El magnetisme és una classe de fenòmens físics mediats per camps magnètics. Els corrents elèctrics i els moments magnètics fonamentals de les partícules elementals donen lloc a un camp magnètic, que actua sobre altres corrents i moments magnètics.
Tots els materials estan influenciats en certa mesura per un camp magnètic. L'efecte més conegut és sobre els imants permanents, que tenen moments magnètics persistents causats pel ferromagnetisme.
En aquest post tractarem:
- El poder de la força magnètica
- Com es relaciona la força magnètica amb el corrent elèctric?
- Quins materials estan influenciats per la força magnètica?
- Exemples de força magnètica en acció
- Com es descriu la força magnètica?
- Quin tipus de camps estan relacionats amb la força magnètica?
- Tots els objectes experimenten força magnètica?
- Quina relació hi ha entre la força magnètica i les superfícies conductores?
- Quina és la relació entre la força magnètica i la magnitud de la velocitat d'un objecte?
- La fascinant història dels imants
- Explorant el fascinant món del magnetisme
- Explorant els camps magnètics dels materials
- L'electroimant: un dispositiu potent impulsat per l'electricitat
- Dipols magnètics: els blocs de construcció del magnetisme
- Conclusió
El poder de la força magnètica
La força magnètica és la força que s'exerceix sobre una partícula carregada que es mou en un camp magnètic. És una força que és perpendicular a la velocitat de la partícula carregada i al camp magnètic. Aquesta força es descriu per l'equació de forces de Lorentz, que afirma que la força (F) que actua sobre una càrrega (q) que es mou amb una velocitat (v) en un camp magnètic (B) ve donada per l'equació F = qvBsinθ, on θ és l'angle entre la velocitat de la càrrega i el camp magnètic.
Com es relaciona la força magnètica amb el corrent elèctric?
La força magnètica està estretament relacionada amb el corrent elèctric. Quan un corrent elèctric flueix a través d'un cable, crea un camp magnètic al voltant del cable. Aquest camp magnètic pot exercir una força sobre altres objectes en la seva presència. La magnitud i la direcció de la força depenen de la força i la direcció del camp magnètic.
Quins materials estan influenciats per la força magnètica?
La força magnètica pot influir en un gran nombre de materials, com ara:
- Materials magnètics com ara ferro, acer i níquel
- Materials conductors com el coure i l'alumini
- Electrons mòbils en un conductor
- Partícules carregades en un plasma
Exemples de força magnètica en acció
Alguns exemples de força magnètica en acció inclouen:
- Els imants s'atrauen o es repel·len mútuament
- Adhesius que s'enganxen a una nevera o una porta perquè estan equipats amb un imant
- Una vareta d'acer que s'estira cap a un imant fort
- Un cable que transporta un corrent elèctric que es desvia en un camp magnètic
- El moviment constant de l'agulla d'una brúixola a causa del camp magnètic terrestre
Com es descriu la força magnètica?
La força magnètica es descriu utilitzant unitats de newtons (N) i tesles (T). El tesla és la unitat de la força del camp magnètic, i es defineix com la força que actua sobre un cable que transporta un corrent d'un ampere situat en un camp magnètic uniforme d'un tesla. La força magnètica que actua sobre un objecte és igual al producte de la intensitat del camp magnètic per la càrrega de l'objecte.
Quin tipus de camps estan relacionats amb la força magnètica?
La força magnètica està relacionada amb els camps electromagnètics. Un camp electromagnètic és un tipus de camp que es crea per la presència de càrregues i corrents elèctrics. El camp magnètic és un component del camp electromagnètic i es crea pel moviment de càrregues elèctriques.
Tots els objectes experimenten força magnètica?
No tots els objectes experimenten força magnètica. Només els objectes que tenen una càrrega neta o que porten un corrent elèctric experimentaran força magnètica. Els objectes que no tenen càrrega neta i no porten corrent elèctric no experimentaran força magnètica.
Quina relació hi ha entre la força magnètica i les superfícies conductores?
Quan una superfície conductora es col·loca en un camp magnètic, els electrons de la superfície experimentaran una força deguda al camp magnètic. Aquesta força farà que els electrons es moguin, cosa que crearà un corrent a la superfície. El corrent, al seu torn, crearà un camp magnètic que interactuarà amb el camp magnètic original, fent que la superfície experimenti una força.
Quina és la relació entre la força magnètica i la magnitud de la velocitat d'un objecte?
La força magnètica que actua sobre un objecte és proporcional a la magnitud de la velocitat de l'objecte. Com més ràpid es mogui un objecte, més forta serà la força magnètica.
La fascinant història dels imants
- La paraula "imant" prové de la paraula llatina "magnes", que fa referència a un tipus especial de roca que es troba a Turquia a la muntanya Ida.
- Els antics xinesos van descobrir fa més de 2,000 anys les pedres magnífiques, que són imants naturals fets d'òxid de ferro.
- El científic anglès William Gilbert va confirmar observacions anteriors sobre les propietats dels imants a finals del segle XVI, inclosa l'existència de pols magnètics.
- El científic holandès Christian Oersted va descobrir la relació entre electricitat i magnetisme el 1820.
- El físic francès Andre Ampere va ampliar el treball d'Oersted, estudiant la relació entre electricitat i magnetisme i desenvolupant el concepte de camp magnètic.
Desenvolupament d'imants permanents
- En els primers anys del magnetisme, els investigadors estaven interessats a produir imants més forts i potents.
- A la dècada de 1930, els investigadors de Sumitomo van desenvolupar un aliatge de ferro, alumini i níquel que va produir un imant amb una densitat d'energia més alta que qualsevol material anterior.
- A la dècada de 1980, investigadors de l'Acadèmia de Ciències de Moscou van introduir un nou tipus d'imant fet d'un compost de neodimi, ferro i bor (NdFeB), que és l'imant més fort tecnològicament disponible actualment.
- Els imants moderns poden produir camps magnètics amb intensitats de fins a 52 mega-Gauss-oersteds (MGOe), que és enorme en comparació amb els 0.5 MGOe produïts per lodestones.
El paper dels imants en la producció d'energia
- Els imants tenen un paper crucial en la generació d'electricitat, especialment en la producció d'energia a partir d'aerogeneradors i preses hidroelèctriques.
- Els imants també s'utilitzen en motors elèctrics, que es troben en tot, des dels cotxes fins als electrodomèstics.
- L'interès pels imants sorgeix de la seva capacitat per produir un camp magnètic, que es pot utilitzar per generar energia elèctrica.
El futur dels imants
- Els científics estan estudiant nous materials i desenvolupaments en el magnetisme, inclòs l'ús de metalls i aliatges de terres rares.
- El neoimant és un nou tipus d'imant que és més fort que qualsevol imant anterior i té el potencial de revolucionar el camp del magnetisme.
- A mesura que la nostra comprensió dels imants continuï ampliant-se, tindran un paper cada cop més important en les societats tecnològicament avançades.
Explorant el fascinant món del magnetisme
El magnetisme és una propietat que posseeixen determinats materials, que els permet atraure o repel·lir altres materials. Els tipus de magnetisme inclouen:
- Diamagnetisme: aquest tipus de magnetisme està present en tots els materials i és causat pel moviment dels electrons en el material. Quan un material es col·loca en un camp magnètic, els electrons del material produiran un corrent elèctric que s'oposa al camp magnètic. Això provoca un efecte de repulsió feble, que normalment no es nota.
- Paramagnetisme: aquest tipus de magnetisme també està present en tots els materials, però és molt més feble que el diamagnetisme. En els materials paramagnètics, els moments magnètics dels electrons no estan alineats, però poden estar alineats per un camp magnètic extern. Això fa que el material sigui dèbilment atret pel camp magnètic.
- Ferromagnetisme: aquest tipus de magnetisme és el més familiar i és el que la majoria de la gent pensa quan escolta la paraula "imant". Els materials ferromagnètics són fortament atrets pels imants i poden mantenir les seves propietats magnètiques fins i tot després d'eliminar el camp magnètic extern. Això es deu al fet que els moments magnètics dels electrons del material estan alineats en la mateixa direcció, produint un camp magnètic fort.
La ciència darrere del magnetisme
El magnetisme es produeix pel moviment de càrregues elèctriques, com els electrons, en un material. El camp magnètic produït per aquestes càrregues es pot descriure com un conjunt de línies que formen un camp magnètic. La força del camp magnètic varia en funció del nombre de càrregues presents i del grau en què estan alineades.
L'estructura d'un material també juga un paper en les seves propietats magnètiques. En materials ferromagnètics, per exemple, els moments magnètics de les molècules s'alineen en la mateixa direcció, produint un camp magnètic fort. En els materials diamagnètics, els moments magnètics s'orienten aleatòriament, donant lloc a un efecte de repulsió feble.
La importància d'entendre el magnetisme
El magnetisme és una propietat important de la matèria que té moltes aplicacions pràctiques. Algunes de les maneres en què s'utilitza el magnetisme inclouen:
- Motors i generadors elèctrics: aquests dispositius utilitzen camps magnètics per produir moviment o generar electricitat.
- Emmagatzematge magnètic: els camps magnètics s'utilitzen per emmagatzemar dades en discs durs i altres tipus de suports d'emmagatzematge magnètics.
- Imatge mèdica: la ressonància magnètica (MRI) utilitza camps magnètics per produir imatges detallades del cos.
- Levitació magnètica: els camps magnètics es poden utilitzar per levitar objectes, que té aplicacions en el transport i la fabricació.
Entendre el magnetisme també és important per als científics i enginyers que treballen amb materials. En comprendre les propietats magnètiques d'un material, poden dissenyar materials amb propietats magnètiques específiques per a diferents aplicacions.
Explorant els camps magnètics dels materials
La força d'un camp magnètic es defineix en unitats d'amperes per metre (A/m). La intensitat del camp magnètic està relacionada amb la densitat del flux magnètic, que és el nombre de línies de camp magnètic que passen per una àrea determinada. La direcció del camp magnètic està definida per un vector, que apunta en la direcció de la força magnètica sobre una càrrega positiva que es mou en el camp.
El paper dels conductors en els camps magnètics
Els materials que condueixen l'electricitat, com el coure o l'alumini, es poden veure afectats pels camps magnètics. Quan un corrent elèctric passa per un conductor, es produeix un camp magnètic que és perpendicular a la direcció del flux de corrent. Això es coneix com la regla de la mà dreta, on el polze apunta en la direcció del flux de corrent i els dits s'enrotllen en la direcció del camp magnètic.
Els tipus específics de materials magnètics
Hi ha dos tipus específics de materials magnètics: ferromagnètics i paramagnètics. Els materials ferromagnètics, com el ferro, el níquel i el cobalt, tenen un camp magnètic fort i es poden magnetitzar. Els materials paramagnètics, com l'alumini i el platí, tenen un camp magnètic feble i no es magnetitzen fàcilment.
L'electroimant: un dispositiu potent impulsat per l'electricitat
Un electroimant és un tipus d'imant que es crea fent passar un corrent elèctric a través d'un cable. Normalment, el cable s'embolica al voltant d'un nucli fet de ferro o un altre material magnètic. El principi darrere d'un electroimant és que quan un corrent elèctric flueix a través d'un cable, crea un camp magnètic al voltant del cable. En embolicar el cable en una bobina, el camp magnètic s'enforteix i l'imant resultant és molt més fort que un imant permanent normal.
Com es controlen els electroimants?
La força d'un electroimant es pot controlar fàcilment canviant la quantitat de corrent elèctric que hi circula. En augmentar o disminuir la quantitat de corrent, el camp magnètic es pot debilitar o reforçar. Fins i tot es poden invertir els pols d'un electroimant invertint el flux d'electricitat. Això fa que els electroimants siguin molt útils en una àmplia gamma d'aplicacions.
Quins són alguns experiments divertits amb electroimants?
Si us interessa la ciència que hi ha darrere dels electroimants, hi ha molts experiments divertits que podeu provar a casa. Aquí teniu algunes idees:
- Creeu un electroimant senzill embolicant un cable al voltant d'un clau i connectant-lo a una bateria. Mireu quants clips podeu recollir amb el vostre electroimant.
- Construeix un motor senzill amb un electroimant i una bateria. Invertint la polaritat de la bateria, podeu fer que el motor giri en sentit contrari.
- Utilitzeu un electroimant per crear un generador senzill. En girar una bobina de filferro dins d'un camp magnètic, podeu generar una petita quantitat d'electricitat.
En general, l'existència d'electroimants deu la seva utilitat al fet que es pot controlar fàcilment per l'electricitat, la qual cosa el converteix en un component vital en molts dispositius i aplicacions.
Dipols magnètics: els blocs de construcció del magnetisme
Els dipols magnètics són els components bàsics del magnetisme. Són la unitat més petita del magnetisme i estan compostes per imants diminuts anomenats electrons. Aquests electrons estan presents a les molècules d'un material i tenen la capacitat de crear un camp magnètic. Un dipol magnètic és simplement un bucle de corrent que es compon de càrregues positives i negatives.
La funció dels dipols magnètics
Els dipols magnètics tenen un paper actiu en l'estructura i la funció de molts compostos. Estan presents habitualment en el cable i el circuit típics, i la seva presència està directament relacionada amb la força del camp magnètic. La intensitat del camp magnètic ve donada per l'àrea del bucle i el corrent que hi circula.
La importància dels dipols magnètics en la ciència mèdica
Els dipols magnètics tenen molta importància en la ciència mèdica. S'utilitzen per crear petits imants que es poden utilitzar per diagnosticar i tractar diverses condicions mèdiques. L'ús de dipols magnètics en la ciència mèdica s'anomena imatge de ressonància magnètica (MRI). La ressonància magnètica és una tècnica mèdica sòlida i segura que utilitza dipols magnètics per crear imatges de l'interior del cos.
Conclusió
Per tant, magnètic significa quelcom que atrau o repel·leix un imant. És una força que està relacionada amb l'electricitat i el magnetisme. Podeu utilitzar-lo per subjectar coses a la nevera o fer que la brúixola apunti cap al nord. Per tant, no tingueu por d'utilitzar-lo! No és tan complicat com sembla. Només recordeu les regles i aniràs bé.
Sóc Joost Nusselder, el fundador de Tools Doctor, venedor de continguts i pare. M'encanta provar equips nous i, juntament amb el meu equip, he estat creant articles de bloc en profunditat des del 2016 per ajudar els lectors fidels amb eines i consells d'elaboració.
