Magnetiline: täielik juhend magnetjõu ja -väljade kohta

Magnetism on füüsikaliste nähtuste klass, mida vahendavad magnetväljad. Elektrivoolud ja elementaarosakeste põhimagnetmomendid tekitavad magnetvälja, mis mõjutab teisi voolusid ja magnetmomente.

Kõik materjalid on mingil määral mõjutatud magnetväljast. Tuntuim efekt on püsimagnetitel, millel on ferromagnetismist põhjustatud püsivad magnetmomendid.

Magnetjõu jõud

Magnetjõud on jõud, mis mõjub magnetväljas liikuvale laetud osakesele. See on jõud, mis on risti laetud osakese kiiruse ja magnetväljaga. Seda jõudu kirjeldab Lorentzi jõuvõrrand, mis väidab, et magnetväljas (B) kiirusega (v) liikuvale laengule (q) mõjuv jõud (F) on antud võrrandiga F = qvBsinθ, kus θ on nurk laengu kiiruse ja magnetvälja vahel.

Kuidas on magnetjõud elektrivooluga seotud?

Magnetjõud on tihedalt seotud elektrivooluga. Kui elektrivool liigub läbi juhtme, tekitab see juhtme ümber magnetvälja. See magnetväli võib selle juuresolekul avaldada teistele objektidele jõudu. Jõu suurus ja suund sõltuvad magnetvälja tugevusest ja suunast.

Milliseid materjale mõjutab magnetjõud?

Magnetjõud võib mõjutada paljusid materjale, sealhulgas:

• Magnetmaterjalid nagu raud, teras ja nikkel
• Juhtivad materjalid nagu vask ja alumiinium
• Liikuvad elektronid juhis
• Laetud osakesed plasmas

Näited magnetilise jõu kasutamisest

Mõned näited toimivast magnetjõust on järgmised:

• Magnetid tõmbavad üksteist ligi või tõrjuvad
• Kleebised, mis kleepuvad külmkapi või ukse külge, kuna neil on magnet
• Terasest varras, mida tõmmatakse tugeva magneti poole
• Elektrivoolu kandev traat, mis on magnetväljas kõrvale kaldunud
• Kompassinõela ühtlane liikumine Maa magnetvälja mõjul

Kuidas kirjeldatakse magnetjõudu?

Magnetjõudu kirjeldatakse njuutoni (N) ja tesla (T) ühikute abil. Tesla on magnetvälja tugevuse ühik ja see on defineeritud kui jõud, mis mõjub ühe amprise vooluga juhtmele, mis on paigutatud ühe tesla ühtlasesse magnetvälja. Objektile mõjuv magnetjõud võrdub magnetvälja tugevuse ja objekti laengu korrutisega.

Mis tüüpi väljad on seotud magnetjõuga?

Magnetjõud on seotud elektromagnetväljadega. Elektromagnetväli on teatud tüüpi väli, mis tekib elektrilaengute ja voolude olemasolul. Magnetväli on üks elektromagnetvälja komponentidest ja see tekib elektrilaengute liikumisel.

Kas kõik objektid kogevad magnetjõudu?

Mitte kõik objektid ei koge magnetjõudu. Magnetjõudu kogevad ainult need objektid, millel on netolaeng või mis kannavad elektrivoolu. Objektid, millel puudub netolaeng ja mis ei kanna elektrivoolu, ei koge magnetjõudu.

Mis on suhe magnetjõu ja juhtivate pindade vahel?

How to strip wire fast

Share

Watch on

Kui juhtiv pind asetatakse magnetvälja, kogevad pinnal olevad elektronid magnetvälja mõjul jõudu. See jõud paneb elektronid liikuma, mis tekitab pinnal voolu. Vool omakorda loob magnetvälja, mis interakteerub algse magnetväljaga, põhjustades pinnale jõudu.

Milline on suhe magnetjõu ja objekti kiiruse suuruse vahel?

Objektile mõjuv magnetjõud on võrdeline objekti kiiruse suurusega. Mida kiiremini objekt liigub, seda tugevam on magnetjõud.

Magnetite põnev ajalugu

• Sõna "magnet" pärineb ladinakeelsest sõnast "magnes", mis viitab erilisele kivimitüübile, mida leidub Türgis Ida mäel.
• Vanad hiinlased avastasid enam kui 2,000 aastat tagasi loodekivid, mis on raudoksiidist valmistatud looduslikud magnetid.
• Inglise teadlane William Gilbert kinnitas varasemaid tähelepanekuid magnetite omaduste kohta 16. sajandi lõpus, sealhulgas magnetpooluste olemasolu.
• Hollandi teadlane Christian Oersted avastas elektri ja magnetismi vahelise seose 1820. aastal.
• Prantsuse füüsik Andre Ampere laiendas Oerstedi tööd, uurides elektri ja magnetismi suhet ning arendades magnetvälja kontseptsiooni.

Püsimagnetite väljatöötamine

• Magnetismi algusaastatel olid teadlased huvitatud tugevamate ja võimsamate magnetite tootmisest.
• 1930. aastatel töötasid Sumitomo teadlased välja raua, alumiiniumi ja nikli sulami, mis andis magneti, mille energiatihedus on suurem kui mis tahes varasematel materjalidel.
• 1980. aastatel tutvustasid Moskva Teaduste Akadeemia teadlased uut tüüpi neodüümi, raua ja boori ühendist (NdFeB) valmistatud magnetit, mis on tänapäeval tehnoloogiliselt kõige tugevam magnet.
• Kaasaegsed magnetid suudavad tekitada magnetvälju, mille tugevus on kuni 52 mega-Gauss-oerstedi (MGOe), mis on tohutult suur võrreldes 0.5 MGOe, mida toodavad kivid.

Magnetite roll energiatootmises

• Magnetid mängivad otsustavat rolli elektrienergia tootmisel, eriti tuuleturbiinidest ja hüdroelektrijaamadest elektri tootmisel.
• Magneteid kasutatakse ka elektrimootorites, mida leidub kõiges autodest kodumasinateni.
• Huvi magnetite vastu tuleneb nende võimest tekitada magnetvälja, mida saab kasutada elektrienergia genereerimiseks.

Magnetite tulevik

• Teadlased uurivad uusi materjale ja magnetismi arenguid, sealhulgas haruldaste muldmetallide ja sulamite kasutamist.
• Neomagnet on uut tüüpi magnet, mis on tugevam kui ükski varasem magnet ja millel on potentsiaal muuta magnetvälja revolutsiooniliseks.
• Kuna meie arusaam magnetitest aina laieneb, on neil tehnoloogiliselt arenenud ühiskondades üha olulisem roll.

Magnetismi põneva maailma avastamine

Magnetism on teatud materjalide omadus, mis võimaldab neil teisi materjale ligi tõmmata või tõrjuda. Magnetismi tüübid on järgmised:

• Diamagnetism: seda tüüpi magnetism esineb kõigis materjalides ja on põhjustatud elektronide liikumisest materjalis. Kui materjal asetatakse magnetvälja, toodavad materjalis olevad elektronid elektrivoolu, mis on magnetväljale vastu. Selle tulemuseks on nõrk tõukeefekt, mida tavaliselt ei märgata.

• Paramagnetism: seda tüüpi magnetism esineb ka kõigis materjalides, kuid see on palju nõrgem kui diamagnetism. Paramagnetilistes materjalides elektronide magnetmomendid ei ole joondatud, kuid neid saab joondada välise magnetvälja abil. See põhjustab materjali nõrga tõmbumise magnetvälja poole.

• Ferromagnetism: seda tüüpi magnetism on kõige tuttavam ja see on see, millele enamik inimesi mõtleb, kui kuuleb sõna "magnet". Ferromagnetilised materjalid tõmbavad magnetid tugevalt ligi ja võivad säilitada oma magnetilised omadused ka pärast välise magnetvälja eemaldamist. Seda seetõttu, et materjalis olevate elektronide magnetmomendid on joondatud samas suunas, tekitades tugeva magnetvälja.

Teadus magnetismi taga

Magnetism tekib elektrilaengute, näiteks elektronide liikumisel materjalis. Nende laengute tekitatud magnetvälja võib kirjeldada kui joonte kogumit, mis moodustavad magnetvälja. Magnetvälja tugevus varieerub olenevalt olemasolevate laengute arvust ja nende joondatud astmest.

Materjali struktuur mängib rolli ka selle magnetilistes omadustes. Näiteks ferromagnetilistes materjalides on molekulide magnetmomendid joondatud samas suunas, tekitades tugeva magnetvälja. Diamagnetilistes materjalides on magnetmomendid juhuslikult orienteeritud, mille tulemuseks on nõrk tõukeefekt.

Magnetismi mõistmise tähtsus

Magnetism on aine oluline omadus, millel on palju praktilisi rakendusi. Mõned magnetismi kasutamise viisid on järgmised:

• Elektrimootorid ja generaatorid: need seadmed kasutavad liikumise tekitamiseks või elektri tootmiseks magnetvälju.

• Magnetsalvestus: magnetvälju kasutatakse andmete salvestamiseks kõvaketastele ja muud tüüpi magnetilistele andmekandjatele.

• Meditsiiniline pildistamine: Magnetresonantstomograafia (MRI) kasutab kehast üksikasjalike kujutiste saamiseks magnetvälju.

• Magnetiline levitatsioon: Magnetvälju saab kasutada objektide leviteerimiseks, mida kasutatakse transpordis ja tootmises.

Magnetismi mõistmine on oluline ka materjalidega töötavatele teadlastele ja inseneridele. Mõistes materjali magnetilisi omadusi, saavad nad kavandada spetsiifiliste magnetiliste omadustega materjale erinevate rakenduste jaoks.

Materjalide magnetväljade uurimine

Magnetvälja tugevus määratakse ühikutes amprites meetri kohta (A/m). Magnetvälja intensiivsus on seotud magnetvoo tihedusega, mis on antud ala läbivate magnetvälja joonte arv. Magnetvälja suuna määrab vektor, mis näitab väljas liikuvale positiivsele laengule mõjuva magnetjõu suunda.

Juhtide roll magnetväljades

Elektrit juhtivaid materjale, nagu vask või alumiinium, võivad magnetväljad mõjutada. Kui elektrivool liigub läbi juhi, tekib magnetväli, mis on voolu liikumise suunaga risti. Seda tuntakse parema käe reeglina, kus pöial näitab voolu voolu suunda ja sõrmed kõverduvad magnetvälja suunas.

Magnetmaterjalide spetsiifilised tüübid

Magnetmaterjale on kahte tüüpi: ferromagnetilised ja paramagnetilised. Ferromagnetilistel materjalidel, nagu raud, nikkel ja koobalt, on tugev magnetväli ja neid saab magnetiseerida. Paramagnetilistel materjalidel, nagu alumiinium ja plaatina, on nõrk magnetväli ja neid ei ole kerge magnetiseerida.

Elektromagnet: võimas seade, mida juhib elekter

Elektromagnet on teatud tüüpi magnet, mis tekib elektrivoolu juhtimisel läbi juhtme. Traat on tavaliselt mähitud ümber rauast või muust magnetmaterjalist valmistatud südamiku. Elektromagneti põhimõte seisneb selles, et kui elektrivool liigub läbi juhtme, tekitab see juhtme ümber magnetvälja. Traadi mähisesse mähises tugevdatakse magnetvälja ja tekkiv magnet on palju tugevam kui tavaline püsimagnet.

Kuidas elektromagneteid juhitakse?

Elektromagneti tugevust saab hõlpsasti kontrollida, muutes seda läbiva elektrivoolu kogust. Voolutugevust suurendades või vähendades saab magnetvälja nõrgendada või tugevdada. Elektromagneti pooluseid saab isegi ümber pöörata, pöörates elektrivoolu vastupidiseks. See muudab elektromagnetid väga kasulikuks paljudes rakendustes.

Millised on mõned lõbusad katsed elektromagnetitega?

Kui olete huvitatud elektromagnetite taga olevast teadusest, on palju lõbusaid katseid, mida saate kodus proovida. Siin on mõned ideed:

• Looge lihtne elektromagnet, mähkides traadi ümber küünte ja ühendades selle akuga. Vaadake, kui palju kirjaklambreid saate oma elektromagnetiga korjata.
• Ehitage elektromagneti ja aku abil lihtne mootor. Aku polaarsust pöörates saate mootori vastupidises suunas pöörlema ​​panna.
• Kasutage lihtsa generaatori loomiseks elektromagnetit. Traadipooli magnetvälja sees keerutades saate genereerida väikese koguse elektrit.

Üldiselt võlgneb elektromagnetite olemasolu selle kasulikkuse tõttu, et neid saab elektriga hõlpsasti juhtida, mistõttu on see paljudes seadmetes ja rakendustes oluline komponent.

Magnetdipoolid: magnetismi ehituskivid

Magnetilised dipoolid on magnetismi peamised ehitusplokid. Need on magnetismi väikseim ühik ja koosnevad pisikestest magnetitest, mida nimetatakse elektronideks. Need elektronid esinevad materjali molekulides ja neil on võime luua magnetvälja. Magnetdipool on lihtsalt vooluahel, mis koosneb positiivsetest ja negatiivsetest laengutest.

Magnetdipoolide funktsioon

Magnetdipoolid mängivad aktiivset rolli paljude ühendite struktuuris ja funktsioonis. Need esinevad tavaliselt tüüpilises juhtmes ja vooluringis ning nende olemasolu on otseselt seotud magnetvälja tugevusega. Magnetvälja tugevuse annab ahela pindala ja seda läbiv vool.

Magnetdipoolide tähtsus meditsiiniteaduses

Magnetdipoolidel on meditsiiniteaduses suur tähtsus. Neid kasutatakse väikeste magnetite loomiseks, mida saab kasutada erinevate haigusseisundite diagnoosimiseks ja raviks. Magnetdipoolide kasutamist arstiteaduses nimetatakse magnetresonantstomograafiaks (MRI). MRI on usaldusväärne ja ohutu meditsiiniline tehnika, mis kasutab keha sisemuse kujutiste loomiseks magnetilisi dipoole.

Järeldus

Niisiis, magnetiline tähendab midagi, mis tõmbab magneti ligi või tõrjub. See on jõud, mis on seotud elektri ja magnetismiga. Saate seda kasutada asjade külmiku küljes hoidmiseks või kompassi suunamiseks põhja poole. Nii et ärge kartke seda kasutada! See pole nii keeruline, kui tundub. Pidage lihtsalt reegleid meeles ja kõik läheb hästi.

Olen Joost Nusselder, Tools Doctori asutaja, sisuturundaja ja isa. Mulle meeldib uusi seadmeid proovida ja olen koos oma meeskonnaga loonud põhjalikke ajaveebiartikleid alates 2016. aastast, et aidata lojaalseid lugejaid tööriistade ja meisterdamisnõuannetega.