მაგნიტიზმი არის ფიზიკური ფენომენების კლასი, რომლებიც შუამავლობენ მაგნიტური ველებით. ელექტრული დენები და ელემენტარული ნაწილაკების ფუნდამენტური მაგნიტური მომენტები წარმოქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც მოქმედებს სხვა დენებზე და მაგნიტურ მომენტებზე.
ყველა მასალა გარკვეულწილად განიცდის მაგნიტური ველის გავლენას. ყველაზე ნაცნობი ეფექტი არის მუდმივ მაგნიტებზე, რომლებსაც აქვთ ფერომაგნეტიზმით გამოწვეული მუდმივი მაგნიტური მომენტები.
ამ პოსტში ჩვენ განვიხილავთ:
- მაგნიტური ძალის ძალა
- როგორ არის დაკავშირებული მაგნიტური ძალა ელექტრულ დენთან?
- რა მასალებს ზემოქმედებს მაგნიტური ძალა?
- მაგნიტური ძალის მაგალითები მოქმედებაში
- როგორ არის აღწერილი მაგნიტური ძალა?
- რა ტიპის ველები უკავშირდება მაგნიტურ ძალას?
- განიცდის თუ არა ყველა ობიექტი მაგნიტურ ძალას?
- რა კავშირია მაგნიტურ ძალასა და გამტარ ზედაპირებს შორის?
- რა არის კავშირი მაგნიტურ ძალასა და ობიექტის სიჩქარის სიდიდეს შორის?
- მაგნიტების მომხიბლავი ისტორია
- მაგნიტიზმის მომხიბლავი სამყაროს შესწავლა
- მასალების მაგნიტური ველების შესწავლა
- ელექტრომაგნიტი: ძლიერი მოწყობილობა, რომელსაც მართავს ელექტროენერგია
- მაგნიტური დიპოლები: მაგნიტიზმის სამშენებლო ბლოკები
- დასკვნა
მაგნიტური ძალის ძალა
მაგნიტური ძალა არის ძალა, რომელიც მოქმედებს მაგნიტურ ველში მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე. ეს არის ძალა, რომელიც პერპენდიკულარულია დამუხტული ნაწილაკისა და მაგნიტური ველის სიჩქარეზე. ეს ძალა აღწერილია ლორენცის ძალის განტოლებით, სადაც ნათქვამია, რომ ძალა (F), რომელიც მოქმედებს მუხტზე (q), რომელიც მოძრაობს სიჩქარით (v) მაგნიტურ ველში (B) მოცემულია განტოლებით F = qvBsinθ, სადაც θ. არის კუთხე მუხტის სიჩქარესა და მაგნიტურ ველს შორის.
როგორ არის დაკავშირებული მაგნიტური ძალა ელექტრულ დენთან?
მაგნიტური ძალა მჭიდროდ არის დაკავშირებული ელექტრო დენთან. როდესაც ელექტრული დენი მიედინება მავთულში, ის ქმნის მაგნიტურ ველს მავთულის გარშემო. ამ მაგნიტურ ველს შეუძლია მოახდინოს ძალა სხვა ობიექტებზე მისი თანდასწრებით. ძალის სიდიდე და მიმართულება დამოკიდებულია მაგნიტური ველის სიძლიერესა და მიმართულებაზე.
რა მასალებს ზემოქმედებს მაგნიტური ძალა?
მაგნიტურ ძალას შეუძლია გავლენა მოახდინოს მასალების დიდ რაოდენობაზე, მათ შორის:
- მაგნიტური მასალები, როგორიცაა რკინა, ფოლადი და ნიკელი
- გამტარი მასალები, როგორიცაა სპილენძი და ალუმინი
- მობილური ელექტრონები გამტარში
- დამუხტული ნაწილაკები პლაზმაში
მაგნიტური ძალის მაგალითები მოქმედებაში
მოქმედების მაგნიტური ძალის რამდენიმე მაგალითი მოიცავს:
- მაგნიტები იზიდავს ან მოგერიებს ერთმანეთს
- სტიკერები, რომლებიც ეწებება მაცივარს ან კარს, რადგან მათზე მაგნიტია დამონტაჟებული
- ფოლადის ღერო მიზიდულია ძლიერი მაგნიტისკენ
- ელექტრული დენის მატარებელი მავთული, რომელიც გადახრილია მაგნიტურ ველში
- კომპასის ნემსის სტაბილური მოძრაობა დედამიწის მაგნიტური ველის გამო
როგორ არის აღწერილი მაგნიტური ძალა?
მაგნიტური ძალა აღწერილია ნიუტონის (N) და ტესლას (T) ერთეულების გამოყენებით. ტესლა არის მაგნიტური ველის სიძლიერის ერთეული და განისაზღვრება, როგორც ძალა, რომელიც მოქმედებს მავთულზე, რომელიც ატარებს ერთი ამპერის დენს, რომელიც მოთავსებულია ერთი ტესლას ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში. ობიექტზე მოქმედი მაგნიტური ძალა უდრის მაგნიტური ველის სიძლიერისა და ობიექტის მუხტის ნამრავლს.
რა ტიპის ველები უკავშირდება მაგნიტურ ძალას?
მაგნიტური ძალა დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტურ ველებთან. ელექტრომაგნიტური ველი არის ველის ტიპი, რომელიც იქმნება ელექტრული მუხტებისა და დენების არსებობით. მაგნიტური ველი ელექტრომაგნიტური ველის ერთ-ერთი კომპონენტია და ის იქმნება ელექტრული მუხტების მოძრაობით.
განიცდის თუ არა ყველა ობიექტი მაგნიტურ ძალას?
ყველა ობიექტი არ განიცდის მაგნიტურ ძალას. მხოლოდ ობიექტებს, რომლებსაც აქვთ წმინდა მუხტი ან ატარებენ ელექტრო დენს, განიცდიან მაგნიტურ ძალას. ობიექტები, რომლებსაც არ აქვთ წმინდა მუხტი და არ ატარებენ ელექტრო დენს, არ განიცდიან მაგნიტურ ძალას.
რა კავშირია მაგნიტურ ძალასა და გამტარ ზედაპირებს შორის?
როდესაც გამტარი ზედაპირი მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, ზედაპირზე არსებული ელექტრონები განიცდიან ძალას მაგნიტური ველის გამო. ეს ძალა გამოიწვევს ელექტრონების მოძრაობას, რაც შექმნის დენს ზედაპირზე. დენი, თავის მხრივ, შექმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც ურთიერთქმედებს თავდაპირველ მაგნიტურ ველთან, რის შედეგადაც ზედაპირი განიცდის ძალას.
რა არის კავშირი მაგნიტურ ძალასა და ობიექტის სიჩქარის სიდიდეს შორის?
ობიექტზე მოქმედი მაგნიტური ძალა ობიექტის სიჩქარის სიდიდის პროპორციულია. რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს ობიექტი, მით უფრო ძლიერი იქნება მაგნიტური ძალა.
მაგნიტების მომხიბლავი ისტორია
- სიტყვა "მაგნიტი" მომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან "magnes", რომელიც აღნიშნავს თურქეთში იდას მთაზე აღმოჩენილ კლდის განსაკუთრებულ ტიპს.
- ძველმა ჩინელებმა 2,000 წელზე მეტი ხნის წინ აღმოაჩინეს ლოდექვები, რომლებიც რკინის ოქსიდისგან დამზადებული ბუნებრივი მაგნიტებია.
- ინგლისელმა მეცნიერმა უილიამ გილბერტმა დაადასტურა ადრეული დაკვირვებები მე-16 საუკუნის ბოლოს მაგნიტების თვისებებზე, მათ შორის მაგნიტური პოლუსების არსებობის შესახებ.
- ჰოლანდიელმა მეცნიერმა კრისტიან ოერსტედმა აღმოაჩინა კავშირი ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს შორის 1820 წელს.
- ფრანგმა ფიზიკოსმა ანდრე ამპერემ გააფართოვა ოერსტედის ნაშრომი, შეისწავლა ელექტროენერგიისა და მაგნეტიზმის ურთიერთობა და შეიმუშავა მაგნიტური ველის კონცეფცია.
მუდმივი მაგნიტების განვითარება
- მაგნეტიზმის ადრეულ წლებში მკვლევარები დაინტერესებულნი იყვნენ უფრო ძლიერი და ძლიერი მაგნიტების წარმოებით.
- 1930-იან წლებში სუმიტომოს მკვლევარებმა შეიმუშავეს რკინის, ალუმინის და ნიკელის შენადნობი, რომელიც წარმოქმნიდა მაგნიტს უფრო მაღალი ენერგიის სიმკვრივით, ვიდრე ნებისმიერი წინა მასალა.
- 1980-იან წლებში მოსკოვის მეცნიერებათა აკადემიის მკვლევარებმა შემოიღეს ახალი ტიპის მაგნიტი, რომელიც დამზადებულია ნეოდიმის, რკინისა და ბორის ნაერთებისგან (NdFeB), რომელიც დღეს ტექნოლოგიურად ყველაზე ძლიერი მაგნიტია.
- თანამედროვე მაგნიტებს შეუძლიათ გამოიმუშავონ მაგნიტური ველები 52 მეგა-გაუს-ოერსტედს (MGOe)-მდე სიძლიერით, რაც უზარმაზარია ლოდესტონების მიერ წარმოებულ 0.5 MGOe-სთან შედარებით.
მაგნიტების როლი ენერგიის წარმოებაში
- მაგნიტები გადამწყვეტ როლს თამაშობენ ელექტროენერგიის გამომუშავებაში, განსაკუთრებით ქარის ტურბინებიდან და ჰიდროელექტრო კაშხლებიდან ენერგიის წარმოებაში.
- მაგნიტები ასევე გამოიყენება ელექტროძრავებში, რომლებიც გვხვდება ყველაფერში, მანქანებიდან საყოფაცხოვრებო ტექნიკით დამთავრებული.
- მაგნიტების მიმართ ინტერესი წარმოიქმნება მაგნიტური ველის წარმოქმნის უნარის გამო, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის.
მაგნიტების მომავალი
- მეცნიერები სწავლობენ მაგნეტიზმის ახალ მასალებს და განვითარებას, მათ შორის იშვიათი დედამიწის ლითონებისა და შენადნობების გამოყენებას.
- ნეო მაგნიტი არის ახალი ტიპის მაგნიტი, რომელიც უფრო ძლიერია ვიდრე ნებისმიერი წინა მაგნიტი და აქვს პოტენციალი მოახდინოს რევოლუცია მაგნიტიზმის ველში.
- რამდენადაც ჩვენი გაგება მაგნიტების შესახებ აგრძელებს გაფართოებას, ისინი უფრო მნიშვნელოვან როლს ითამაშებენ ტექნოლოგიურად განვითარებულ საზოგადოებებში.
მაგნიტიზმის მომხიბლავი სამყაროს შესწავლა
მაგნიტიზმი არის თვისება, რომელიც ფლობს გარკვეულ მასალებს, რაც საშუალებას აძლევს მათ მიიზიდონ ან მოგერიონ სხვა მასალები. მაგნეტიზმის ტიპები მოიცავს:
- დიამაგნეტიზმი: ამ ტიპის მაგნეტიზმი არის ყველა მასალაში და გამოწვეულია მასალაში ელექტრონების მოძრაობით. როდესაც მასალა მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, მასში არსებული ელექტრონები წარმოქმნიან ელექტრულ დენს, რომელიც ეწინააღმდეგება მაგნიტურ ველს. ეს იწვევს სუსტი მოგერიების ეფექტს, რომელიც ჩვეულებრივ არ არის შესამჩნევი.
- პარამაგნეტიზმი: ამ ტიპის მაგნეტიზმი ასევე გვხვდება ყველა მასალაში, მაგრამ ის ბევრად სუსტია ვიდრე დიამაგნიტიზმი. პარამაგნიტურ მასალებში ელექტრონების მაგნიტური მომენტები არ არის გასწორებული, მაგრამ მათი გასწორება შესაძლებელია გარე მაგნიტური ველით. ეს იწვევს მასალის სუსტ მიზიდულობას მაგნიტური ველისკენ.
- ფერომაგნეტიზმი: მაგნეტიზმის ეს ტიპი ყველაზე ნაცნობია და ეს არის ის, რასაც ადამიანები ფიქრობენ, როდესაც ისმენენ სიტყვას "მაგნიტი". ფერომაგნიტური მასალები ძლიერად იზიდავს მაგნიტებს და შეუძლიათ შეინარჩუნონ მაგნიტური თვისებები გარე მაგნიტური ველის ამოღების შემდეგაც კი. ეს იმიტომ ხდება, რომ მასალაში ელექტრონების მაგნიტური მომენტები ერთნაირი მიმართულებით არის გასწორებული, რაც ძლიერ მაგნიტურ ველს წარმოქმნის.
მეცნიერება მაგნიტიზმის უკან
მაგნიტიზმი წარმოიქმნება ელექტრული მუხტების მოძრაობით, როგორიცაა ელექტრონები, მასალაში. ამ მუხტების მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველი შეიძლება შეფასდეს, როგორც ხაზების ერთობლიობა, რომლებიც ქმნიან მაგნიტურ ველს. მაგნიტური ველის სიძლიერე განსხვავდება არსებული მუხტების რაოდენობისა და მათი გასწორების ხარისხზე.
მასალის სტრუქტურა ასევე თამაშობს როლს მის მაგნიტურ თვისებებში. მაგალითად, ფერომაგნიტურ მასალებში, მოლეკულების მაგნიტური მომენტები გასწორებულია იმავე მიმართულებით, რაც ქმნის ძლიერ მაგნიტურ ველს. დიამაგნიტურ მასალებში მაგნიტური მომენტები შემთხვევით არის ორიენტირებული, რის შედეგადაც ხდება სუსტი მოგერიების ეფექტი.
მაგნიტიზმის გაგების მნიშვნელობა
მაგნიტიზმი არის მატერიის მნიშვნელოვანი თვისება, რომელსაც აქვს მრავალი პრაქტიკული გამოყენება. მაგნეტიზმის გამოყენების რამდენიმე გზა მოიცავს:
- ელექტროძრავები და გენერატორები: ეს მოწყობილობები იყენებენ მაგნიტურ ველებს მოძრაობის წარმოებისთვის ან ელექტროენერგიის შესაქმნელად.
- მაგნიტური საცავი: მაგნიტური ველები გამოიყენება მყარ დისკებზე და სხვა ტიპის მაგნიტური საცავის მედიის მონაცემების შესანახად.
- სამედიცინო გამოსახულება: მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია (MRI) იყენებს მაგნიტურ ველებს სხეულის დეტალური გამოსახულების შესაქმნელად.
- მაგნიტური ლევიტაცია: მაგნიტური ველები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ობიექტების ლევიტაციისთვის, რომელსაც აქვს გამოყენება ტრანსპორტირებასა და წარმოებაში.
მაგნიტიზმის გაგება ასევე მნიშვნელოვანია მეცნიერებისა და ინჟინრებისთვის, რომლებიც მუშაობენ მასალებთან. მასალის მაგნიტური თვისებების გაგებით, მათ შეუძლიათ შეიმუშაონ მასალები სპეციფიკური მაგნიტური თვისებებით სხვადასხვა გამოყენებისთვის.
მასალების მაგნიტური ველების შესწავლა
მაგნიტური ველის სიძლიერე განისაზღვრება ამპერის ერთეულებში მეტრზე (A/m). მაგნიტური ველის ინტენსივობა დაკავშირებულია მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივესთან, რაც არის მაგნიტური ველის ხაზების რაოდენობა, რომლებიც გადის მოცემულ არეალში. მაგნიტური ველის მიმართულება განისაზღვრება ვექტორით, რომელიც მიუთითებს ველში მოძრავი დადებითი მუხტის მაგნიტური ძალის მიმართულებით.
გამტარების როლი მაგნიტურ ველებში
ელექტროენერგიის გამტარ მასალებზე, როგორიცაა სპილენძი ან ალუმინი, შეიძლება გავლენა იქონიოს მაგნიტურ ველებზე. როდესაც ელექტრული დენი გადის გამტარში, წარმოიქმნება მაგნიტური ველი, რომელიც პერპენდიკულარულია დენის დინების მიმართულებაზე. ეს ცნობილია, როგორც მარჯვენა ხელის წესი, სადაც ცერა თითი მიმართულია დენის დინების მიმართულებით, ხოლო თითები მაგნიტური ველის მიმართულებით იხვევა.
მაგნიტური მასალების სპეციფიკური ტიპები
არსებობს მაგნიტური მასალის ორი სპეციფიკური ტიპი: ფერომაგნიტური და პარამაგნიტური. ფერომაგნიტურ მასალებს, როგორიცაა რკინა, ნიკელი და კობალტი, აქვთ ძლიერი მაგნიტური ველი და შეიძლება მაგნიტიზდეს. პარამაგნიტურ მასალებს, როგორიცაა ალუმინი და პლატინი, აქვთ სუსტი მაგნიტური ველი და ადვილად არ მაგნიტირდება.
ელექტრომაგნიტი: ძლიერი მოწყობილობა, რომელსაც მართავს ელექტროენერგია
ელექტრომაგნიტი არის მაგნიტის ტიპი, რომელიც იქმნება მავთულის მეშვეობით ელექტრული დენის გატარებით. მავთული ჩვეულებრივ შემოხვეულია რკინის ან სხვა მაგნიტური მასალისგან დამზადებულ ბირთვზე. ელექტრომაგნიტის პრინციპი არის ის, რომ როდესაც ელექტრული დენი მიედინება მავთულში, ის ქმნის მაგნიტურ ველს მავთულის გარშემო. მავთულის ხვეულში გადახვევით მაგნიტური ველი ძლიერდება და შედეგად მიღებული მაგნიტი ბევრად უფრო ძლიერია ვიდრე ჩვეულებრივი მუდმივი მაგნიტი.
როგორ კონტროლდება ელექტრომაგნიტები?
ელექტრომაგნიტის სიძლიერე ადვილად შეიძლება კონტროლდებოდეს მასში გამავალი ელექტრული დენის რაოდენობის შეცვლით. დენის რაოდენობის გაზრდით ან შემცირებით, მაგნიტური ველი შეიძლება შესუსტდეს ან გაძლიერდეს. ელექტრომაგნიტის პოლუსების შეცვლა შესაძლებელია ელექტროენერგიის ნაკადის შებრუნებითაც კი. ეს ხდის ელექტრომაგნიტებს ძალიან სასარგებლო აპლიკაციების ფართო სპექტრში.
რა არის რამდენიმე სახალისო ექსპერიმენტი ელექტრომაგნიტებთან?
თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ელექტრომაგნიტების მიღმა არსებული მეცნიერებით, არსებობს მრავალი სახალისო ექსპერიმენტი, რომელიც შეგიძლიათ სცადოთ სახლში. აქ არის რამდენიმე იდეა:
- შექმენით მარტივი ელექტრომაგნიტი ფრჩხილზე მავთულის შემოხვევით და ბატარეასთან შეერთებით. ნახეთ, რამდენი ქაღალდის სამაგრი შეგიძლიათ აიღოთ თქვენი ელექტრომაგნიტით.
- შექმენით მარტივი ძრავა ელექტრომაგნიტისა და ბატარეის გამოყენებით. ბატარეის პოლარობის გადაბრუნებით, შეგიძლიათ ძრავა საპირისპირო მიმართულებით დაატრიალოთ.
- გამოიყენეთ ელექტრომაგნიტი მარტივი გენერატორის შესაქმნელად. მაგნიტური ველის შიგნით მავთულის ხვეულის დატრიალებით, თქვენ შეგიძლიათ წარმოქმნათ მცირე რაოდენობით ელექტროენერგია.
მთლიანობაში, ელექტრომაგნიტების არსებობა განპირობებულია მისი სარგებლიანობით იმით, რომ მისი ადვილად კონტროლი შესაძლებელია ელექტროენერგიით, რაც მას სასიცოცხლო კომპონენტად აქცევს ბევრ მოწყობილობასა და აპლიკაციაში.
მაგნიტური დიპოლები: მაგნიტიზმის სამშენებლო ბლოკები
მაგნიტური დიპოლები არის მაგნიტიზმის ძირითადი სამშენებლო ბლოკები. ისინი მაგნეტიზმის უმცირესი ერთეულია და შედგება პაწაწინა მაგნიტებისაგან, რომლებსაც ელექტრონები ეწოდება. ეს ელექტრონები იმყოფებიან მასალის მოლეკულებში და აქვთ მაგნიტური ველის შექმნის უნარი. მაგნიტური დიპოლი არის უბრალოდ დენის მარყუჟი, რომელიც შედგება დადებითი და უარყოფითი მუხტებისაგან.
მაგნიტური დიპოლების ფუნქცია
მაგნიტური დიპოლები აქტიურ როლს ასრულებენ მრავალი ნაერთების სტრუქტურასა და ფუნქციაში. ისინი ჩვეულებრივ გვხვდება ტიპურ მავთულსა და წრეში და მათი არსებობა პირდაპირ კავშირშია მაგნიტური ველის სიძლიერეზე. მაგნიტური ველის სიძლიერე მოცემულია მარყუჟის ფართობით და მასში გამავალი დენით.
მაგნიტური დიპოლების მნიშვნელობა სამედიცინო მეცნიერებაში
მაგნიტურ დიპოლებს დიდი მნიშვნელობა აქვს სამედიცინო მეცნიერებაში. ისინი გამოიყენება პატარა მაგნიტების შესაქმნელად, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სამედიცინო მდგომარეობის დიაგნოსტიკისა და მკურნალობისთვის. მაგნიტური დიპოლების გამოყენებას სამედიცინო მეცნიერებაში მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია (MRI) ეწოდება. MRI არის ხმოვანი და უსაფრთხო სამედიცინო ტექნიკა, რომელიც იყენებს მაგნიტურ დიპოლებს სხეულის შიგნით გამოსახულების შესაქმნელად.
დასკვნა
ასე რომ, მაგნიტური ნიშნავს იმას, რაც იზიდავს ან მოგერიებს მაგნიტს. ეს არის ძალა, რომელიც დაკავშირებულია ელექტროენერგიასთან და მაგნიტიზმთან. მისი გამოყენება შეგიძლიათ მაცივარზე ნივთების დასაჭერად ან ჩრდილოეთისკენ მიმართული კომპასის გასაკეთებლად. ასე რომ, არ შეგეშინდეთ მისი გამოყენება! ეს არ არის ისეთი რთული, როგორც ჩანს. უბრალოდ დაიმახსოვრე წესები და ყველაფერი კარგად იქნება.
მე ვარ იოსტ ნუსელდერი, Tools Doctor-ის დამფუძნებელი, კონტენტ მარკეტოლოგი და მამა. მე მიყვარს ახალი აღჭურვილობის გამოცდა და ჩემს გუნდთან ერთად ვქმნი ბლოგების სიღრმისეულ სტატიებს 2016 წლიდან, რათა დავეხმარო ლოიალურ მკითხველებს ხელსაწყოებითა და ხელოსნობის რჩევებით.
