Sumaku: Mwongozo Kamili wa Nguvu ya Sumaku na Sehemu

Magnetism ni darasa la matukio ya kimwili ambayo yanapatanishwa na mashamba ya magnetic. Mikondo ya umeme na nyakati za msingi za sumaku za chembe za msingi hutoa uga wa sumaku, ambao hufanya kazi kwa mikondo mingine na nyakati za sumaku.

Nyenzo zote huathiriwa kwa kiasi fulani na shamba la magnetic. Athari inayojulikana zaidi ni kwenye sumaku za kudumu, ambazo zina nyakati za sumaku zinazoendelea zinazosababishwa na ferromagnetism.

Nguvu ya Nguvu ya Sumaku

Nguvu ya sumaku ni nguvu inayotumika kwenye chembe iliyochajiwa inayosonga katika uga wa sumaku. Ni nguvu ambayo ni perpendicular kwa kasi ya chembe chaji na shamba magnetic. Nguvu hii inaelezewa na mlinganyo wa nguvu wa Lorentz, ambao unasema kwamba nguvu (F) inayofanya kazi kwa malipo (q) kusonga kwa kasi (v) katika uwanja wa sumaku (B) hutolewa na mlinganyo F = qvBsinθ, ambapo θ ni pembe kati ya kasi ya chaji na shamba la sumaku.

Nguvu ya Sumaku inahusiana vipi na Umeme wa Sasa?

Nguvu ya sumaku inahusiana kwa karibu na sasa ya umeme. Wakati mkondo wa umeme unapita kupitia waya, huunda uwanja wa sumaku karibu na waya. Uga huu wa sumaku unaweza kutumia nguvu kwenye vitu vingine mbele yake. Ukubwa na mwelekeo wa nguvu hutegemea nguvu na mwelekeo wa shamba la magnetic.

Ni Nyenzo gani Zinaathiriwa na Nguvu ya Sumaku?

Nguvu ya sumaku inaweza kuathiri idadi kubwa ya vifaa, pamoja na:

• Nyenzo za sumaku kama vile chuma, chuma na nikeli
• Kuendesha vifaa kama vile shaba na alumini
• Elektroni za rununu kwenye kondakta
• Chembe za kushtakiwa katika plasma

Mifano ya Nguvu ya Sumaku katika Vitendo

Baadhi ya mifano ya nguvu ya sumaku inayofanya kazi ni pamoja na:

• Sumaku zinazovutia au kurudishana nyuma
• Vibandiko vinavyoshikamana na jokofu au mlango kwa sababu vimewekwa sumaku
• Fimbo ya chuma ikivutwa kuelekea kwenye sumaku yenye nguvu
• Waya iliyobeba mkondo wa umeme ikipotoshwa kwenye uwanja wa sumaku
• Mwendo thabiti wa sindano ya dira kutokana na uga wa sumaku wa Dunia

Nguvu ya Sumaku Inaelezewaje?

Nguvu ya sumaku inaelezewa kwa kutumia vitengo vya newtons (N) na teslas (T). Tesla ni kitengo cha nguvu ya uga wa sumaku, na inafafanuliwa kuwa nguvu inayofanya kazi kwenye waya inayobeba mkondo wa ampere moja iliyowekwa kwenye uwanja wa sumaku sare wa tesla moja. Nguvu ya sumaku inayofanya kazi kwenye kitu ni sawa na bidhaa ya nguvu ya shamba la sumaku na malipo ya kitu.

Ni Aina gani za Sehemu Zinahusiana na Nguvu ya Sumaku?

Nguvu ya sumaku inahusiana na uwanja wa sumakuumeme. Shamba la sumakuumeme ni aina ya shamba linaloundwa na kuwepo kwa chaji za umeme na mikondo. Sehemu ya sumaku ni sehemu moja ya uwanja wa sumakuumeme, na huundwa na mwendo wa malipo ya umeme.

Je! Vitu Vyote Vina uzoefu wa Nguvu ya Sumaku?

Sio vitu vyote hupata nguvu ya sumaku. Ni vitu tu ambavyo vina chaji ya wavu au vimebeba mkondo wa umeme ndivyo vitapata nguvu ya sumaku. Vifaa ambavyo havina chaji halisi na havijabeba mkondo wa umeme havitapata nguvu ya sumaku.

Kuna Uhusiano gani kati ya Nguvu ya Sumaku na Nyuso za Kuendesha?

How to strip wire fast

Share

Watch on

Wakati uso wa conduction umewekwa kwenye uwanja wa sumaku, elektroni zilizo kwenye uso zitapata nguvu kutokana na uwanja wa sumaku. Nguvu hii itasababisha elektroni kusonga, ambayo itaunda sasa kwenye uso. Mapenzi ya sasa, kwa upande wake, itaunda uwanja wa sumaku ambao utaingiliana na uwanja wa asili wa sumaku, na kusababisha uso kupata uzoefu wa nguvu.

Kuna Uhusiano Gani Kati ya Nguvu ya Sumaku na Ukubwa wa Kasi ya Kitu?

Nguvu ya sumaku inayofanya kazi kwenye kitu inalingana na ukubwa wa kasi ya kitu. Kadiri kitu kinavyosonga, ndivyo nguvu ya sumaku itakavyokuwa.

Historia ya Kuvutia ya Sumaku

• Neno “sumaku” linatokana na neno la Kilatini “magnes,” linalorejelea aina ya pekee ya miamba inayopatikana Uturuki kwenye Mlima Ida.
• Wachina wa kale waligundua lodestones, ambazo ni sumaku za asili zilizotengenezwa kwa oksidi ya chuma, zaidi ya miaka 2,000 iliyopita.
• Mwanasayansi wa Kiingereza William Gilbert alithibitisha uchunguzi wa awali kuhusu mali ya sumaku mwishoni mwa karne ya 16, ikiwa ni pamoja na kuwepo kwa miti ya magnetic.
• Mwanasayansi wa Uholanzi Christian Oersted aligundua uhusiano kati ya umeme na sumaku mnamo 1820.
• Mwanafizikia wa Kifaransa Andre Ampere alipanua kazi ya Oersted, akisoma uhusiano kati ya umeme na sumaku na kuendeleza dhana ya uwanja wa sumaku.

Maendeleo ya Sumaku za Kudumu

• Katika miaka ya mwanzo ya sumaku, watafiti walikuwa na nia ya kuzalisha sumaku zenye nguvu na zenye nguvu zaidi.
• Katika miaka ya 1930, watafiti wa Sumitomo walitengeneza aloi ya chuma, alumini, na nikeli ambayo ilitoa sumaku yenye msongamano mkubwa wa nishati kuliko nyenzo yoyote ya awali.
• Katika miaka ya 1980, watafiti katika Chuo cha Sayansi huko Moscow walianzisha aina mpya ya sumaku iliyotengenezwa kwa kiwanja cha neodymium, chuma, na boroni (NdFeB), ambayo ni sumaku yenye nguvu zaidi inayopatikana kiteknolojia leo.
• Sumaku za kisasa zinaweza kutoa sehemu za sumaku zenye nguvu za hadi mega-Gauss-oersteds (MGOe) 52, ambayo ni kubwa sana ikilinganishwa na 0.5 MGOe zinazozalishwa na lodestones.

Jukumu la Sumaku katika Uzalishaji wa Nishati

• Sumaku zina jukumu muhimu katika uzalishaji wa umeme, hasa katika uzalishaji wa nguvu kutoka kwa mitambo ya upepo na mabwawa ya kuzalisha umeme.
• Magnets pia hutumiwa katika motors za umeme, ambazo zinapatikana katika kila kitu kutoka kwa magari hadi vifaa vya nyumbani.
• Nia ya sumaku inatokana na uwezo wao wa kuzalisha shamba la magnetic, ambalo linaweza kutumika kuzalisha nguvu za umeme.

Mustakabali wa Sumaku

• Wanasayansi wanasoma nyenzo mpya na maendeleo katika sumaku, ikiwa ni pamoja na matumizi ya metali adimu duniani na aloi.
• Sumaku ya mamboleo ni aina mpya ya sumaku ambayo ina nguvu zaidi kuliko sumaku yoyote iliyotangulia na ina uwezo wa kuleta mapinduzi katika uwanja wa sumaku.
• Uelewa wetu wa sumaku unapoendelea kupanuka, zitakuwa na jukumu muhimu zaidi katika jamii zilizoendelea kiteknolojia.

Kuchunguza Ulimwengu wa Kuvutia wa Magnetism

Magnetism ni mali ambayo vifaa fulani vinamiliki, ambayo huwawezesha kuvutia au kukataa vifaa vingine. Aina za sumaku ni pamoja na:

• Diamagnetism: Aina hii ya sumaku iko katika nyenzo zote na husababishwa na mwendo wa elektroni kwenye nyenzo. Wakati nyenzo zimewekwa kwenye uwanja wa sumaku, elektroni kwenye nyenzo zitatoa mkondo wa umeme unaopinga uwanja wa sumaku. Hii inasababisha athari dhaifu ya kukataa, ambayo kwa kawaida haionekani.

• Paramagnetism: Aina hii ya sumaku pia iko katika nyenzo zote, lakini ni dhaifu sana kuliko diamagnetism. Katika vifaa vya paramagnetic, wakati wa sumaku wa elektroni haujaunganishwa, lakini zinaweza kuunganishwa na uwanja wa nje wa sumaku. Hii inasababisha nyenzo kuwa dhaifu kuvutia kwa shamba magnetic.

• Ferromagnetism: Aina hii ya sumaku ndiyo inayojulikana zaidi na ndiyo watu wengi hufikiria wanaposikia neno "sumaku." Nyenzo za Ferromagnetic zinavutiwa sana na sumaku na zinaweza kudumisha mali zao za sumaku hata baada ya uwanja wa sumaku wa nje kuondolewa. Hii ni kwa sababu muda wa sumaku wa elektroni katika nyenzo hupangwa katika mwelekeo huo huo, huzalisha shamba la sumaku kali.

Sayansi Nyuma ya Magnetism

Sumaku huzalishwa na mwendo wa chaji za umeme, kama vile elektroni, katika nyenzo. Sehemu ya sumaku inayozalishwa na chaji hizi inaweza kuelezewa kama seti ya mistari inayounda uwanja wa sumaku. Nguvu ya uwanja wa sumaku inatofautiana kulingana na idadi ya malipo yaliyopo na kiwango ambacho yamepangwa.

Muundo wa nyenzo pia una jukumu katika mali zake za sumaku. Katika nyenzo za ferromagnetic, kwa mfano, wakati wa magnetic wa molekuli hupangwa kwa mwelekeo huo huo, huzalisha shamba la nguvu la magnetic. Katika nyenzo za diamagnetic, wakati wa sumaku huelekezwa kwa nasibu, na kusababisha athari dhaifu ya kurudisha nyuma.

Umuhimu wa Kuelewa Magnetism

Magnetism ni mali muhimu ya suala ambayo ina matumizi mengi ya vitendo. Baadhi ya njia ambazo sumaku hutumiwa ni pamoja na:

• Mitambo ya umeme na jenereta: Vifaa hivi hutumia sehemu za sumaku kuzalisha mwendo au kuzalisha umeme.

• Hifadhi ya sumaku: Sehemu za sumaku hutumika kuhifadhi data kwenye diski kuu na aina nyinginezo za hifadhi ya sumaku.

• Upigaji picha wa kimatibabu: Imaging resonance magnetic (MRI) hutumia nyuga za sumaku kutoa picha za kina za mwili.

• Upenyezaji wa sumaku: Sehemu za sumaku zinaweza kutumika kuinua vitu, ambavyo vina matumizi katika usafirishaji na utengenezaji.

Kuelewa sumaku pia ni muhimu kwa wanasayansi na wahandisi wanaofanya kazi na nyenzo. Kwa kuelewa sifa za sumaku za nyenzo, wanaweza kubuni nyenzo zilizo na sifa maalum za sumaku kwa matumizi tofauti.

Kuchunguza Uga wa Sumaku katika Nyenzo

Nguvu ya uwanja wa sumaku hufafanuliwa katika vitengo vya ampere kwa mita (A/m). Uzito wa uwanja wa sumaku unahusiana na wiani wa flux ya sumaku, ambayo ni idadi ya mistari ya shamba la sumaku inayopitia eneo fulani. Mwelekeo wa shamba la magnetic hufafanuliwa na vector, ambayo inaashiria mwelekeo wa nguvu ya magnetic juu ya malipo mazuri yanayotembea kwenye shamba.

Wajibu wa Makondakta katika Nyanja za Sumaku

Nyenzo zinazotumia umeme, kama vile shaba au alumini, zinaweza kuathiriwa na uwanja wa sumaku. Wakati umeme wa sasa unapita kupitia kondakta, shamba la magnetic linazalishwa ambalo ni perpendicular kwa mwelekeo wa mtiririko wa sasa. Hii inajulikana kama sheria ya mkono wa kulia, ambapo kidole gumba kinaelekeza uelekeo wa mtiririko wa sasa, na vidole vinapinda kuelekea uwanja wa sumaku.

Aina Maalum za Nyenzo za Magnetic

Kuna aina mbili maalum za vifaa vya sumaku: ferromagnetic na paramagnetic. Nyenzo za Ferromagnetic, kama vile chuma, nikeli, na kobalti, zina uga dhabiti wa sumaku na zinaweza kuwa na sumaku. Nyenzo za paramagnetic, kama vile alumini na platinamu, zina uga dhaifu wa sumaku na haziwezi kusukumwa kwa sumaku kwa urahisi.

Sumakume ya Umeme: Kifaa chenye Nguvu Kinachoendeshwa na Umeme

Sumaku-umeme ni aina ya sumaku ambayo huundwa kwa kutumia mkondo wa umeme kupitia waya. Waya kawaida hufungwa kwenye msingi uliotengenezwa kwa chuma au nyenzo nyingine ya sumaku. Kanuni ya sumaku-umeme ni kwamba wakati mkondo wa umeme unapita kupitia waya, huunda uwanja wa sumaku karibu na waya. Kwa kuifunga waya ndani ya coil, shamba la sumaku linaimarishwa, na sumaku inayotokana ni nguvu zaidi kuliko sumaku ya kudumu ya kawaida.

Je, Sumaku-umeme Hudhibitiwaje?

Nguvu ya sumaku-umeme inaweza kudhibitiwa kwa urahisi kwa kubadilisha kiasi cha mkondo wa umeme unaopita ndani yake. Kwa kuongeza au kupunguza kiasi cha sasa, shamba la magnetic linaweza kudhoofika au kuimarishwa. Nguzo za sumaku-umeme zinaweza hata kubadilishwa kwa kugeuza mtiririko wa umeme. Hii hufanya sumaku-umeme kuwa muhimu sana katika anuwai ya matumizi.

Je, ni Baadhi ya Majaribio ya Kufurahisha na Electromagnets?

Ikiwa una nia ya sayansi nyuma ya sumaku-umeme, kuna majaribio mengi ya kufurahisha ambayo unaweza kujaribu nyumbani. Hapa kuna mawazo machache:

• Unda sumaku-umeme rahisi kwa kuifunga waya kwenye msumari na kuiunganisha kwenye betri. Tazama ni sehemu ngapi za karatasi unaweza kuchukua na sumaku-umeme yako.
• Jenga motor rahisi kwa kutumia sumaku-umeme na betri. Kwa kugeuza polarity ya betri, unaweza kufanya motor spin katika mwelekeo kinyume.
• Tumia sumaku-umeme kuunda jenereta rahisi. Kwa kuzungusha coil ya waya ndani ya uwanja wa sumaku, unaweza kutoa kiasi kidogo cha umeme.

Kwa ujumla, kuwepo kwa sumaku-umeme kunatokana na manufaa yake kwa ukweli kwamba inaweza kudhibitiwa kwa urahisi na umeme, na kuifanya kuwa sehemu muhimu katika vifaa na maombi mengi.

Dipoles Sumaku: Misingi ya Ujenzi wa Sumaku

Dipolesi za sumaku ndio msingi wa ujenzi wa sumaku. Ni kitengo kidogo zaidi cha sumaku na kinaundwa na sumaku ndogo zinazoitwa elektroni. Elektroni hizi ziko kwenye molekuli za nyenzo na zina uwezo wa kuunda uwanja wa sumaku. Dipole ya sumaku ni kitanzi tu cha sasa ambacho kinajumuisha chaji chanya na hasi.

Kazi ya Dipoles Magnetic

Dipolesi za sumaku zina jukumu kubwa katika muundo na kazi ya misombo mingi. Kwa kawaida huwa katika waya na mzunguko wa kawaida, na uwepo wao ni moja kwa moja kuhusiana na nguvu ya shamba la magnetic. Nguvu ya shamba la magnetic inatolewa na eneo la kitanzi na sasa inapita ndani yake.

Umuhimu wa Dipole za Magnetic katika Sayansi ya Tiba

Dipole za sumaku zina umuhimu mkubwa katika sayansi ya matibabu. Zinatumika kuunda sumaku ndogo ambazo zinaweza kutumika kugundua na kutibu magonjwa anuwai. Matumizi ya dipoles magnetic katika sayansi ya matibabu inaitwa imaging resonance magnetic (MRI). MRI ni mbinu ya matibabu ya sauti na salama ambayo hutumia dipole za sumaku kuunda picha za ndani ya mwili.

Hitimisho

Kwa hivyo, sumaku inamaanisha kitu kinachovutia au kurudisha nyuma sumaku. Ni nguvu inayohusiana na umeme na sumaku. Unaweza kuitumia kushikilia vitu kwenye friji au kufanya dira ya kaskazini. Kwa hivyo, usiogope kuitumia! Sio ngumu kama inavyoonekana. Kumbuka tu sheria na utakuwa sawa.

Mimi ni Joost Nusselder, mwanzilishi wa Tools Doctor, content marketer, na baba. Ninapenda kujaribu vifaa vipya, na pamoja na timu yangu nimekuwa nikitayarisha makala za kina za blogu tangu 2016 ili kuwasaidia wasomaji waaminifu kwa zana na vidokezo vya kuunda.