Magnetic: Kompletný sprievodca magnetickými silami a poliami

Magnetizmus je trieda fyzikálnych javov, ktoré sú sprostredkované magnetickými poľami. Elektrické prúdy a základné magnetické momenty elementárnych častíc spôsobujú vznik magnetického poľa, ktoré pôsobí na iné prúdy a magnetické momenty.

Všetky materiály sú do určitej miery ovplyvnené magnetickým poľom. Najznámejší účinok je na permanentné magnety, ktoré majú trvalé magnetické momenty spôsobené feromagnetizmom.

Sila magnetickej sily

Magnetická sila je sila, ktorá pôsobí na nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli. Je to sila, ktorá je kolmá na rýchlosť nabitej častice a magnetické pole. Táto sila je opísaná Lorentzovou silovou rovnicou, ktorá hovorí, že sila (F) pôsobiaca na náboj (q) pohybujúci sa rýchlosťou (v) v magnetickom poli (B) je daná rovnicou F = qvBsinθ, kde θ je uhol medzi rýchlosťou náboja a magnetickým poľom.

Ako súvisí magnetická sila s elektrickým prúdom?

Magnetická sila úzko súvisí s elektrickým prúdom. Keď drôtom preteká elektrický prúd, vytvára okolo drôtu magnetické pole. Toto magnetické pole môže v jeho prítomnosti pôsobiť silou na iné objekty. Veľkosť a smer sily závisia od sily a smeru magnetického poľa.

Aké materiály sú ovplyvnené magnetickou silou?

Magnetická sila môže ovplyvniť veľké množstvo materiálov, vrátane:

• Magnetické materiály ako železo, oceľ a nikel
• Vodivé materiály ako meď a hliník
• Mobilné elektróny vo vodiči
• Nabité častice v plazme

Príklady magnetickej sily v akcii

Niektoré príklady pôsobenia magnetickej sily zahŕňajú:

• Magnety sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú
• Nálepky, ktoré sa lepia na chladničku alebo dvere, pretože sú vybavené magnetom
• Oceľová tyč priťahovaná k silnému magnetu
• Drôt prenášajúci elektrický prúd, ktorý je vychyľovaný v magnetickom poli
• Stabilný pohyb strelky kompasu v dôsledku magnetického poľa Zeme

Ako sa opisuje magnetická sila?

Magnetická sila je opísaná pomocou jednotiek newtonov (N) a tesla (T). Tesla je jednotka intenzity magnetického poľa a je definovaná ako sila pôsobiaca na vodič s prúdom jeden ampér umiestnený v rovnomernom magnetickom poli jednej Tesla. Magnetická sila pôsobiaca na predmet sa rovná súčinu intenzity magnetického poľa a náboja predmetu.

Aké typy polí súvisia s magnetickou silou?

Magnetická sila súvisí s elektromagnetickými poľami. Elektromagnetické pole je typ poľa, ktoré vzniká prítomnosťou elektrických nábojov a prúdov. Magnetické pole je jednou zložkou elektromagnetického poľa a vzniká pohybom elektrických nábojov.

Zažívajú všetky objekty magnetickú silu?

Nie všetky predmety sú vystavené magnetickej sile. Magnetickú silu zažijú iba predmety, ktoré majú čistý náboj alebo prenášajú elektrický prúd. Objekty, ktoré nemajú čistý náboj a neprenášajú elektrický prúd, nebudú vystavené magnetickej sile.

Aký je vzťah medzi magnetickou silou a vodivými povrchmi?

How to strip wire fast

Share

Watch on

Keď je vodivý povrch umiestnený v magnetickom poli, elektróny na povrchu budú vystavené sile v dôsledku magnetického poľa. Táto sila spôsobí pohyb elektrónov, čo vytvorí na povrchu prúd. Prúd zase vytvorí magnetické pole, ktoré bude interagovať s pôvodným magnetickým poľom, čo spôsobí, že povrch zažije silu.

Aký je vzťah medzi magnetickou silou a veľkosťou rýchlosti objektu?

Magnetická sila pôsobiaca na objekt je úmerná veľkosti rýchlosti objektu. Čím rýchlejšie sa objekt pohybuje, tým silnejšia bude magnetická sila.

Fascinujúca história magnetov

• Slovo „magnet“ pochádza z latinského slova „magnes“, ktoré označuje špeciálny typ horniny nájdený v Turecku na hore Ida.
• Starovekí Číňania objavili magnety, čo sú prírodné magnety vyrobené z oxidu železa, pred viac ako 2,000 rokmi.
• Anglický vedec William Gilbert potvrdil skoršie pozorovania o vlastnostiach magnetov z konca 16. storočia, vrátane existencie magnetických pólov.
• Holandský vedec Christian Oersted objavil v roku 1820 vzťah medzi elektrinou a magnetizmom.
• Francúzsky fyzik Andre Ampere rozšíril Oerstedovu prácu, študoval vzťah medzi elektrinou a magnetizmom a rozvíjal koncept magnetického poľa.

Vývoj permanentných magnetov

• V prvých rokoch magnetizmu sa výskumníci zaujímali o výrobu silnejších a výkonnejších magnetov.
• V tridsiatych rokoch minulého storočia vedci zo spoločnosti Sumitomo vyvinuli zliatinu železa, hliníka a niklu, ktorá vytvorila magnet s vyššou hustotou energie ako ktorýkoľvek predchádzajúci materiál.
• V 1980. rokoch XNUMX. storočia vedci z Akadémie vied v Moskve predstavili nový typ magnetu vyrobeného zo zlúčeniny neodýmu, železa a bóru (NdFeB), ktorý je dnes technologicky najsilnejším dostupným magnetom.
• Moderné magnety môžu produkovať magnetické polia so silou až 52 mega-Gauss-oerstedov (MGOe), čo je obrovské množstvo v porovnaní s 0.5 MGOe, ktoré produkujú magnetovce.

Úloha magnetov pri výrobe energie

• Magnety zohrávajú kľúčovú úlohu pri výrobe elektriny, najmä pri výrobe energie z veterných turbín a vodných elektrární.
• Magnety sa používajú aj v elektromotoroch, ktoré sa nachádzajú vo všetkom od áut až po domáce spotrebiče.
• Záujem o magnety vyplýva z ich schopnosti vytvárať magnetické pole, ktoré možno použiť na výrobu elektrickej energie.

Budúcnosť magnetov

• Vedci študujú nové materiály a vývoj v oblasti magnetizmu vrátane použitia kovov a zliatin vzácnych zemín.
• Neo magnet je nový typ magnetu, ktorý je silnejší ako ktorýkoľvek predchádzajúci magnet a má potenciál spôsobiť revolúciu v oblasti magnetizmu.
• Ako sa naše chápanie magnetov neustále rozširuje, budú hrať čoraz dôležitejšiu úlohu v technologicky vyspelých spoločnostiach.

Skúmanie fascinujúceho sveta magnetizmu

Magnetizmus je vlastnosť určitých materiálov, ktorá im umožňuje priťahovať alebo odpudzovať iné materiály. Medzi typy magnetizmu patria:

• Diamagnetizmus: Tento typ magnetizmu je prítomný vo všetkých materiáloch a je spôsobený pohybom elektrónov v materiáli. Keď je materiál umiestnený v magnetickom poli, elektróny v materiáli vytvoria elektrický prúd, ktorý pôsobí proti magnetickému poľu. To má za následok slabý odpudzovací efekt, ktorý zvyčajne nie je badateľný.

• Paramagnetizmus: Tento typ magnetizmu je tiež prítomný vo všetkých materiáloch, ale je oveľa slabší ako diamagnetizmus. V paramagnetických materiáloch nie sú magnetické momenty elektrónov zarovnané, ale môžu byť zarovnané vonkajším magnetickým poľom. To spôsobuje, že materiál je slabo priťahovaný k magnetickému poľu.

• Feromagnetizmus: Tento typ magnetizmu je najznámejší a väčšina ľudí si ho predstaví, keď počujú slovo „magnet“. Feromagnetické materiály sú silne priťahované k magnetom a dokážu si zachovať svoje magnetické vlastnosti aj po odstránení vonkajšieho magnetického poľa. Je to preto, že magnetické momenty elektrónov v materiáli sú zarovnané v rovnakom smere, čím vzniká silné magnetické pole.

Veda za magnetizmom

Magnetizmus vzniká pohybom elektrických nábojov, ako sú elektróny, v materiáli. Magnetické pole vytvárané týmito nábojmi možno opísať ako súbor čiar, ktoré tvoria magnetické pole. Sila magnetického poľa sa mení v závislosti od počtu prítomných nábojov a stupňa ich zarovnania.

Štruktúra materiálu tiež zohráva úlohu v jeho magnetických vlastnostiach. Napríklad vo feromagnetických materiáloch sú magnetické momenty molekúl zarovnané v rovnakom smere, čím vzniká silné magnetické pole. V diamagnetických materiáloch sú magnetické momenty náhodne orientované, čo vedie k slabému odpudivému efektu.

Dôležitosť porozumenia magnetizmu

Magnetizmus je dôležitá vlastnosť hmoty, ktorá má mnoho praktických aplikácií. Niektoré zo spôsobov, ktorými sa magnetizmus používa, zahŕňajú:

• Elektromotory a generátory: Tieto zariadenia využívajú magnetické polia na vytváranie pohybu alebo výrobu elektriny.

• Magnetické úložisko: Magnetické polia sa používajú na ukladanie údajov na pevné disky a iné typy magnetických pamäťových médií.

• Lekárske zobrazovanie: Zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) využíva magnetické polia na vytváranie detailných snímok tela.

• Magnetická levitácia: Magnetické polia možno použiť na levitáciu predmetov, čo má využitie v doprave a výrobe.

Pochopenie magnetizmu je dôležité aj pre vedcov a inžinierov, ktorí pracujú s materiálmi. Pochopením magnetických vlastností materiálu môžu navrhnúť materiály so špecifickými magnetickými vlastnosťami pre rôzne aplikácie.

Skúmanie magnetických polí v materiáloch

Sila magnetického poľa je definovaná v jednotkách ampér na meter (A/m). Intenzita magnetického poľa súvisí s hustotou magnetického toku, čo je počet magnetických siločiar prechádzajúcich danou oblasťou. Smer magnetického poľa je definovaný vektorom, ktorý ukazuje v smere magnetickej sily na kladný náboj pohybujúci sa v poli.

Úloha vodičov v magnetických poliach

Materiály, ktoré vedú elektrický prúd, ako je meď alebo hliník, môžu byť ovplyvnené magnetickými poľami. Keď elektrický prúd preteká vodičom, vytvára sa magnetické pole, ktoré je kolmé na smer toku prúdu. Toto je známe ako pravidlo pravej ruky, kde palec ukazuje v smere toku prúdu a prsty sa krútia v smere magnetického poľa.

Špecifické typy magnetických materiálov

Existujú dva špecifické typy magnetických materiálov: feromagnetické a paramagnetické. Feromagnetické materiály, ako je železo, nikel a kobalt, majú silné magnetické pole a môžu byť magnetizované. Paramagnetické materiály, ako je hliník a platina, majú slabé magnetické pole a nie sú ľahko zmagnetizované.

Elektromagnet: Výkonné zariadenie poháňané elektrinou

Elektromagnet je typ magnetu, ktorý vzniká vedením elektrického prúdu cez drôt. Drôt je zvyčajne omotaný okolo jadra vyrobeného zo železa alebo iného magnetického materiálu. Princíp elektromagnetu spočíva v tom, že keď elektrický prúd preteká drôtom, vytvára okolo drôtu magnetické pole. Omotaním drôtu do cievky sa magnetické pole zosilní a výsledný magnet je oveľa silnejší ako bežný permanentný magnet.

Ako sa ovládajú elektromagnety?

Sila elektromagnetu sa dá ľahko ovládať zmenou množstva elektrického prúdu, ktorý ním preteká. Zvýšením alebo znížením množstva prúdu môže byť magnetické pole oslabené alebo zosilnené. Póly elektromagnetu môžu byť dokonca obrátené obrátením toku elektriny. Vďaka tomu sú elektromagnety veľmi užitočné v širokej škále aplikácií.

Aké sú zábavné experimenty s elektromagnetmi?

Ak vás zaujíma veda za elektromagnetmi, existuje veľa zábavných experimentov, ktoré môžete vyskúšať doma. Tu je niekoľko nápadov:

• Vytvorte jednoduchý elektromagnet omotaním drôtu okolo klinca a jeho pripojením k batérii. Pozrite sa, koľko kancelárskych sponiek môžete vyzdvihnúť pomocou svojho elektromagnetu.
• Postavte si jednoduchý motor pomocou elektromagnetu a batérie. Obrátením polarity batérie môžete motor otáčať opačným smerom.
• Pomocou elektromagnetu vytvorte jednoduchý generátor. Otáčaním cievky drôtu vo vnútri magnetického poľa môžete generovať malé množstvo elektriny.

Celkovo možno povedať, že existencia elektromagnetov vďačí za svoju užitočnosť skutočnosti, že ich možno ľahko ovládať elektrinou, čo z nich robí životne dôležitú súčasť mnohých zariadení a aplikácií.

Magnetické dipóly: stavebné kamene magnetizmu

Magnetické dipóly sú základným stavebným kameňom magnetizmu. Sú najmenšou jednotkou magnetizmu a sú zložené z malých magnetov nazývaných elektróny. Tieto elektróny sú prítomné v molekulách materiálu a majú schopnosť vytvárať magnetické pole. Magnetický dipól je jednoducho slučka prúdu, ktorá sa skladá z kladných a záporných nábojov.

Funkcia magnetických dipólov

Magnetické dipóly hrajú aktívnu úlohu v štruktúre a funkcii mnohých zlúčenín. Bežne sa vyskytujú v typickom drôte a obvode a ich prítomnosť priamo súvisí so silou magnetického poľa. Intenzita magnetického poľa je daná plochou slučky a prúdom, ktorý ňou preteká.

Význam magnetických dipólov v lekárskej vede

Magnetické dipóly majú v medicíne veľký význam. Používajú sa na vytváranie malých magnetov, ktoré možno použiť na diagnostiku a liečbu rôznych zdravotných stavov. Použitie magnetických dipólov v lekárskej vede sa nazýva zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI). MRI je spoľahlivá a bezpečná medicínska technika, ktorá využíva magnetické dipóly na vytváranie obrazov vnútra tela.

záver

Magnetické teda znamená niečo, čo priťahuje alebo odpudzuje magnet. Je to sila, ktorá súvisí s elektrinou a magnetizmom. Môžete ho použiť na uchytenie vecí na chladničke alebo na ukazovanie kompasu na sever. Tak sa ho nebojte použiť! Nie je to také zložité, ako sa zdá. Len si zapamätajte pravidlá a budete v poriadku.

Som Joost Nusselder, zakladateľ spoločnosti Tools Doctor, obchodník s obsahom a otec. Rád skúšam nové vybavenie a spolu s mojím tímom od roku 2016 vytváram podrobné blogové články, aby som pomohol verným čitateľom s nástrojmi a tipmi na tvorbu.