Magnetic: un ghid complet pentru forța și câmpurile magnetice

Magnetismul este o clasă de fenomene fizice care sunt mediate de câmpuri magnetice. Curenții electrici și momentele magnetice fundamentale ale particulelor elementare dau naștere unui câmp magnetic, care acționează asupra altor curenți și momente magnetice.

Toate materialele sunt influențate într-o oarecare măsură de un câmp magnetic. Cel mai cunoscut efect este asupra magneților permanenți, care au momente magnetice persistente cauzate de feromagnetism.

Puterea Forței Magnetice

Forța magnetică este forța care se exercită asupra unei particule încărcate care se mișcă într-un câmp magnetic. Este o forță care este perpendiculară pe viteza particulei încărcate și pe câmpul magnetic. Această forță este descrisă de ecuația forței Lorentz, care afirmă că forța (F) care acționează asupra unei sarcini (q) care se mișcă cu o viteză (v) într-un câmp magnetic (B) este dată de ecuația F = qvBsinθ, unde θ este unghiul dintre viteza sarcinii și câmpul magnetic.

Cum este legată forța magnetică de curentul electric?

Forța magnetică este strâns legată de curentul electric. Când un curent electric trece printr-un fir, acesta creează un câmp magnetic în jurul firului. Acest câmp magnetic poate exercita o forță asupra altor obiecte în prezența lui. Mărimea și direcția forței depind de puterea și direcția câmpului magnetic.

Ce materiale sunt influențate de forța magnetică?

Forța magnetică poate influența un număr mare de materiale, inclusiv:

• Materiale magnetice precum fier, oțel și nichel
• Materiale conductoare precum cuprul și aluminiul
• Electroni mobili într-un conductor
• Particule încărcate într-o plasmă

Exemple de forță magnetică în acțiune

Câteva exemple de forță magnetică în acțiune includ:

• Magneții care se atrag sau se resping reciproc
• Autocolante care se lipesc de frigider sau ușă deoarece sunt prevăzute cu un magnet
• O tijă de oțel este trasă spre un magnet puternic
• Un fir care transportă un curent electric fiind deviat într-un câmp magnetic
• Mișcarea constantă a acului unei busole datorită câmpului magnetic al Pământului

Cum este descrisă forța magnetică?

Forța magnetică este descrisă folosind unitățile de newtoni (N) și tesla (T). Tesla este unitatea de măsură a intensității câmpului magnetic și este definită ca forța care acționează asupra unui fir care transportă un curent de un amper plasat într-un câmp magnetic uniform de un tesla. Forța magnetică care acționează asupra unui obiect este egală cu produsul dintre intensitatea câmpului magnetic și sarcina obiectului.

Ce tipuri de câmpuri sunt legate de forța magnetică?

Forța magnetică este legată de câmpurile electromagnetice. Un câmp electromagnetic este un tip de câmp care este creat de prezența sarcinilor electrice și a curenților. Câmpul magnetic este o componentă a câmpului electromagnetic și este creat de mișcarea sarcinilor electrice.

Toate obiectele experimentează forța magnetică?

Nu toate obiectele experimentează forță magnetică. Numai obiectele care au o sarcină netă sau care poartă curent electric vor experimenta forță magnetică. Obiectele care nu au încărcătură netă și nu transportă curent electric nu vor experimenta forță magnetică.

Care este relația dintre forța magnetică și suprafețele conducătoare?

How to strip wire fast

Share

Watch on

Când o suprafață conducătoare este plasată într-un câmp magnetic, electronii de pe suprafață vor experimenta o forță datorată câmpului magnetic. Această forță va determina mișcarea electronilor, ceea ce va crea un curent la suprafață. Curentul va crea, la rândul său, un câmp magnetic care va interacționa cu câmpul magnetic original, determinând suprafața să experimenteze o forță.

Care este relația dintre forța magnetică și mărimea vitezei unui obiect?

Forța magnetică care acționează asupra unui obiect este proporțională cu mărimea vitezei obiectului. Cu cât un obiect se mișcă mai repede, cu atât forța magnetică va fi mai puternică.

Istoria fascinantă a magneților

• Cuvântul „magnet” provine din cuvântul latin „magnes”, care se referă la un tip special de rocă găsit în Turcia pe Muntele Ida.
• Vechii chinezi au descoperit pietre de foc, care sunt magneți naturali din oxid de fier, acum peste 2,000 de ani.
• Omul de știință englez William Gilbert a confirmat observațiile anterioare despre proprietățile magneților la sfârșitul secolului al XVI-lea, inclusiv existența polilor magnetici.
• Omul de știință olandez Christian Oersted a descoperit relația dintre electricitate și magnetism în 1820.
• Fizicianul francez Andre Ampere a extins lucrările lui Oersted, studiind relația dintre electricitate și magnetism și dezvoltând conceptul de câmp magnetic.

Dezvoltarea magneților permanenți

• În primii ani ai magnetismului, cercetătorii erau interesați să producă magneți mai puternici și mai puternici.
• În anii 1930, cercetătorii de la Sumitomo au dezvoltat un aliaj de fier, aluminiu și nichel care a produs un magnet cu o densitate de energie mai mare decât orice material anterior.
• În anii 1980, cercetătorii de la Academia de Științe din Moscova au introdus un nou tip de magnet format dintr-un compus de neodim, fier și bor (NdFeB), care este cel mai puternic magnet tehnologic disponibil în prezent.
• Magneții moderni pot produce câmpuri magnetice cu puteri de până la 52 de mega-Gauss-oersteds (MGOe), ceea ce este enorm în comparație cu 0.5 MGOe produse de lodestones.

Rolul magneților în producția de energie

• Magneții joacă un rol crucial în generarea de energie electrică, în special în producția de energie din turbinele eoliene și baraje hidroelectrice.
• Magneții sunt folosiți și în motoarele electrice, care se găsesc în orice, de la mașini la aparate de uz casnic.
• Interesul pentru magneți apare din capacitatea lor de a produce un câmp magnetic, care poate fi folosit pentru a genera energie electrică.

Viitorul magneților

• Oamenii de știință studiază noi materiale și dezvoltări în magnetism, inclusiv utilizarea metalelor și aliajelor pământurilor rare.
• Magnetul neo este un nou tip de magnet care este mai puternic decât orice magnet anterior și are potențialul de a revoluționa câmpul magnetismului.
• Pe măsură ce înțelegerea noastră despre magneți continuă să se extindă, aceștia vor juca un rol din ce în ce mai important în societățile avansate din punct de vedere tehnologic.

Explorând lumea fascinantă a magnetismului

Magnetismul este o proprietate pe care o posedă anumite materiale, care le permite să atragă sau să respingă alte materiale. Tipurile de magnetism includ:

• Diamagnetism: Acest tip de magnetism este prezent în toate materialele și este cauzat de mișcarea electronilor din material. Când un material este plasat într-un câmp magnetic, electronii din material vor produce un curent electric care se opune câmpului magnetic. Acest lucru are ca rezultat un efect de repulsie slab, care de obicei nu este vizibil.

• Paramagnetism: Acest tip de magnetism este prezent și în toate materialele, dar este mult mai slab decât diamagnetismul. În materialele paramagnetice, momentele magnetice ale electronilor nu sunt aliniate, dar pot fi aliniate printr-un câmp magnetic extern. Acest lucru face ca materialul să fie slab atras de câmpul magnetic.

• Ferromagnetism: Acest tip de magnetism este cel mai familiar și este ceea ce se gândesc cei mai mulți oameni când aud cuvântul „magnet”. Materialele ferromagnetice sunt puternic atrase de magneți și își pot menține proprietățile magnetice chiar și după ce câmpul magnetic extern este îndepărtat. Acest lucru se datorează faptului că momentele magnetice ale electronilor din material sunt aliniate în aceeași direcție, producând un câmp magnetic puternic.

Știința din spatele magnetismului

Magnetismul este produs prin mișcarea sarcinilor electrice, cum ar fi electronii, dintr-un material. Câmpul magnetic produs de aceste sarcini poate fi descris ca un set de linii care formează un câmp magnetic. Puterea câmpului magnetic variază în funcție de numărul de sarcini prezente și de gradul în care acestea sunt aliniate.

Structura unui material joacă, de asemenea, un rol în proprietățile sale magnetice. În materialele feromagnetice, de exemplu, momentele magnetice ale moleculelor sunt aliniate în aceeași direcție, producând un câmp magnetic puternic. În materialele diamagnetice, momentele magnetice sunt orientate aleatoriu, rezultând un efect de repulsie slab.

Importanța înțelegerii magnetismului

Magnetismul este o proprietate importantă a materiei care are multe aplicații practice. Unele dintre modurile în care este utilizat magnetismul includ:

• Motoare și generatoare electrice: Aceste dispozitive folosesc câmpuri magnetice pentru a produce mișcare sau pentru a genera electricitate.

• Stocare magnetică: câmpurile magnetice sunt folosite pentru a stoca date pe hard disk-uri și alte tipuri de medii de stocare magnetice.

• Imagistica medicală: Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) utilizează câmpuri magnetice pentru a produce imagini detaliate ale corpului.

• Levitație magnetică: câmpurile magnetice pot fi folosite pentru a levita obiecte, care are aplicații în transport și producție.

Înțelegerea magnetismului este, de asemenea, importantă pentru oamenii de știință și inginerii care lucrează cu materiale. Înțelegând proprietățile magnetice ale unui material, aceștia pot proiecta materiale cu proprietăți magnetice specifice pentru diferite aplicații.

Explorarea câmpurilor magnetice din materiale

Puterea unui câmp magnetic este definită în unități de amperi pe metru (A/m). Intensitatea câmpului magnetic este legată de densitatea fluxului magnetic, care este numărul de linii de câmp magnetic care trec printr-o zonă dată. Direcția câmpului magnetic este definită de un vector, care indică în direcția forței magnetice asupra unei sarcini pozitive care se mișcă în câmp.

Rolul conductorilor în câmpurile magnetice

Materialele care conduc electricitatea, cum ar fi cuprul sau aluminiul, pot fi afectate de câmpurile magnetice. Când un curent electric trece printr-un conductor, se produce un câmp magnetic care este perpendicular pe direcția curentului. Aceasta este cunoscută sub numele de regula mâinii drepte, unde degetul mare indică în direcția fluxului de curent, iar degetele se îndoaie în direcția câmpului magnetic.

Tipuri specifice de materiale magnetice

Există două tipuri specifice de materiale magnetice: feromagnetice și paramagnetice. Materialele feromagnetice, cum ar fi fierul, nichelul și cobaltul, au un câmp magnetic puternic și pot fi magnetizate. Materialele paramagnetice, cum ar fi aluminiul și platina, au un câmp magnetic slab și nu sunt ușor de magnetizat.

Electromagnetul: un dispozitiv puternic condus de electricitate

Un electromagnet este un tip de magnet care este creat prin trecerea unui curent electric printr-un fir. Firul este de obicei înfășurat în jurul unui miez din fier sau alt material magnetic. Principiul din spatele unui electromagnet este că atunci când un curent electric trece printr-un fir, acesta creează un câmp magnetic în jurul firului. Prin înfășurarea firului într-o bobină, câmpul magnetic este întărit, iar magnetul rezultat este mult mai puternic decât un magnet permanent obișnuit.

Cum sunt controlați electromagneții?

Puterea unui electromagnet poate fi controlată cu ușurință prin schimbarea cantității de curent electric care circulă prin el. Prin creșterea sau scăderea cantității de curent, câmpul magnetic poate fi slăbit sau întărit. Polii unui electromagnet pot fi chiar inversați prin inversarea fluxului de electricitate. Acest lucru face ca electromagneții să fie foarte utili într-o gamă largă de aplicații.

Care sunt câteva experimente distractive cu electromagneți?

Dacă sunteți interesat de știința din spatele electromagneților, există multe experimente distractive pe care le puteți încerca acasă. Iată câteva idei:

• Creați un electromagnet simplu înfășurând un fir în jurul unui cui și conectându-l la o baterie. Vedeți câte agrafe puteți ridica cu electromagnetul.
• Construiți un motor simplu folosind un electromagnet și o baterie. Prin schimbarea polarității bateriei, puteți face motorul să se rotească în direcția opusă.
• Utilizați un electromagnet pentru a crea un generator simplu. Prin rotirea unei bobine de sârmă în interiorul unui câmp magnetic, puteți genera o cantitate mică de electricitate.

În general, existența electromagneților își datorează utilitatea faptului că poate fi controlat cu ușurință de electricitate, făcându-l o componentă vitală în multe dispozitive și aplicații.

Dipoli magnetici: elementele de bază ale magnetismului

Dipolii magnetici sunt blocurile de bază ale magnetismului. Sunt cea mai mică unitate de magnetism și sunt formați din magneți minusculi numiți electroni. Acești electroni sunt prezenți în moleculele unui material și au capacitatea de a crea un câmp magnetic. Un dipol magnetic este pur și simplu o buclă de curent care este compusă din sarcini pozitive și negative.

Funcția dipolilor magnetici

Dipolii magnetici joacă un rol activ în structura și funcția multor compuși. Ele sunt prezente în mod obișnuit în firul și circuitul tipic, iar prezența lor este direct legată de intensitatea câmpului magnetic. Intensitatea câmpului magnetic este dată de aria buclei și de curentul care circulă prin aceasta.

Importanța dipolilor magnetici în știința medicală

Dipolii magnetici au o mare importanță în știința medicală. Sunt folosiți pentru a crea magneți minusculi care pot fi utilizați pentru a diagnostica și trata diferite afecțiuni medicale. Utilizarea dipolilor magnetici în știința medicală se numește imagistica prin rezonanță magnetică (IRM). RMN-ul este o tehnică medicală solidă și sigură care utilizează dipoli magnetici pentru a crea imagini ale interiorului corpului.

Concluzie

Deci, magnetic înseamnă ceva care atrage sau respinge un magnet. Este o forță care este legată de electricitate și magnetism. Îl poți folosi pentru a ține lucruri pe frigider sau pentru a arăta busola spre nord. Deci, nu vă fie teamă să-l folosiți! Nu este atât de complicat pe cât pare. Amintește-ți regulile și vei fi bine.

Sunt Joost Nusselder, fondatorul Tools Doctor, marketer de conținut și tată. Îmi place să încerc echipamente noi și, împreună cu echipa mea, am creat articole de blog aprofundate din 2016 pentru a ajuta cititorii fideli cu instrumente și sfaturi de creație.