўвае магнітныя дыполі для стварэння малюнкаў унутранага боку цела.
заключэнне
Такім чынам, магнітнае азначае тое, што прыцягвае або адштурхвае магніт. Гэта сіла, звязаная з электрычнасцю і магнетызмам. Вы можаце выкарыстоўваць яго, каб трымаць рэчы на халадзільніку або паказваць компас на поўнач. Такім чынам, не бойцеся выкарыстоўваць яго! Гэта не так складана, як здаецца. Проста запомніце правілы, і ўсё будзе добра.
Я Йост Нусельдэр, заснавальнік Tools Doctor, маркетынг кантэнту і тата. Я люблю выпрабоўваць новае абсталяванне, і разам са сваёй камандай я ствараю падрабязныя артыкулы ў блогу з 2016 года, каб дапамагчы лаяльным чытачам інструментамі і парадамі па вырабе.
