Magnetizem je vrsta fizikalnih pojavov, ki jih posredujejo magnetna polja. Električni tokovi in osnovni magnetni momenti osnovnih delcev povzročajo magnetno polje, ki deluje na druge tokove in magnetne momente.
Na vse materiale do neke mere vpliva magnetno polje. Najbolj znan učinek je na trajnih magnetih, ki imajo obstojne magnetne momente, ki jih povzroča feromagnetizem.
V tem prispevku bomo obravnavali:
- Moč magnetne sile
- Kako je magnetna sila povezana z električnim tokom?
- Na katere materiale vpliva magnetna sila?
- Primeri delovanja magnetne sile
- Kako je opisana magnetna sila?
- Katere vrste polj so povezane z magnetno silo?
- Ali vsi predmeti doživljajo magnetno silo?
- Kakšno je razmerje med magnetno silo in prevodnimi površinami?
- Kakšno je razmerje med magnetno silo in velikostjo hitrosti predmeta?
- Fascinantna zgodovina magnetov
- Raziskovanje fascinantnega sveta magnetizma
- Raziskovanje magnetnih polj v materialih
- Elektromagnet: zmogljiva naprava, ki jo poganja elektrika
- Magnetni dipoli: gradniki magnetizma
- zaključek
Moč magnetne sile
Magnetna sila je sila, ki deluje na nabit delec, ki se giblje v magnetnem polju. To je sila, ki je pravokotna na hitrost nabitega delca in magnetnega polja. To silo opisuje Lorentzova enačba sile, ki pravi, da je sila (F), ki deluje na naboj (q), ki se giblje s hitrostjo (v) v magnetnem polju (B), podana z enačbo F = qvBsinθ, kjer je θ je kot med hitrostjo naboja in magnetnim poljem.
Kako je magnetna sila povezana z električnim tokom?
Magnetna sila je tesno povezana z električnim tokom. Ko električni tok teče skozi žico, ustvari magnetno polje okoli žice. To magnetno polje lahko izvaja silo na druge predmete v njegovi prisotnosti. Velikost in smer sile sta odvisni od jakosti in smeri magnetnega polja.
Na katere materiale vpliva magnetna sila?
Magnetna sila lahko vpliva na veliko število materialov, vključno z:
- Magnetni materiali, kot so železo, jeklo in nikelj
- Prevodni materiali, kot sta baker in aluminij
- Mobilni elektroni v prevodniku
- Nabiti delci v plazmi
Primeri delovanja magnetne sile
Nekateri primeri delovanja magnetne sile vključujejo:
- Magneti, ki se privlačijo ali odbijajo
- Nalepke, ki se prilepijo na hladilnik ali vrata, ker so opremljene z magnetom
- Jekleno palico vleče proti močnemu magnetu
- Žica, po kateri teče električni tok, se odkloni v magnetnem polju
- Enakomerno gibanje igle kompasa zaradi zemeljskega magnetnega polja
Kako je opisana magnetna sila?
Magnetna sila je opisana z enotama newton (N) in tesla (T). Tesla je enota za jakost magnetnega polja in je definirana kot sila, ki deluje na žico, po kateri teče tok enega ampera in je nameščena v enakomernem magnetnem polju ene tesle. Magnetna sila, ki deluje na predmet, je enaka produktu jakosti magnetnega polja in naboja predmeta.
Katere vrste polj so povezane z magnetno silo?
Magnetna sila je povezana z elektromagnetnimi polji. Elektromagnetno polje je vrsta polja, ki nastane zaradi prisotnosti električnih nabojev in tokov. Magnetno polje je ena komponenta elektromagnetnega polja in nastane zaradi gibanja električnih nabojev.
Ali vsi predmeti doživljajo magnetno silo?
Vsi predmeti ne občutijo magnetne sile. Samo predmeti, ki imajo neto naboj ali prenašajo električni tok, bodo občutili magnetno silo. Predmeti, ki nimajo neto naboja in po katerih ne teče električni tok, ne bodo občutili magnetne sile.
Kakšno je razmerje med magnetno silo in prevodnimi površinami?
Ko je prevodna površina postavljena v magnetno polje, bodo elektroni na površini občutili silo zaradi magnetnega polja. Ta sila bo povzročila premikanje elektronov, kar bo ustvarilo tok na površini. Tok bo nato ustvaril magnetno polje, ki bo delovalo s prvotnim magnetnim poljem, zaradi česar bo površina izkusila silo.
Kakšno je razmerje med magnetno silo in velikostjo hitrosti predmeta?
Magnetna sila, ki deluje na predmet, je sorazmerna z velikostjo hitrosti predmeta. Hitreje ko se predmet premika, močnejša bo magnetna sila.
Fascinantna zgodovina magnetov
- Beseda "magnet" izhaja iz latinske besede "magnes", ki se nanaša na posebno vrsto kamnine, najdene v Turčiji na gori Ida.
- Stari Kitajci so pred več kot 2,000 leti odkrili magnete, ki so naravni magneti iz železovega oksida.
- Angleški znanstvenik William Gilbert je v poznem 16. stoletju potrdil prejšnja opažanja o lastnostih magnetov, vključno z obstojem magnetnih polov.
- Nizozemski znanstvenik Christian Oersted je leta 1820 odkril razmerje med elektriko in magnetizmom.
- Francoski fizik Andre Ampere je razširil Oerstedovo delo, preučeval odnos med elektriko in magnetizmom ter razvil koncept magnetnega polja.
Razvoj trajnih magnetov
- V zgodnjih letih magnetizma so se raziskovalci zanimali za proizvodnjo močnejših in močnejših magnetov.
- V tridesetih letih 1930. stoletja so raziskovalci v Sumitomu razvili zlitino železa, aluminija in niklja, ki je proizvedla magnet z višjo energijsko gostoto kot kateri koli prejšnji material.
- V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so raziskovalci na Akademiji znanosti v Moskvi predstavili novo vrsto magneta iz spojine neodija, železa in bora (NdFeB), ki je najmočnejši magnet, ki je danes tehnološko na voljo.
- Sodobni magneti lahko proizvajajo magnetna polja z jakostjo do 52 mega-Gauss-oerstedov (MGOe), kar je ogromno v primerjavi z 0.5 MGOe, ki jih proizvajajo magneti.
Vloga magnetov pri proizvodnji energije
- Magneti igrajo ključno vlogo pri proizvodnji električne energije, zlasti pri proizvodnji energije iz vetrnih turbin in hidroelektrarn.
- Magneti se uporabljajo tudi v elektromotorjih, ki jih najdemo v vsem, od avtomobilov do gospodinjskih aparatov.
- Zanimanje za magnete izhaja iz njihove sposobnosti proizvajanja magnetnega polja, ki se lahko uporablja za ustvarjanje električne energije.
Prihodnost magnetov
- Znanstveniki preučujejo nove materiale in razvoj magnetizma, vključno z uporabo redkih zemeljskih kovin in zlitin.
- Neomagnet je nova vrsta magneta, ki je močnejši od vseh prejšnjih magnetov in ima potencial, da spremeni področje magnetizma.
- Ker se naše razumevanje magnetov še naprej širi, bodo ti igrali čedalje pomembnejšo vlogo v tehnološko naprednih družbah.
Raziskovanje fascinantnega sveta magnetizma
Magnetizem je lastnost določenih materialov, ki jim omogoča, da privlačijo ali odbijajo druge materiale. Vrste magnetizma vključujejo:
- Diamagnetizem: Ta vrsta magnetizma je prisotna v vseh materialih in je posledica gibanja elektronov v materialu. Ko je material postavljen v magnetno polje, bodo elektroni v materialu proizvedli električni tok, ki nasprotuje magnetnemu polju. Posledica tega je šibek odbojni učinek, ki običajno ni opazen.
- Paramagnetizem: Ta vrsta magnetizma je prisotna tudi v vseh materialih, vendar je veliko šibkejša od diamagnetizma. V paramagnetnih materialih magnetni momenti elektronov niso poravnani, vendar jih je mogoče poravnati z zunanjim magnetnim poljem. To povzroči, da material šibko privlači magnetno polje.
- Feromagnetizem: Ta vrsta magnetizma je najbolj znana in nanjo večina ljudi pomisli, ko sliši besedo "magnet". Feromagnetne materiale magneti močno privlačijo in lahko ohranijo svoje magnetne lastnosti tudi po odstranitvi zunanjega magnetnega polja. To je zato, ker so magnetni momenti elektronov v materialu poravnani v isto smer, kar ustvarja močno magnetno polje.
Znanost za magnetizmom
Magnetizem nastane zaradi gibanja električnih nabojev, kot so elektroni, v materialu. Magnetno polje, ki ga proizvajajo ti naboji, je mogoče opisati kot niz črt, ki tvorijo magnetno polje. Moč magnetnega polja se spreminja glede na število prisotnih nabojev in stopnjo, do katere so poravnani.
Struktura materiala prav tako igra vlogo pri njegovih magnetnih lastnostih. V feromagnetnih materialih so na primer magnetni momenti molekul poravnani v isto smer, kar ustvarja močno magnetno polje. V diamagnetnih materialih so magnetni momenti naključno usmerjeni, kar ima za posledico šibek odbojni učinek.
Pomen razumevanja magnetizma
Magnetizem je pomembna lastnost snovi, ki ima številne praktične uporabe. Nekateri načini uporabe magnetizma vključujejo:
- Električni motorji in generatorji: te naprave uporabljajo magnetna polja za ustvarjanje gibanja ali elektrike.
- Magnetni pomnilnik: Magnetna polja se uporabljajo za shranjevanje podatkov na trdih diskih in drugih vrstah magnetnih pomnilniških medijev.
- Medicinsko slikanje: slikanje z magnetno resonanco (MRI) uporablja magnetna polja za izdelavo podrobnih slik telesa.
- Magnetna levitacija: Magnetna polja se lahko uporabljajo za levitacijo predmetov, kar se uporablja v transportu in proizvodnji.
Razumevanje magnetizma je pomembno tudi za znanstvenike in inženirje, ki delajo z materiali. Z razumevanjem magnetnih lastnosti materiala lahko oblikujejo materiale s posebnimi magnetnimi lastnostmi za različne aplikacije.
Raziskovanje magnetnih polj v materialih
Jakost magnetnega polja je definirana v enotah amper na meter (A/m). Intenzivnost magnetnega polja je povezana z gostoto magnetnega pretoka, ki je število silnic magnetnega polja, ki potekajo skozi dano območje. Smer magnetnega polja določa vektor, ki kaže v smeri magnetne sile na pozitivni naboj, ki se giblje v polju.
Vloga prevodnikov v magnetnih poljih
Na materiale, ki prevajajo elektriko, kot sta baker ali aluminij, lahko vplivajo magnetna polja. Ko električni tok teče skozi prevodnik, nastane magnetno polje, ki je pravokotno na smer toka. To je znano kot pravilo desne roke, kjer palec kaže v smeri toka toka, prsti pa so zviti v smeri magnetnega polja.
Posebne vrste magnetnih materialov
Obstajata dve posebni vrsti magnetnih materialov: feromagnetni in paramagnetni. Feromagnetni materiali, kot so železo, nikelj in kobalt, imajo močno magnetno polje in jih je mogoče magnetizirati. Paramagnetni materiali, kot sta aluminij in platina, imajo šibko magnetno polje in jih je težko magnetizirati.
Elektromagnet: zmogljiva naprava, ki jo poganja elektrika
Elektromagnet je vrsta magneta, ki nastane s pretokom električnega toka skozi žico. Žica je običajno ovita okoli jedra iz železa ali drugega magnetnega materiala. Načelo elektromagneta je, da ko električni tok teče skozi žico, ustvari magnetno polje okoli žice. Z ovijanjem žice v tuljavo se magnetno polje okrepi, nastali magnet pa je veliko močnejši od navadnega trajnega magneta.
Kako se nadzorujejo elektromagneti?
Moč elektromagneta je mogoče enostavno nadzorovati s spreminjanjem količine električnega toka, ki teče skozenj. S povečanjem ali zmanjšanjem količine toka lahko magnetno polje oslabimo ali okrepimo. Poli elektromagneta se lahko celo obrnejo z obračanjem toka električne energije. Zaradi tega so elektromagneti zelo uporabni v številnih aplikacijah.
Kakšni so zabavni eksperimenti z elektromagneti?
Če vas zanima znanost o elektromagnetih, obstaja veliko zabavnih poskusov, ki jih lahko preizkusite doma. Tukaj je nekaj idej:
- Ustvarite preprost elektromagnet tako, da ovijete žico okoli žeblja in jo povežete z baterijo. Poglejte, koliko sponk lahko poberete s svojim elektromagnetom.
- Z elektromagnetom in baterijo sestavite preprost motor. Če zamenjate polariteto baterije, lahko motor zavrtite v nasprotno smer.
- Uporabite elektromagnet, da ustvarite preprost generator. Z vrtenjem tuljave žice znotraj magnetnega polja lahko ustvarite majhno količino električne energije.
Na splošno je obstoj elektromagnetov dolžan svojo uporabnost dejstvu, da jih je mogoče zlahka nadzorovati z elektriko, zaradi česar so bistvena komponenta v številnih napravah in aplikacijah.
Magnetni dipoli: gradniki magnetizma
Magnetni dipoli so osnovni gradniki magnetizma. So najmanjša enota magnetizma in so sestavljeni iz drobnih magnetov, imenovanih elektroni. Ti elektroni so prisotni v molekulah materiala in imajo sposobnost ustvarjanja magnetnega polja. Magnetni dipol je preprosto tokovna zanka, ki je sestavljena iz pozitivnih in negativnih nabojev.
Delovanje magnetnih dipolov
Magnetni dipoli imajo aktivno vlogo v strukturi in delovanju mnogih spojin. Običajno so prisotni v tipični žici in vezju, njihova prisotnost pa je neposredno povezana z jakostjo magnetnega polja. Jakost magnetnega polja je podana s površino zanke in tokom, ki teče skozi njo.
Pomen magnetnih dipolov v medicini
Magnetni dipoli imajo velik pomen v medicini. Uporabljajo se za izdelavo majhnih magnetov, ki se lahko uporabljajo za diagnosticiranje in zdravljenje različnih zdravstvenih stanj. Uporaba magnetnih dipolov v medicini se imenuje slikanje z magnetno resonanco (MRI). MRI je zanesljiva in varna medicinska tehnika, ki uporablja magnetne dipole za ustvarjanje slik notranjosti telesa.
zaključek
Torej, magnetno pomeni nekaj, kar privlači ali odbija magnet. To je sila, ki je povezana z elektriko in magnetizmom. Lahko ga uporabite, da držite stvari na hladilniku ali da kompas kaže proti severu. Torej, ne bojte se ga uporabiti! Ni tako zapleteno, kot se zdi. Samo zapomni si pravila in vse bo v redu.
Sem Joost Nusselder, ustanovitelj Tools Doctor, tržnik vsebine in oče. Rad preizkušam novo opremo in skupaj s svojo ekipo že od leta 2016 ustvarjam poglobljene članke na blogu, da zvestim bralcem pomagam z orodji in nasveti za izdelavo.
