Materiaalien magnetismi magneettiset ominaisuudet, käyttö

Hän magnetismi o Magneettinen energia on luonnon voima, joka liittyy sähkövarausten liikkeeseen ja joka kykenee tuottamaan vetovoimaa tai torjuntaa tietyissä aineissa. Magneetit ovat hyvin tunnettuja magnetismin lähteitä.

Näiden vuorovaikutusten sisällä tuotetaan, jotka kääntyvät magneettikenttien läsnäoloon, jotka vaikuttavat niiden vaikutukseen pieniin rauta- tai nikkelipaloihin, esimerkiksi.

Pohjoisvalojen kauniit värit johtuvat siitä, että kosmiset hiukkaset pääsevät energiaa, kun maan magneettikenttä ohjataan. Lähde: Pixabay.

Magneetin magneettikenttä tulee näkyväksi, kun se sijoitetaan paperin alle, johon rautatiedostot levitetään. Rajat suuntautuvat välittömästi kenttälinjoja pitkin, luomalla tästä kuvan kahdessa ulottuvuudessa.

Toinen hyvin tunnettu lähde on johdot, jotka kuljettavat sähkövirtaa; Mutta toisin kuin pysyvät magneettit, magnetismi katoaa, kun virta lakkaa.

Aina kun magneettikenttä esiintyy jossain, joidenkin aineen piti tehdä työtä. Tähän prosessiin sijoitettu energia tallennetaan luotuun magneettikenttään, ja sitä voidaan sitten pitää magneettisena energiana.

Laskelma siitä, kuinka paljon magneettisia energiat tallennetaan kentälle, riippuu tästä ja laitteen geometriasta tai alueesta, jolla se on luotu.

Induktori.

[TOC]

Historia ja löytö

Vanhat sovellukset

Plinius -legendat muinaisesta Kreikasta puhuvat pastorimagnesista, joka yli 2000 vuotta sitten löysi salaperäisen mineraalin, joka kykenee houkuttelemaan rautapaloja, mutta ei muita materiaaleja. Se oli magnetiitti, rautaoksidi, jolla oli vahvat magneettiset ominaisuudet.

Syy magneettiseen vetovoimaan pysyi piilossa satojen vuosien ajan. Parhaimmassa tapauksessa se johtui yliluonnollisista tosiasioista. Vaikka ei tästä syystä, he lopettivat mielenkiintoisten sovellusten löytämisen sille, kuten kompassi.

Kiinalaisen keksimä kompassi käyttää itse maan magnetismia siten, että käyttäjä on suunnattu navigoinnin aikana.

Ensimmäiset tieteelliset tutkimukset

Magneettisten ilmiöiden tutkimuksella oli suuri etu William Gilbertille (1544 - 1603). Tämä Elizabethan -aikakauden englantilainen tutkija tutki pallomaisen magneetin magneettikenttää ja päätteli, että maapallolla tulisi olla oma magneettikenttä.

Magneeteja koskevasta tutkimuksestaan ​​hän huomasi myös, että hän ei pystynyt saamaan erillisiä magneettisia napoja. Kun magneetti on jaettu kahteen osaan, uusilla magneeteilla on myös molemmat pylväät.

Se oli kuitenkin 1800 -luvun alussa, kun tutkijat huomasivat sähkövirran ja magneettisuuden välisen suhteen olemassaolon.

Tanskassa syntynyt Hans Christian Oersted (1777 - 1851) oli vuonna 1820 esiintynyt sähkövirta kuljettajan kautta ja tarkkailemalla kompassiin vaikuttavaa vaikutusta. Kompassi siirrettiin, ja kun virta lakkasi virtaamasta, kompassi osoitti jälleen kuten aina pohjoiseen.

Tämä ilmiö voidaan tarkistaa tuomalla kompassi johonkin kaapeliin, jotka jättävät auton akun, kun taas aloitus aktivoidaan.

Piirin sulkemishetkellä neulan on koettava havaittavissa oleva taipuma, koska autojen paristot voivat toimittaa virrat riittävän korkeat kompassin poikkeamiseksi.

Voi palvella sinua: Pleiades: historia, alkuperä ja koostumus

Tällä tavalla oli selvää, että liikkuvat maksut ovat ne, jotka aiheuttavat magnetismia.

Moderni tutkimus

Muutaman vuoden kuluttua Oerstedin kokeista brittiläinen tutkija Michael Faraday (1791 - 1867) merkitsi uutta virstanpylvästä huomatessaan, että muuttuvat magneettikentät puolestaan ​​aiheuttavat sähkövirrat.

Sekä ilmiöt, sähköiset että magneettiset, ovat läheisesti yhteydessä toisiinsa, koska kukin voi johtaa toisiinsa. Niiden yhdistäminen tilasi Faradayn opetuslapsi, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), yhtälöissä, jotka kantavat hänen nimensä.

Nämä yhtälöt sisältävät ja tekevät yhteenvedon sähkömagneettisesta teoriasta ja ovat edelleen päteviä relativistisessa fysiikassa.

Materiaalien magneettiset ominaisuudet

Miksi joillakin materiaaleilla on magneettisia ominaisuuksia tai hankkia magnetismia helposti? Tiedämme, että magneettikenttä johtuu liikkuvasta kuormituksista, joten magneetin sisällä on oltava näkymättömiä sähkövirroita, jotka aiheuttavat magnetismia.

Kaikki aine sisältää elektroneja, jotka kiertävät atomiydin. Elektronia voidaan verrata maahan, jolla on käännösliike auringon ympärillä ja myös kierto omalla akselillaan.

Klassinen fysiikka määrittelee samanlaisia ​​liikkeitä kuin elektronia, vaikka analogia ei ole täysin tarkka. Asia on kuitenkin, että elektronin molemmat ominaisuudet tekevät siitä käyttäytymisen kuin pieni spira, joka luo magneettikentän.

Ominaisuus, joka myötävaikuttaa eniten atomin magneettikenttään, on elektroni. Atomeissa, joissa on monia elektroneja, ne on ryhmitelty pareittain ja vastakkaisilla piikillä. Siten sen magneettikentät peruutetaan toistensa kanssa. Näin tapahtuu suuressa osassa materiaaleja.

On kuitenkin joitain mineraaleja ja yhdisteitä, joissa elektroni katoaa. Tällä tavoin nettomagneettikenttä ei ole tyhjä. Tämä luo a Magneettinen hetki, Vektori, jonka suuruus on virran tuote piirialueella.

Vierekkäiset magneettiset momentit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja muodostuvat alueet, joita kutsutaan Magneettiset domeenit, jossa monet pyörivät on kohdistettu samaan suuntaan. Tuloksena oleva magneettikenttä on erittäin voimakas.

Ferromagneettisuus, paramagnetismi ja diagnetismi

Materiaaleja, joilla on tätä laatua Ferromagneettinen. Niitä on muutama: rauta, nikkeli, koboltti, gadolinio ja joitain niistä.

Loput jaksollisen taulukon elementit puuttuu nämä voimakkaat magneettiset vaikutukset. Kuulua luokkaan paragneettinen jompikumpi diagneettinen.

Itse asiassa diamagnetismi on kaikkien materiaalien ominaisuus, jolla on lievä harrastaminen ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa. Vismutti on elementti, jolla on eniten korostettu diagnetismi.

Paramagnetismi puolestaan ​​koostuu vähemmän voimakkaasta magneettisesta vasteesta kuin ferromagnetismi, mutta yhtä vetovoima. Paramagneettiset aineet ovat esimerkiksi alumiini-, ilma- ja joitain rautaoksideja, kuten Gotita.

Magneettisen energian käyttö

Magnetismi on osa luonnon perusvoimia. Koska ihmiset ovat myös osa sitä, ne ovat sopeutuneet magneettisten ilmiöiden olemassaoloon sekä muuhun elämään planeetalla. Esimerkiksi jotkut eläimet käyttävät maan magneettikenttää maantieteellisesti.

Voi palvella sinua: Dimensional Analysis

Itse asiassa uskotaan, että linnut suorittavat pitkät muuttoliikkeet sen vuoksi, että aivoissaan heillä on eräänlainen orgaaninen kompassi, joka antaa heidän havaita ja käyttää geomagneettista kenttää.

Vaikka ihmisistä puuttuu tällainen kompassi, sen sijaan heillä on kyky muokata ympäristöä monilla tavoilla kuin muu eläinvaltakunta. Siten lajimme jäsenet ovat käyttäneet magneettisuutta hyödyksi samasta hetkestä, kun ensimmäinen kreikkalainen pastori löysi kiven.

Joitakin magneettisia energia -sovelluksia

Siitä lähtien on monia magnetismin sovelluksia. Tässä on muutama:

- Jo mainittu kompassi, joka käyttää maan geomagneettista kenttää maantieteellisesti.

- Vanhat televisiot, tietokoneet ja oskilloskoopit, jotka perustuvat katodisäteputkeen, joka käyttää magneettikenttiä tuottavia keloja. Nämä ovat vastuussa elektronisäteen ohjaamisesta vaikuttamaan tiettyihin paikkoihin näytöllä, muodostaen siten kuvan.

- Massaspektrometrit, joita käytetään tutkimaan erityyppisiä molekyylejä ja monia sovelluksia biokemian, kriminologian, antropologian, historian ja muiden tieteenalojen suhteen. He käyttävät sähkö- ja magneettikenttiä ohjaamaan hiukkasia, jotka on varautunut niiden nopeudesta riippuvaisiin suuntauksiin.

- Magnetohydrodynaaminen työntövoimaa, jossa magneettinen voima edistää meriveden (hyvää kuljettajaa) suihkua, joten Newtonin kolmannen lain mukaan ajoneuvo tai vene saa impulssin eteenpäin.

- Magneettiresonanssi, ei -invasiivinen menetelmä kuvien hankkimiseksi ihmiskehon sisäpuolelta. Pohjimmiltaan se käyttää erittäin voimakasta magneettikenttää ja kudoksissa olevien vety ytimien (protonien) vastetta analysoidaan, joilla on spinin edellä mainittu ominaisuus.

Nämä sovellukset ovat jo vakiintuneet, mutta tulevaisuudessa uskotaan, että magnetismi voi myös torjua sairauksia, kuten rintasyöpää, tekniikoiden kautta hypertermistinen, jotka tuottavat magneettisesti aiheuttamaa lämpöä.

Ajatuksena on injektoida nesteen magnetiitti suoraan kasvaimeen. Magneettisesti indusoitujen virtojen tuottaman lämmön ansiosta rautapartikkelit kuumentuisivat tarpeeksi pahanlaatuisten solujen tuhoamiseksi.

Hyödyt ja haitat

Kun ajatellaan tietyntyyppisen energian käyttöä, sen muuntamista tarvitaan tietyntyyppisissä liikkeissä, kuten esimerkiksi turbiinin, hissin tai ajoneuvon, esimerkiksi; tai että se muuttuu sähköenergiaksi, joka kytkee jonkin laitteen päälle: televisio, televisio, pankkiautomaatti ja vastaavat asiat.

Energia on suuruus, jolla on useita ilmenemismuotoja, joita voidaan muokata monin tavoin. Voiko pienen magneetin energia vahvistaa yli muutaman kolikon liikuttamiseksi jatkuvasti?

Ollakseen käyttökelpoinen, energialla on oltava suuri valikoima ja jatkettava erittäin runsasta lähdettä.

Ensisijainen ja toissijainen energia

Luonnossa on sellaisia ​​energioita, joista muut tyypit tuotetaan. Ne tunnetaan ensisijaisina energioina:

- Aurinkoenergia.

- Atomienergia.

- Maalämpö.

- Tuulivoima.

- Biomassanergia.

- Fossiiliset ja mineraalien polttoainergiat.

Toissijaiset energiat, kuten sähkö ja lämpö, ​​esiintyvät näistä. Missä on magneettinen energia täällä?

Sähkö ja magnetismi eivät ole kaksi erillistä ilmiötä. Itse asiassa molemmat United tunnetaan sähkömagneettisina ilmiöinä. Edellyttäen, että yksi niistä on olemassa toinen.

Voi palvella sinua: keskinäinen induktanssi: kaava/kerroin, sovellukset, harjoitukset

Jos sähköä on, siellä on jollain tavalla magneettista energiaa. Mutta tämä on toissijainen energia, joka vaatii joidenkin ensisijaisten energioiden aikaisemman muutoksen.

Primaaristen ja toissijaisten energioiden ominaisuudet

Jonkinlaisen energian käytön edut tai haitat vahvistetaan monien kriteerien mukaisesti. Heidän joukossaan on kuinka helppoa ja halpaa on heidän tuotantonsa, ja myös kuinka paljon se pystyy vaikuttamaan negatiivisesti ympäristön ja ihmisten prosessiin.

Jotain tärkeätä ottaa huomioon, että energiat muuttuvat monta kertaa ennen kuin niitä voidaan käyttää.

Kuinka monta muutosta tulisi tapahtua magneetin valmistamiseksi, jolla ostoslista jättää jääkaapin oven? Kuinka monta sähköautoa rakentaa? Varmasti tarpeeksi.

Ja kuinka puhdas on magneettinen tai sähkömagneettinen energia? On niitä, jotka uskovat, että jatkuva altistuminen ihmisen alkuperän sähkömagneettisille kentille aiheuttaa terveys- ja ympäristöongelmia.

Tällä hetkellä on olemassa lukuisia tutkimuslinjoja, jotka on omistettu näiden alojen vaikutusta terveyteen ja ympäristöön, mutta arvostettujen kansainvälisten järjestöjen mukaan ei ole vakuuttavaa näyttöä siitä, että ne ovat haitallisia.

Esimerkkejä magneettisesta energiasta

Laite, joka sisältää magneettisen energian, tunnetaan induktorina. Se on kela, joka muodostuu liikkumalla kuparilanka riittävästi käännöksiä, ja se on hyödyllinen monissa piireissä virran rajoittamiseksi ja estämään sen vaihtamista voimakkaasti.

Kuparikela. Lähde: Pixabay.

Kiertämällä virtaa kelan käännösten läpi, sisälle luodaan magneettikenttä.

Jos virta muuttuu, niin myös magneettikenttälinjat. Nämä muutokset aiheuttavat virtaa, joka vastustaa heitä, Faraday-Lenzin induktiolain mukaan.

Kun virta kasvaa tai vähenee yhtäkkiä, kela vastustaa sitä, siksi sillä voi olla suojavaikutuksia piiriin.

Kelan magneettinen energia

Kelan käännöksillä hajotetussa tilavuudessa luodussa magneettikentässä magneettinen energia tallennetaan, joka merkitään nimellä TAI_{B -} Ja se riippuu:

- Magneettikentän voimakkuus B -.

- Kelan poikkileikkauksen alue -Lla.

- Kelan pituus lens.

- Tyhjiöläpäisevyys μ_jompikumpi.

Se lasketaan seuraavasti:

Tuote -Lla.lens Se vastaa kelan lukitsemaa äänenvoimakkuutta.

Tämä yhtälö on voimassa millä tahansa avaruusalueella, jolla on magneettikenttä. Jos tilavuus tunnetaan V mainitun alueen, sen läpäisevyyden ja kentän voimakkuuden, on mahdollista laskea, kuinka paljon magneettista energiaa sillä on.

Liikuntaa

Magneettikenttä kelan sisällä, joka on täynnä ilmaa 2.0 cm halkaisija ja 26 cm pitkä on 0.70 t. Kuinka paljon energiaa tallennetaan tällä alalla?

Tiedot: tyhjiön läpäisevyys on μ_jompikumpi = 4π . 10^-7 T.m/a

Ratkaisu

Numeeriset arvot korvataan edellisessä yhtälössä, ja ne huolehtivat arvojen muuttamisesta kansainvälisiksi järjestelmäyksiköiksi.

Viitteet

1. Giancoli, D.  2006. Fysiikka: sovellusten periaatteet. Kuudes painos. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, J.D -d. 2011. Fysiikka 12. Pearson. 135-146.