Magnetic: Heildar leiðbeiningar um segulkraft og svið

Segulmagn er flokkur eðlisfræðilegra fyrirbæra sem miðlað er af segulsviðum. Rafstraumar og grundvallar segulmagnaðir augnablik frumeinda gefa tilefni til segulsviðs, sem verkar á aðra strauma og segulmagnaðir augnablik.

Öll efni verða að einhverju leyti undir áhrifum frá segulsviði. Þekktustu áhrifin eru á varanlegum seglum, sem hafa viðvarandi segulmagnaðir augnablik af völdum ferromagnetism.

Kraftur segulkraftsins

Segulkraftur er krafturinn sem er beittur á hlaðna ögn sem hreyfist í segulsviði. Það er kraftur sem er hornrétt á hraða hleðsluögnarinnar og segulsviðsins. Þessum krafti er lýst með Lorentz kraftjöfnunni, sem segir að krafturinn (F) sem verkar á hleðslu (q) sem hreyfist með hraða (v) í segulsviði (B) sé gefinn með jöfnunni F = qvBsinθ, þar sem θ er hornið á milli hraða hleðslunnar og segulsviðsins.

Hvernig er segulkraftur tengdur rafstraumi?

Segulkraftur er nátengdur rafstraumi. Þegar rafstraumur streymir í gegnum vír myndar það segulsvið í kringum vírinn. Þetta segulsvið getur beitt krafti á aðra hluti í návist þess. Stærð og stefna kraftsins fer eftir styrk og stefnu segulsviðsins.

Hvaða efni verða fyrir áhrifum af segulkrafti?

Segulkraftur getur haft áhrif á fjölda efna, þar á meðal:

• Segulefni eins og járn, stál og nikkel
• Leiðandi efni eins og kopar og ál
• Færanlegar rafeindir í leiðara
• Hlaðnar agnir í plasma

Dæmi um segulkraft í verki

Nokkur dæmi um segulkraft í verkun eru:

• Seglar sem laða að eða hrekja hver annan frá sér
• Límmiðar sem festast við ísskáp eða hurð vegna þess að þeir eru með segli
• Stöng úr stáli sem er dregin í átt að sterkum segli
• Vír sem flytur rafstraum sem sveigir í segulsviði
• Stöðug hreyfing áttavitanálar vegna segulsviðs jarðar

Hvernig er segulkrafti lýst?

Segulkrafti er lýst með því að nota einingar af newtons (N) og teslas (T). Tesla er eining segulsviðsstyrks og hún er skilgreind sem krafturinn sem verkar á vír sem ber einn ampera straum sem er settur í samræmt segulsvið einnar tesla. Segulkrafturinn sem verkar á hlut er jafn margfeldi segulsviðsstyrks og hleðslu hlutarins.

Hvers konar svið eru tengd segulkrafti?

Segulkraftur tengist rafsegulsviðum. Rafsegulsvið er tegund sviðs sem verður til við tilvist rafhleðslna og strauma. Segulsviðið er einn hluti rafsegulsviðsins og það verður til við hreyfingu rafhleðslna.

Upplifa allir hlutir segulkraft?

Ekki allir hlutir upplifa segulkraft. Aðeins hlutir sem hafa nettóhleðslu eða bera rafstraum munu upplifa segulkraft. Hlutir sem hafa enga nettóhleðslu og bera ekki rafstraum munu ekki upplifa segulkraft.

Hvert er sambandið milli segulkrafts og leiðandi yfirborðs?

How to strip wire fast

Share

Watch on

Þegar leiðandi yfirborð er komið fyrir í segulsviði munu rafeindirnar á yfirborðinu verða fyrir krafti vegna segulsviðsins. Þessi kraftur mun valda því að rafeindirnar hreyfast, sem myndar straum í yfirborðinu. Straumurinn mun aftur á móti búa til segulsvið sem mun hafa samskipti við upprunalega segulsviðið, sem veldur því að yfirborðið upplifir kraft.

Hvert er sambandið milli segulkrafts og stærðar hraða hlutar?

Segulkrafturinn sem verkar á hlut er í réttu hlutfalli við stærð hraða hlutarins. Því hraðar sem hlutur hreyfist, því sterkari verður segulkrafturinn.

Heillandi saga segla

• Orðið „segul“ kemur frá latneska orðinu „magnes,“ sem vísar til sérstakrar tegundar bergs sem finnast í Tyrklandi á Ida-fjalli.
• Kínverjar til forna uppgötvuðu lodestones, sem eru náttúrulegir seglar úr járnoxíði, fyrir meira en 2,000 árum.
• Enski vísindamaðurinn William Gilbert staðfesti fyrri athuganir um eiginleika segla seint á 16. öld, þar á meðal tilvist segulskauta.
• Hollenski vísindamaðurinn Christian Oersted uppgötvaði sambandið milli rafmagns og segulmagns árið 1820.
• Franski eðlisfræðingurinn Andre Ampere útvíkkaði verk Oersted, rannsakaði samband rafmagns og segulmagns og þróaði hugmyndina um segulsviðið.

Þróun varanlegra segla

• Á fyrstu árum segulmagnsins höfðu vísindamenn áhuga á að framleiða sterkari og öflugri segla.
• Á þriðja áratugnum þróuðu vísindamenn við Sumitomo málmblöndu úr járni, áli og nikkeli sem framleiddi segull með meiri orkuþéttleika en nokkurt fyrra efni.
• Á níunda áratugnum kynntu vísindamenn við Vísindaakademíuna í Moskvu nýja tegund seguls úr efnasambandi úr neodymium, járni og bór (NdFeB), sem er sterkasti segullinn sem tæknilega er til í dag.
• Nútíma seglar geta framleitt segulsvið með styrkleika allt að 52 mega-Gauss-oersteds (MGOe), sem er gríðarlegt miðað við 0.5 MGOe sem myndast af lodestones.

Hlutverk segla í orkuframleiðslu

• Seglar gegna mikilvægu hlutverki í raforkuframleiðslu, sérstaklega við framleiðslu á orku frá vindmyllum og vatnsaflsstíflum.
• Seglar eru einnig notaðir í rafmótora sem finnast í allt frá bílum til heimilistækja.
• Áhuginn á seglum stafar af getu þeirra til að framleiða segulsvið sem hægt er að nota til að framleiða raforku.

Framtíð seglanna

• Vísindamenn eru að rannsaka ný efni og þróun í segulmagni, þar á meðal notkun sjaldgæfra jarðmálma og málmblöndur.
• Neo segullinn er ný tegund seguls sem er sterkari en nokkur fyrri segull og hefur tilhneigingu til að gjörbylta segulsviðinu.
• Eftir því sem skilningur okkar á seglum heldur áfram að stækka munu þeir gegna sífellt mikilvægara hlutverki í tæknivæddum samfélögum.

Að kanna heillandi heim segulmagnsins

Segulmagn er eiginleiki sem ákveðin efni búa yfir, sem gerir þeim kleift að laða að eða hrinda frá sér öðrum efnum. Tegundir segulmagns eru:

• Diamagnetism: Þessi tegund segulmagns er til staðar í öllum efnum og stafar af hreyfingu rafeinda í efninu. Þegar efni er komið fyrir í segulsviði munu rafeindirnar í efninu framleiða rafstraum sem er á móti segulsviðinu. Þetta leiðir til veikrar fráhrindunaráhrifa, sem eru venjulega ekki áberandi.

• Paramagnetism: Þessi tegund af segulmagni er einnig til staðar í öllum efnum, en það er mun veikara en diamagnetism. Í parasegulfræðilegum efnum eru segulmagnaðir augnablik rafeindanna ekki samræmd, en þau geta verið samræmd með ytra segulsviði. Þetta veldur því að efnið laðast veikt að segulsviðinu.

• Ferromagnetism: Þessi tegund segulmagn er sú kunnuglegasta og er það sem flestir hugsa um þegar þeir heyra orðið „segul“. Ferromagnetic efni laðast mjög að seglum og geta viðhaldið segulmagnaðir eiginleikar þeirra jafnvel eftir að ytra segulsviðið er fjarlægt. Þetta er vegna þess að segulmagnaðir augnablik rafeindanna í efninu eru í sömu átt og mynda sterkt segulsvið.

Vísindin á bak við segulmagnið

Segulmagn verður til með hreyfingu rafhleðslna, svo sem rafeinda, í efni. Segulsviðinu sem þessar hleðslur mynda má lýsa sem mengi lína sem mynda segulsvið. Styrkur segulsviðsins er mismunandi eftir fjölda hleðslna sem eru til staðar og að hve miklu leyti þær eru í takt.

Uppbygging efnis gegnir einnig hlutverki í segulfræðilegum eiginleikum þess. Í ferromagnetic efni, til dæmis, eru segulmagnaðir augnablik sameindanna stillt í sömu átt og myndar sterkt segulsvið. Í diamagnetic efni eru segulmagnaðir augnablikin af handahófi stillt, sem leiðir til veikrar fráhrindunaráhrifa.

Mikilvægi þess að skilja segulmagn

Segulmagn er mikilvægur eiginleiki efnis sem hefur marga hagnýta notkun. Sumar af þeim leiðum sem segulmagn er notað á eru:

• Rafmótorar og rafala: Þessi tæki nota segulsvið til að framleiða hreyfingu eða framleiða rafmagn.

• Segulgeymsla: Segulsvið eru notuð til að geyma gögn á hörðum diskum og öðrum tegundum segulmagnaðir geymslumiðla.

• Læknisfræðileg myndgreining: Magnetic resonance imaging (MRI) notar segulsvið til að framleiða nákvæmar myndir af líkamanum.

• Segulsvið: Hægt er að nota segulsvið til að sveifla hluti, sem hefur notkun í flutningum og framleiðslu.

Að skilja segulmagn er einnig mikilvægt fyrir vísindamenn og verkfræðinga sem vinna með efni. Með því að skilja segulmagnaðir eiginleikar efnis geta þeir hannað efni með sérstaka segulmagnaðir eiginleikar fyrir mismunandi notkun.

Að kanna segulsviðin í efnum

Styrkur segulsviðs er skilgreindur í ampereiningum á metra (A/m). Styrkur segulsviðsins er tengdur þéttleika segulflæðisins, sem er fjöldi segulsviðslína sem fara í gegnum tiltekið svæði. Stefna segulsviðsins er skilgreind af vigri, sem vísar í stefnu segulkraftsins á jákvæða hleðslu sem hreyfist á sviðinu.

Hlutverk leiðara á segulsviðum

Efni sem leiða rafmagn, eins og kopar eða ál, geta orðið fyrir áhrifum af segulsviðum. Þegar rafstraumur flæðir í gegnum leiðara myndast segulsvið sem er hornrétt á stefnu straumsins. Þetta er þekkt sem hægri reglan, þar sem þumalfingur vísar í átt að straumflæðinu og fingurnir krullast í átt að segulsviðinu.

Sérstakar tegundir segulefna

Það eru tvær sérstakar gerðir af segulmagnaðir efni: ferromagnetic og paramagnetic. Ferromagnetic efni, eins og járn, nikkel og kóbalt, hafa sterkt segulsvið og hægt að segulmagna. Paramagnetic efni, eins og ál og platínu, hafa veikt segulsvið og eru ekki auðveldlega segulmagnaðir.

Rafsegullinn: Öflugt tæki sem knúið er áfram af rafmagni

Rafsegull er tegund seguls sem verður til með því að hleypa rafstraum í gegnum vír. Vírinn er venjulega vafinn utan um kjarna úr járni eða öðru segulmagnuðu efni. Meginreglan á bak við rafsegul er að þegar rafstraumur flæðir í gegnum vír myndar það segulsvið í kringum vírinn. Með því að vefja vírnum inn í spólu styrkist segulsviðið og segullinn sem myndast er mun sterkari en venjulegur varanlegur segull.

Hvernig er rafsegulum stjórnað?

Auðvelt er að stjórna styrk rafseguls með því að breyta magni rafstraums sem flæðir í gegnum hann. Með því að auka eða minnka straummagnið er hægt að veikja eða styrkja segulsviðið. Jafnvel er hægt að snúa pólum rafseguls við með því að snúa rafflæðinu við. Þetta gerir rafsegul mjög gagnlega í fjölmörgum forritum.

Hvað eru skemmtilegar tilraunir með rafsegul?

Ef þú hefur áhuga á vísindum á bak við rafsegul þá eru margar skemmtilegar tilraunir sem þú getur prófað heima. Hér eru nokkrar hugmyndir:

• Búðu til einfaldan rafsegul með því að vefja vír utan um nagla og tengja hann við rafhlöðu. Sjáðu hversu margar bréfaklemmur þú getur tekið upp með rafsegulnum þínum.
• Byggðu einfaldan mótor með rafsegul og rafhlöðu. Með því að snúa pólun rafhlöðunnar geturðu látið mótorinn snúast í gagnstæða átt.
• Notaðu rafsegul til að búa til einfaldan rafall. Með því að snúa vírspólu inni í segulsviði geturðu framleitt lítið magn af rafmagni.

Á heildina litið þakkar tilvist rafseguls gagnsemi þess að auðvelt er að stjórna þeim með rafmagni, sem gerir það að mikilvægum hluta í mörgum tækjum og forritum.

Segultvípólar: Byggingareiningar segulmagnsins

Segultvípólar eru grunnbyggingareiningar segulmagns. Þeir eru minnsta segulmagnseiningin og eru samsett úr örsmáum seglum sem kallast rafeindir. Þessar rafeindir eru til staðar í sameindum efnis og hafa getu til að búa til segulsvið. Segultvípól er einfaldlega straumlykkja sem er samsett úr jákvæðum og neikvæðum hleðslum.

Virkni segultvípóla

Segultvípólar gegna virku hlutverki í uppbyggingu og virkni margra efnasambanda. Þeir eru almennt til staðar í dæmigerðum vír og hringrás og nærvera þeirra er í beinu sambandi við segulsviðsstyrkinn. Segulsviðsstyrkurinn er gefinn af flatarmáli lykkjunnar og straumnum sem flæðir í gegnum hana.

Mikilvægi segultvípóla í læknavísindum

Segultvípólar skipta miklu máli í læknavísindum. Þeir eru notaðir til að búa til örsmáa segla sem hægt er að nota til að greina og meðhöndla ýmsa sjúkdóma. Notkun segultvípóla í læknavísindum er kölluð segulómun (MRI). MRI er heilbrigð og örugg lækningatækni sem notar segulmagnaðir tvípólar til að búa til myndir af inni í líkamanum.

Niðurstaða

Svo, segulmagnaðir þýðir eitthvað sem laðar að eða hrindir frá sér segli. Það er kraftur sem tengist rafmagni og segulmagni. Þú getur notað hann til að halda hlutum á ísskáp eða gera áttavita til að benda norður. Svo, ekki vera hræddur við að nota það! Það er ekki eins flókið og það virðist. Mundu bara reglurnar og þú munt hafa það gott.

Ég er Joost Nusselder, stofnandi Tools Doctor, efnismarkaður og pabbi. Ég elska að prófa nýjan búnað og ásamt teyminu mínu hef ég verið að búa til ítarlegar blogggreinar síðan 2016 til að hjálpa dyggum lesendum með verkfærum og ráðleggingum um föndur.