Магнитизм – магнит өрісі арқылы жүретін физикалық құбылыстар класы. Электр тогы мен элементар бөлшектердің негізгі магниттік моменттері магнит өрісін тудырады, ол басқа токтар мен магниттік моменттерге әсер етеді.
Барлық материалдарға белгілі бір дәрежеде магнит өрісі әсер етеді. Ең танымал әсер ферромагнетизмнен туындаған тұрақты магниттік моменттері бар тұрақты магниттерге қатысты.
Бұл жазбада біз мыналарды қарастырамыз:
- Магниттік күштің күші
- Магниттік күштің электр тогымен байланысы қандай?
- Магниттік күш қандай материалдарға әсер етеді?
- Әрекеттегі магниттік күштердің мысалдары
- Магниттік күш қалай сипатталады?
- Магниттік күшке қандай өрістер жатады?
- Барлық заттар магнит күшін сезіне ме?
- Магниттік күш пен өткізгіш беттердің арасында қандай байланыс бар?
- Магниттік күш пен заттың жылдамдығының шамасы арасында қандай байланыс бар?
- Магниттердің қызықты тарихы
- Магнитизмнің қызықты әлемін зерттеу
- Материалдардағы магнит өрістерін зерттеу
- Электромагнит: электр қуатымен басқарылатын қуатты құрылғы
- Магниттік дипольдер: магнетизмнің құрылыс блоктары
- қорытынды
Магниттік күштің күші
Магниттік күш – магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшекке әсер ететін күш. Бұл зарядталған бөлшек пен магнит өрісінің жылдамдығына перпендикуляр болатын күш. Бұл күш магнит өрісінде (B) жылдамдықпен (v) қозғалатын зарядқа (q) әсер ететін күш (F) F = qvBsinθ теңдеуімен берілген, мұндағы θ бұл күш Лоренц күші теңдеуі арқылы сипатталады. заряд жылдамдығы мен магнит өрісі арасындағы бұрыш.
Магниттік күштің электр тогымен байланысы қандай?
Магниттік күш электр тогымен тығыз байланысты. Электр тогы сым арқылы өткенде, сымның айналасында магнит өрісі пайда болады. Бұл магнит өрісі оның қатысуымен басқа объектілерге күш түсіре алады. Күштің шамасы мен бағыты магнит өрісінің күші мен бағытына байланысты.
Магниттік күш қандай материалдарға әсер етеді?
Магниттік күш көптеген материалдарға әсер етуі мүмкін, соның ішінде:
- Темір, болат және никель сияқты магниттік материалдар
- Мыс және алюминий сияқты өткізгіш материалдар
- Өткізгіштегі жылжымалы электрондар
- Плазмадағы зарядталған бөлшектер
Әрекеттегі магниттік күштердің мысалдары
Магниттік күштің кейбір мысалдарына мыналар жатады:
- Магниттер бірін-бірі тартады немесе итереді
- Тоңазытқышқа немесе есікке жабысатын жапсырмалар, себебі олар магнитпен жабдықталған
- Күшті магнитке қарай тартылған болат таяқша
- Магнит өрісінде ауытқыған электр тогы бар сым
- Жердің магнит өрісінің әсерінен компас инесінің бірқалыпты қозғалысы
Магниттік күш қалай сипатталады?
Магниттік күш Ньютон (N) және теслас (T) бірліктері арқылы сипатталады. Тесла магнит өрісі күшінің бірлігі болып табылады және ол бір тесланың біртекті магнит өрісінде орналасқан бір ампер ток өткізетін сымға әсер ететін күш ретінде анықталады. Затқа әсер ететін магниттік күш магнит өрісінің кернеулігі мен зат зарядының көбейтіндісіне тең.
Магниттік күшке қандай өрістер жатады?
Магниттік күш электромагниттік өрістермен байланысты. Электромагниттік өріс – электр зарядтары мен токтардың қатысуымен пайда болатын өріс түрі. Магнит өрісі электромагниттік өрістің құрамдас бөлігі болып табылады және ол электр зарядтарының қозғалысы арқылы пайда болады.
Барлық заттар магнит күшін сезіне ме?
Барлық объектілер магниттік күшке ие бола бермейді. Тек таза заряды бар немесе электр тогы бар объектілер ғана магниттік күшке ие болады. Таза заряды жоқ және электр тогы өтпейтін заттар магниттік күшке ие болмайды.
Магниттік күш пен өткізгіш беттердің арасында қандай байланыс бар?
Өткізгіш бетті магнит өрісіне орналастырғанда, беттегі электрондар магнит өрісінің әсерінен күшті сезінеді. Бұл күш электрондардың қозғалуына себеп болады, бұл бетінде ток тудырады. Ток, өз кезегінде, магнит өрісін жасайды, ол бастапқы магнит өрісімен әрекеттесіп, бетке күш әсер етеді.
Магниттік күш пен заттың жылдамдығының шамасы арасында қандай байланыс бар?
Затқа әсер ететін магниттік күш заттың жылдамдығының шамасына пропорционал. Зат неғұрлым жылдам қозғалса, соғұрлым магниттік күш күшті болады.
Магниттердің қызықты тарихы
- «Магнит» сөзі латынның «magnes» сөзінен шыққан, бұл Түркияда Ида тауында табылған тау жыныстарының ерекше түріне жатады.
- Ежелгі қытайлықтар 2,000 жылдан астам уақыт бұрын темір оксидінен жасалған табиғи магниттер болып табылатын тастарды тапты.
- Ағылшын ғалымы Уильям Гилберт 16 ғасырдың аяғында магниттердің қасиеттері, оның ішінде магниттік полюстердің бар екендігі туралы бұрынғы бақылауларды растады.
- 1820 жылы голланд ғалымы Кристиан Эрстед электр және магнетизм арасындағы байланысты ашты.
- Француз физигі Андре Ампер электр және магнетизм арасындағы байланысты зерттеп, магнит өрісі туралы түсінікті дамыта отырып, Эрстедтің жұмысын кеңейтті.
Тұрақты магниттердің дамуы
- Магнитизмнің алғашқы жылдарында зерттеушілер күшті және күшті магниттер шығаруға қызығушылық танытты.
- 1930 жылдары Сумитомо зерттеушілері бұрынғы кез келген материалға қарағанда энергия тығыздығы жоғары магнитті өндіретін темір, алюминий және никель қорытпасын жасады.
- 1980 жылдары Мәскеудегі Ғылым академиясының зерттеушілері неодим, темір және бор қосылысынан (NdFeB) жасалған магниттің жаңа түрін ұсынды, ол бүгінгі таңда технологиялық тұрғыдан қол жетімді ең күшті магнит болып табылады.
- Заманауи магниттер 52 мега-Гаусс-эрстедке (MGOe) дейін күшті магнит өрістерін шығара алады, бұл лодестондар шығаратын 0.5 MGOe-мен салыстырғанда өте үлкен.
Энергия өндірудегі магниттердің рөлі
- Магниттер электр энергиясын өндіруде, әсіресе жел турбиналары мен гидроэлектрлік бөгеттерден қуат өндіруде шешуші рөл атқарады.
- Магниттер электр қозғалтқыштарында да қолданылады, олар автомобильдерден бастап тұрмыстық техникаға дейін кездеседі.
- Магниттерге деген қызығушылық олардың магнит өрісін тудыру қабілетінен туындайды, оны электр қуатын өндіру үшін пайдалануға болады.
Магниттердің болашағы
- Ғалымдар магнетизмдегі жаңа материалдар мен әзірлемелерді, соның ішінде сирек жер металдары мен қорытпаларын пайдалануды зерттеуде.
- Неомагнит - кез келген бұрынғы магнитке қарағанда күшті және магнетизм өрісінде төңкеріс жасау мүмкіндігі бар магниттің жаңа түрі.
- Магниттер туралы түсінігіміз кеңейген сайын, олар технологиялық дамыған қоғамдарда маңызды рөл атқаратын болады.
Магнитизмнің қызықты әлемін зерттеу
Магнитизм - белгілі бір материалдардың басқа материалдарды тартуға немесе кері қайтаруға мүмкіндік беретін қасиеті. Магнитизмнің түрлеріне мыналар жатады:
- Диамагнетизм: Магнитизмнің бұл түрі барлық материалдарда бар және материалдағы электрондардың қозғалысынан туындайды. Материалды магнит өрісіне қойғанда, материалдағы электрондар магнит өрісіне қарсы келетін электр тогын шығарады. Бұл әдетте байқалмайтын әлсіз итермелеу әсерін тудырады.
- Парамагнетизм: Магнитизмнің бұл түрі барлық материалдарда да бар, бірақ ол диамагнетизмнен әлдеқайда әлсіз. Парамагниттік материалдарда электрондардың магниттік моменттері тураланбайды, бірақ олар сыртқы магнит өрісімен теңестірілуі мүмкін. Бұл материалдың магнит өрісіне әлсіз тартылуын тудырады.
- Ферромагнетизм: Магнитизмнің бұл түрі ең таныс және көптеген адамдар «магнит» сөзін естігенде ойлайтын нәрсе. Ферромагниттік материалдар магниттерге қатты тартылады және сыртқы магнит өрісі жойылғаннан кейін де өзінің магниттік қасиеттерін сақтай алады. Себебі материалдағы электрондардың магниттік моменттері бір бағытта орналасып, күшті магнит өрісін тудырады.
Магнитизмнің артындағы ғылым
Магнитизм материалдағы электрондар сияқты электр зарядтарының қозғалысы арқылы пайда болады. Бұл зарядтар тудыратын магнит өрісін магнит өрісін құрайтын сызықтар жиынтығы ретінде сипаттауға болады. Магнит өрісінің күші зарядтардың санына және олардың туралану дәрежесіне байланысты өзгереді.
Материалдың құрылымы оның магниттік қасиеттерінде де маңызды рөл атқарады. Мысалы, ферромагниттік материалдарда молекулалардың магниттік моменттері бір бағытта орналасып, күшті магнит өрісін тудырады. Диамагниттік материалдарда магниттік моменттер кездейсоқ бағытталған, нәтижесінде әлсіз итеру әсері болады.
Магнитизмді түсінудің маңыздылығы
Магнитизм - көптеген практикалық қолдануы бар материяның маңызды қасиеті. Магнитизмді қолданудың кейбір тәсілдеріне мыналар жатады:
- Электр қозғалтқыштары мен генераторлары: Бұл құрылғылар қозғалыс жасау немесе электр энергиясын өндіру үшін магнит өрістерін пайдаланады.
- Магниттік жады: Магниттік өрістер деректерді қатты дискілерде және басқа магниттік сақтау құралдарында сақтау үшін қолданылады.
- Медициналық бейнелеу: магниттік-резонансты бейнелеу (МРТ) дененің егжей-тегжейлі кескіндерін жасау үшін магниттік өрістерді пайдаланады.
- Магниттік левитация: Магниттік өрістерді тасымалдау мен өндірісте қолданылатын объектілерді көтеру үшін пайдалануға болады.
Магнитизмді түсіну материалдармен жұмыс істейтін ғалымдар мен инженерлер үшін де маңызды. Материалдың магниттік қасиеттерін түсіну арқылы олар әртүрлі қолданбалар үшін арнайы магниттік қасиеттері бар материалдарды жобалай алады.
Материалдардағы магнит өрістерін зерттеу
Магнит өрісінің күші метрге ампер бірліктерімен (А/м) анықталады. Магнит өрісінің интенсивтілігі магнит ағынының тығыздығына байланысты, ол берілген аумақ арқылы өтетін магнит өрісінің сызықтарының саны. Магнит өрісінің бағыты өрісте қозғалатын оң зарядқа магнит күшінің бағытын көрсететін вектормен анықталады.
Магниттік өрістегі өткізгіштердің рөлі
Мыс немесе алюминий сияқты электр тогын өткізетін материалдарға магнит өрісі әсер етуі мүмкін. Өткізгіш арқылы электр тогы өткенде, ток ағынының бағытына перпендикуляр магнит өрісі пайда болады. Бұл оң қол ережесі ретінде белгілі, мұнда бас бармақ ток ағынының бағытын көрсетеді, ал саусақтар магнит өрісінің бағытына қарай бұрылады.
Магниттік материалдардың ерекше түрлері
Магниттік материалдардың екі ерекше түрі бар: ферромагниттік және парамагниттік. Темір, никель және кобальт сияқты ферромагниттік материалдар күшті магнит өрісіне ие және магниттелуі мүмкін. Алюминий және платина сияқты парамагниттік материалдар әлсіз магнит өрісіне ие және оңай магниттелмейді.
Электромагнит: электр қуатымен басқарылатын қуатты құрылғы
Электромагнит - бұл сым арқылы электр тогының өтуі арқылы жасалатын магнит түрі. Сым әдетте темірден немесе басқа магниттік материалдан жасалған өзекке оралады. Электромагниттің принципі - электр тогы сым арқылы өткенде, ол сымның айналасында магнит өрісін жасайды. Сымды катушкаға орау арқылы магнит өрісі күшейеді, ал алынған магнит тұрақты тұрақты магнитке қарағанда әлдеқайда күшті.
Электромагниттер қалай басқарылады?
Электромагниттің күшін ол арқылы өтетін электр тогының мөлшерін өзгерту арқылы оңай басқаруға болады. Ток мөлшерін көбейту немесе азайту арқылы магнит өрісін әлсіретуге немесе күшейтуге болады. Электромагниттің полюстерін тіпті электр ағынын өзгерту арқылы өзгертуге болады. Бұл электромагниттерді қолданудың кең ауқымында өте пайдалы етеді.
Электромагниттермен қандай қызықты эксперименттер бар?
Егер сіз электромагниттердің артындағы ғылымға қызығушылық танытсаңыз, үйде қолдануға болатын көптеген қызықты эксперименттер бар. Міне, бірнеше идеялар:
- Сымды шегеге орап, оны батареяға қосу арқылы қарапайым электромагнит жасаңыз. Электромагнитпен қанша қағаз қыстырғыш алуға болатынын қараңыз.
- Электромагнит пен аккумуляторды пайдаланып қарапайым қозғалтқышты құрастырыңыз. Батареяның полярлығын аударып, қозғалтқышты кері бағытта айналдыруға болады.
- Қарапайым генератор жасау үшін электромагнитті пайдаланыңыз. Магниттік өріс ішінде сымның орамдарын айналдыру арқылы сіз аз мөлшерде электр энергиясын өндіре аласыз.
Тұтастай алғанда, электромагниттердің болуы оның пайдалылығы оны электр тогы арқылы оңай басқаруға болатындығына байланысты, бұл оны көптеген құрылғылар мен қолданбаларда маңызды құрамдас етеді.
Магниттік дипольдер: магнетизмнің құрылыс блоктары
Магниттік дипольдер магнетизмнің негізгі құрылыс блоктары болып табылады. Олар магнетизмнің ең кіші бірлігі және электрондар деп аталатын кішкентай магниттерден тұрады. Бұл электрондар материалдың молекулаларында болады және магнит өрісін құру қабілетіне ие. Магниттік диполь - бұл оң және теріс зарядтардан тұратын ток тізбегі.
Магниттік дипольдердің қызметі
Магниттік дипольдер көптеген қосылыстардың құрылымы мен қызметінде белсенді рөл атқарады. Олар әдетте әдеттегі сым мен тізбекте болады және олардың болуы магнит өрісінің күшімен тікелей байланысты. Магнит өрісінің күші контурдың ауданымен және ол арқылы өтетін токпен анықталады.
Магниттік дипольдердің медицина ғылымындағы маңызы
Магниттік дипольдердің медицина ғылымында маңызы өте зор. Олар әртүрлі медициналық жағдайларды диагностикалау және емдеу үшін қолданылатын кішкентай магниттер жасау үшін қолданылады. Медицина ғылымында магниттік дипольдерді қолдану магнитті-резонансты бейнелеу (МРТ) деп аталады. MRI - дененің ішкі бөліктерінің кескіндерін жасау үшін магниттік дипольдерді пайдаланатын сенімді және қауіпсіз медициналық әдіс.
қорытынды
Сонымен, магнит магнитті тартатын немесе кері қайтаратын нәрсені білдіреді. Бұл электр және магнетизмге байланысты күш. Оны заттарды тоңазытқышта ұстау немесе солтүстікке компас нүктесін қою үшін пайдалануға болады. Сондықтан оны пайдаланудан қорықпаңыз! Бұл көрінгендей күрделі емес. Тек ережелерді есте сақтаңыз, сонда бәрі жақсы болады.
Мен Джост Нусселдермін, Tools Doctor негізін қалаушы, контент маркетолог және әкемін. Мен жаңа жабдықты сынап көргенді ұнатамын және өз командаммен бірге 2016 жылдан бері адал оқырмандарға құралдар мен шеберлік бойынша кеңестер беру үшін тереңдетілген блог мақалаларын жасап келемін.
