Magnētiskais: pilnīga rokasgrāmata par magnētisko spēku un laukiem

Magnētisms ir fizisku parādību klase, ko izraisa magnētiskie lauki. Elektriskās strāvas un elementārdaļiņu magnētiskie pamatmomenti rada magnētisko lauku, kas iedarbojas uz citām strāvām un magnētiskajiem momentiem.

Visus materiālus zināmā mērā ietekmē magnētiskais lauks. Vispazīstamākā ietekme ir uz pastāvīgajiem magnētiem, kuriem ir noturīgi feromagnētisma izraisīti magnētiskie momenti.

Magnētiskā spēka spēks

Magnētiskais spēks ir spēks, kas iedarbojas uz uzlādētu daļiņu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā. Tas ir spēks, kas ir perpendikulārs lādētās daļiņas ātrumam un magnētiskajam laukam. Šo spēku apraksta Lorenca spēka vienādojums, kurā teikts, ka spēks (F), kas iedarbojas uz lādiņu (q), kas pārvietojas ar ātrumu (v) magnētiskajā laukā (B), tiek dots ar vienādojumu F = qvBsinθ, kur θ ir leņķis starp lādiņa ātrumu un magnētisko lauku.

Kā magnētiskais spēks ir saistīts ar elektrisko strāvu?

Magnētiskais spēks ir cieši saistīts ar elektrisko strāvu. Kad caur vadu plūst elektriskā strāva, tā ap vadu rada magnētisko lauku. Šis magnētiskais lauks tā klātbūtnē var iedarboties uz citiem objektiem. Spēka lielums un virziens ir atkarīgs no magnētiskā lauka stipruma un virziena.

Kādus materiālus ietekmē magnētiskais spēks?

Magnētiskais spēks var ietekmēt lielu skaitu materiālu, tostarp:

• Magnētiski materiāli, piemēram, dzelzs, tērauds un niķelis
• Vadošie materiāli, piemēram, varš un alumīnijs
• Kustīgie elektroni vadītājā
• Uzlādētas daļiņas plazmā

Magnētiskā spēka piemēri darbībā

Daži magnētiskā spēka piemēri darbībā ir šādi:

• Magnēti, kas piesaista vai atgrūž viens otru
• Uzlīmes, kas pielīp pie ledusskapja vai durvīm, jo ​​ir aprīkotas ar magnētu
• Tērauda stienis tiek vilkts pret spēcīgu magnētu
• Vads, kas nes elektrisko strāvu, kas tiek novirzīts magnētiskajā laukā
• Kompasa adatas vienmērīga kustība Zemes magnētiskā lauka dēļ

Kā tiek aprakstīts magnētiskais spēks?

Magnētiskais spēks tiek aprakstīts, izmantojot ņūtonu (N) un teslas (T) vienības. Tesla ir magnētiskā lauka intensitātes mērvienība, un to definē kā spēku, kas iedarbojas uz vadu, kurā ir viena ampēra strāva un kas novietots vienā teslas magnētiskajā laukā. Magnētiskais spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir vienāds ar magnētiskā lauka stipruma un objekta lādiņa reizinājumu.

Kāda veida lauki ir saistīti ar magnētisko spēku?

Magnētiskais spēks ir saistīts ar elektromagnētiskajiem laukiem. Elektromagnētiskais lauks ir lauka veids, ko rada elektrisko lādiņu un strāvu klātbūtne. Magnētiskais lauks ir viena no elektromagnētiskā lauka sastāvdaļām, un to rada elektrisko lādiņu kustība.

Vai visi objekti piedzīvo magnētisko spēku?

Ne visi objekti piedzīvo magnētisko spēku. Magnētiskais spēks būs tikai tiem objektiem, kuriem ir neto lādiņš vai kuriem ir elektriskā strāva. Objekti, kuriem nav neto lādiņa un kuriem nav elektriskās strāvas, netiks piedzīvots magnētiskais spēks.

Kāda ir saistība starp magnētisko spēku un vadošām virsmām?

How to strip wire fast

Share

Watch on

Kad vadoša virsma tiek novietota magnētiskajā laukā, elektroni, kas atrodas virsmā, piedzīvos spēku, ko rada magnētiskais lauks. Šis spēks izraisīs elektronu kustību, kas radīs strāvu virsmā. Savukārt strāva radīs magnētisko lauku, kas mijiedarbosies ar sākotnējo magnētisko lauku, liekot virsmai piedzīvot spēku.

Kāda ir saistība starp magnētisko spēku un objekta ātruma lielumu?

Magnētiskais spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir proporcionāls objekta ātruma lielumam. Jo ātrāk objekts kustas, jo spēcīgāks būs magnētiskais spēks.

Aizraujošā magnētu vēsture

• Vārds "magnēts" cēlies no latīņu vārda "magnes", kas attiecas uz īpašu iežu veidu, kas atrasts Turcijā Ida kalnā.
• Senie ķīnieši atklāja lodestones, kas ir dabiski magnēti, kas izgatavoti no dzelzs oksīda, vairāk nekā pirms 2,000 gadiem.
• Angļu zinātnieks Viljams Gilberts apstiprināja agrākus novērojumus par magnētu īpašībām 16. gadsimta beigās, tostarp par magnētisko polu esamību.
• Holandiešu zinātnieks Kristians Oersteds 1820. gadā atklāja attiecības starp elektrību un magnētismu.
• Franču fiziķis Andre Ampere paplašināja Oersted darbu, pētot attiecības starp elektrību un magnētismu un izstrādājot magnētiskā lauka koncepciju.

Pastāvīgo magnētu izstrāde

• Magnētisma pirmajos gados pētnieki bija ieinteresēti ražot spēcīgākus un jaudīgākus magnētus.
• 1930. gados Sumitomo pētnieki izstrādāja dzelzs, alumīnija un niķeļa sakausējumu, kas radīja magnētu ar lielāku enerģijas blīvumu nekā jebkurš iepriekšējais materiāls.
• Astoņdesmitajos gados Maskavas Zinātņu akadēmijas pētnieki ieviesa jauna veida magnētu, kas izgatavots no neodīma, dzelzs un bora savienojuma (NdFeB), kas ir mūsdienās tehnoloģiski spēcīgākais magnēts.
• Mūsdienu magnēti var radīt magnētiskos laukus ar stiprumu līdz 52 mega-Gauss-Oersteds (MGOe), kas ir milzīgs salīdzinājumā ar 0.5 MGOe, ko rada lodestones.

Magnētu loma enerģijas ražošanā

• Magnētiem ir izšķiroša nozīme elektroenerģijas ražošanā, jo īpaši enerģijas ražošanā no vēja turbīnām un hidroelektrostaciju aizsprostiem.
• Magnēti tiek izmantoti arī elektromotoros, kas atrodami it visā, sākot no automašīnām un beidzot ar sadzīves tehniku.
• Interese par magnētiem rodas no to spējas radīt magnētisko lauku, ko var izmantot elektroenerģijas ražošanai.

Magnētu nākotne

• Zinātnieki pēta jaunus materiālus un attīstību magnētisma jomā, tostarp retzemju metālu un sakausējumu izmantošanu.
• Neo magnēts ir jauna veida magnēts, kas ir spēcīgāks par jebkuru iepriekšējo magnētu un var mainīt magnētisma lauku.
• Tā kā mūsu izpratne par magnētiem turpina paplašināties, tiem būs arvien lielāka nozīme tehnoloģiski attīstītajās sabiedrībās.

Izpētiet aizraujošo magnētisma pasauli

Magnētisms ir īpašums, kas piemīt noteiktiem materiāliem, kas ļauj tiem piesaistīt vai atgrūst citus materiālus. Magnētisma veidi ietver:

• Diamagnētisms: Šis magnētisma veids ir visos materiālos, un to izraisa elektronu kustība materiālā. Kad materiāls tiek ievietots magnētiskajā laukā, materiālā esošie elektroni radīs elektrisko strāvu, kas ir pretēja magnētiskajam laukam. Tā rezultātā rodas vājš atgrūšanas efekts, kas parasti nav pamanāms.

• Paramagnētisms: Šis magnētisma veids ir arī visos materiālos, taču tas ir daudz vājāks nekā diamagnētisms. Paramagnētiskos materiālos elektronu magnētiskie momenti nav izlīdzināti, bet tos var izlīdzināt ar ārēju magnētisko lauku. Tas izraisa materiāla vāju piesaisti magnētiskajam laukam.

• Feromagnētisms: šis magnētisma veids ir vispazīstamākais, un par to lielākā daļa cilvēku domā, dzirdot vārdu “magnēts”. Feromagnētiskos materiālus spēcīgi pievelk magnēti, un tie var saglabāt savas magnētiskās īpašības pat pēc ārējā magnētiskā lauka noņemšanas. Tas ir tāpēc, ka materiālā esošo elektronu magnētiskie momenti ir izlīdzināti vienā virzienā, radot spēcīgu magnētisko lauku.

Zinātne aiz magnētisma

Magnētismu rada elektrisko lādiņu, piemēram, elektronu, kustība materiālā. Šo lādiņu radīto magnētisko lauku var raksturot kā līniju kopumu, kas veido magnētisko lauku. Magnētiskā lauka stiprums mainās atkarībā no esošo lādiņu skaita un pakāpes, kādā tie ir izlīdzināti.

Materiāla struktūrai ir arī nozīme tā magnētiskajās īpašībās. Piemēram, feromagnētiskos materiālos molekulu magnētiskie momenti ir izlīdzināti vienā virzienā, radot spēcīgu magnētisko lauku. Diamagnētiskos materiālos magnētiskie momenti ir nejauši orientēti, kā rezultātā rodas vājš atgrūšanas efekts.

Magnētisma izpratnes nozīme

Magnētisms ir svarīga matērijas īpašība, kurai ir daudz praktisku pielietojumu. Daži no magnētisma izmantošanas veidiem ir:

• Elektromotori un ģeneratori: šīs ierīces izmanto magnētiskos laukus, lai radītu kustību vai ģenerētu elektroenerģiju.

• Magnētiskā krātuve: magnētiskos laukus izmanto datu glabāšanai cietajos diskos un cita veida magnētiskajos datu nesējos.

• Medicīniskā attēlveidošana: Magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI) izmanto magnētiskos laukus, lai iegūtu detalizētus ķermeņa attēlus.

• Magnētiskā levitācija: magnētiskos laukus var izmantot objektu levitācijai, ko izmanto transportēšanā un ražošanā.

Magnētisma izpratne ir svarīga arī zinātniekiem un inženieriem, kuri strādā ar materiāliem. Izprotot materiāla magnētiskās īpašības, viņi var izstrādāt materiālus ar īpašām magnētiskām īpašībām dažādiem lietojumiem.

Materiālos esošo magnētisko lauku izpēte

Magnētiskā lauka stiprumu nosaka ampēros uz metru (A/m). Magnētiskā lauka intensitāte ir saistīta ar magnētiskās plūsmas blīvumu, kas ir magnētiskā lauka līniju skaits, kas iet cauri noteiktai zonai. Magnētiskā lauka virzienu nosaka vektors, kas norāda magnētiskā spēka virzienu uz pozitīvu lādiņu, kas kustas laukā.

Diriģentu loma magnētiskajos laukos

Materiālus, kas vada elektrību, piemēram, varu vai alumīniju, var ietekmēt magnētiskie lauki. Kad elektriskā strāva plūst caur vadītāju, rodas magnētiskais lauks, kas ir perpendikulārs strāvas plūsmas virzienam. To sauc par labās rokas likumu, kur īkšķis norāda strāvas plūsmas virzienā, bet pirksti liecas magnētiskā lauka virzienā.

Īpašie magnētisko materiālu veidi

Ir divi specifiski magnētisko materiālu veidi: feromagnētiskie un paramagnētiskie. Feromagnētiskiem materiāliem, piemēram, dzelzs, niķelis un kobalts, ir spēcīgs magnētiskais lauks, un tos var magnetizēt. Paramagnētiskiem materiāliem, piemēram, alumīnijam un platīnam, ir vājš magnētiskais lauks, un tos nav viegli magnetizēt.

Elektromagnēts: jaudīga ierīce, ko darbina elektrība

Elektromagnēts ir sava veida magnēts, kas tiek izveidots, palaižot elektrisko strāvu caur vadu. Vadu parasti aptin ap kodolu, kas izgatavots no dzelzs vai cita magnētiska materiāla. Elektromagnēta princips ir tāds, ka tad, kad elektriskā strāva plūst caur vadu, tā rada magnētisko lauku ap vadu. Ietinot vadu spolē, tiek nostiprināts magnētiskais lauks, un iegūtais magnēts ir daudz spēcīgāks par parastu pastāvīgo magnētu.

Kā tiek kontrolēti elektromagnēti?

Elektromagnēta stiprumu var viegli kontrolēt, mainot caur to plūstošās elektriskās strāvas daudzumu. Palielinot vai samazinot strāvas daudzumu, magnētisko lauku var vājināt vai nostiprināt. Elektromagnēta polus var pat apgriezt, mainot elektrības plūsmu. Tas padara elektromagnētus ļoti noderīgus plašā lietojumu klāstā.

Kādi ir daži jautri eksperimenti ar elektromagnētiem?

Ja jūs interesē zinātne par elektromagnētiem, ir daudz jautru eksperimentu, ko varat izmēģināt mājās. Šeit ir dažas idejas:

• Izveidojiet vienkāršu elektromagnētu, aptinot vadu ap naglu un savienojot to ar akumulatoru. Skatiet, cik saspraudes varat savākt ar elektromagnētu.
• Izveidojiet vienkāršu motoru, izmantojot elektromagnētu un akumulatoru. Pārvēršot akumulatora polaritāti, jūs varat likt motoram griezties pretējā virzienā.
• Izmantojiet elektromagnētu, lai izveidotu vienkāršu ģeneratoru. Pagriežot stieples spoli magnētiskajā laukā, jūs varat radīt nelielu daudzumu elektroenerģijas.

Kopumā elektromagnētu lietderība ir saistīta ar to, ka tos var viegli kontrolēt ar elektrību, padarot to par svarīgu sastāvdaļu daudzās ierīcēs un lietojumprogrammās.

Magnētiskie dipoli: magnētisma pamatelementi

Magnētiskie dipoli ir magnētisma pamatelementi. Tie ir mazākā magnētisma vienība un sastāv no sīkiem magnētiem, ko sauc par elektroniem. Šie elektroni atrodas materiāla molekulās un spēj radīt magnētisko lauku. Magnētiskais dipols ir vienkārši strāvas cilpa, kas sastāv no pozitīviem un negatīviem lādiņiem.

Magnētisko dipolu funkcija

Magnētiskajiem dipoliem ir aktīva loma daudzu savienojumu struktūrā un funkcijās. Tie parasti atrodas tipiskajos vados un ķēdēs, un to klātbūtne ir tieši saistīta ar magnētiskā lauka stiprumu. Magnētiskā lauka stiprumu nosaka cilpas laukums un caur to plūstošā strāva.

Magnētisko dipolu nozīme medicīnas zinātnē

Magnētiskajiem dipoliem medicīnas zinātnē ir liela nozīme. Tos izmanto, lai izveidotu sīkus magnētus, kurus var izmantot dažādu medicīnisku stāvokļu diagnosticēšanai un ārstēšanai. Magnētisko dipolu izmantošanu medicīnas zinātnē sauc par magnētiskās rezonanses attēlveidošanu (MRI). MRI ir droša un droša medicīnas metode, kas izmanto magnētiskos dipolus, lai izveidotu ķermeņa iekšpuses attēlus.

Secinājumi

Tātad magnētiskais nozīmē kaut ko tādu, kas pievelk vai atgrūž magnētu. Tas ir spēks, kas ir saistīts ar elektrību un magnētismu. Varat to izmantot, lai turētu lietas uz ledusskapja vai izveidotu kompasa punktu uz ziemeļiem. Tāpēc nebaidieties to izmantot! Tas nav tik sarežģīti, kā šķiet. Vienkārši atcerieties noteikumus, un jums būs labi.

Es esmu Joosts Nuselders, Tools Doctor dibinātājs, satura mārketinga speciālists un tētis. Man patīk izmēģināt jaunu aprīkojumu, un kopš 2016. gada kopā ar savu komandu esmu veidojis padziļinātus emuāra rakstus, lai palīdzētu lojālajiem lasītājiem ar rīkiem un gatavošanas padomiem.