Magnetizem magnetne lastnosti materialov, uporablja

On magnetizem o Magnetna energija je sila narave, povezana z gibanjem električnih nabojev in lahko pri določenih snovi ustvari privlačnost ali odbojnost. Magneti so dobro znani viri magnetizma.

Znotraj teh interakcij se nastajajo v prisotnost magnetnih polj, ki na primer vplivajo na majhne koščke železa ali niklja.

Čudovite barve severnih luči so posledica dejstva, da kozmični delci oddajajo energijo, ko jih preusmeri zemeljsko magnetno polje. Vir: Pixabay.

Magnetno polje magneta postane vidno, ko je postavljeno pod papir, na katerem se širijo železne datoteke. Omejitve so takoj usmerjene po poljskih črtah, kar ustvari sliko tega v dveh dimenzijah.

Drug dobro znan vir so žice, ki prevažajo električni tok; Toda za razliko od trajnih magnetov magnetizem izgine, ko tok preneha.

Kadar koli se nekje pojavi magnetno polje, je moral neko agent delati. Energija, vložena v ta postopek.

Izračun, koliko je shranjene magnetne energije na polju, je odvisen od tega in geometrije naprave ali regije, kjer je bila ustvarjena.

Induktor.

[TOC]

Zgodovina in odkritje

Stare aplikacije

Legende, ki jih je Pliny povedal o starodavni Grčiji, govorijo o pastorju Magneju, ki je pred več kot 2000 leti našel skrivnostni mineral, ki bi lahko pritegnil železne koščke, ne pa drugih materialov. Bil je magnetit, železov oksid z močnimi magnetnimi lastnostmi.

Razlog za magnetno privlačnost je ostal skrit sto let. V najboljšem primeru je bil pripisan nadnaravnim dejstvim. Čeprav niso zato nehali najti zanimive aplikacije za to, na primer kompas.

Kompas, ki so ga izumili Kitajci, uporablja magnetizem same zemlje, tako da je uporabnik med navigacijo usmerjen.

Prve znanstvene študije

Študija magnetnih pojavov je imela veliko napredovanje zahvaljujoč Williamu Gilbertu (1544 - 1603). Ta angleški znanstvenik iz elizabetanske dobe je preučil magnetno polje sferičnega magneta in ugotovil, da mora zemlja imeti svoje magnetno polje.

Iz študije o magnetih je opazil tudi, da ne more dobiti ločenih magnetnih polov. Ko je magnet odsekan na dva, imajo novi magneti tudi oba pola.

Vendar je bilo v začetku 19. stoletja, ko so znanstveniki opazili obstoj razmerja med električnim tokom in magnetizmom.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), rojen na Danskem, je leta 1820 prišlo. Kompas je bil preusmerjen in ko je tok prenehal teči, je kompas spet pokazal kot vedno proti severu.

Ta pojav je mogoče preveriti tako, da kompas pripeljete na enega od kablov, ki zapustijo avtomobilsko baterijo, medtem ko je začetek aktiviran.

V času zaprtja vezja mora igla doživeti opazen odklon, saj lahko avtomobile baterije oskrbujejo tokove dovolj visoke, da kompas lahko odstopa.

Vam lahko služi: pleide: zgodovina, izvor in sestava

Na ta način je bilo jasno, da so stroške, ki povzročajo magnetizem.

Sodobne raziskave

Nekaj ​​let po poskusih Oersteda je britanski raziskovalec Michael Faraday (1791 - 1867) označil še en mejnik, ko je odkril, da spremenljiva magnetna polja posledično povzročajo električne tokove.

Tako pojavi, električni in magnetni, so med seboj tesno povezani, saj lahko vsak vodi do drugega. Združevanje jih je naročil Faradayev učenec James Clerk Maxwell (1831 - 1879) v enačbah, ki nosijo njegovo ime.

Te enačbe vsebujejo in povzemajo elektromagnetno teorijo in so še vedno veljavne v relativistični fiziki.

Magnetne lastnosti materialov

Zakaj nekateri materiali kažejo magnetne lastnosti ali zlahka pridobijo magnetizem? Vemo, da je magnetno polje posledica premikanja obremenitev, zato morajo biti znotraj magneta nevidni električni tokovi, ki povzročajo magnetizem.

Vsa snov vsebuje elektrone, ki krožijo v atomskem jedru. Elektron lahko primerjamo z zemljo, ki ima prevodno gibanje okoli sonca in tudi vrtenje na lastni osi.

Klasična fizika pripisuje podobne gibe kot elektron, čeprav analogija ni povsem natančna. Vendar je poanta v tem, da obe lastnosti elektrona obnašata kot drobna spira, ki ustvarja magnetno polje.

Lastnost, ki največ prispeva k magnetnemu polju atoma, je elektron. V atomih z mnogimi elektroni so ti razvrščeni v pare in z nasprotnimi bodicami. Tako se njegova magnetna polja prekličejo med seboj. To se zgodi v večini materialov.

Vendar obstaja nekaj mineralov in spojin, v katerih je izginil elektron. Na ta način neto magnetno polje ni praznino. To ustvarja a Magnetni trenutek, Vektor, katerega obseg je produkt toka s površino vezja.

Sovražni magnetni trenutki se medsebojno medsebojno delujejo in oblikujejo regije Magnetne domene, v katerem je veliko vrtljajev poravnanih v isto smer. Nastalo magnetno polje je zelo intenzivno.

Feromagnetizem, paramagnetizem in diamagnetizem

Poklicajo se materiali, ki imajo to kakovost Feromagnet. Nekaj ​​jih je: železo, nikelj, kobalt, Gadolinio in nekaj zlitin.

Preostali elementi v periodični tabeli nimajo teh izrazitih magnetnih učinkov. Spadajo v kategorijo paramagnet tudi Diamagnet.

Pravzaprav je diamagnetizem lastnost vseh materialov, ki ob prisotnosti zunanjega magnetnega polja doživljajo rahlo odbojnost. Bizmut je element z najbolj poudarjenim diamagnetizmom.

Paramagnetizem je sestavljen iz manj intenzivnega magnetnega odziva kot feromagnetizma, vendar enako privlačnost. Paramagnetne snovi so na primer aluminij, zrak in nekaj železovih oksidov, kot je goetita.

Uporaba magnetne energije

Magnetizem je del temeljnih sil narave. Ker so tudi ljudje del tega, so prilagojeni obstoju magnetnih pojavov, pa tudi preostalem življenju na planetu. Na primer, nekatere živali uporabljajo magnetno polje zemlje za geografsko vodenje.

Vam lahko služi: dimenzijska analiza

Pravzaprav velja, da ptice izvajajo svoje dolge migracije, zahvaljujoč dejstvu, da imajo v svojih možganih nekakšen organski kompas, ki jim omogoča, da zaznajo in uporabljajo geomagnetno polje.

Medtem ko ljudje nimajo takega kompasa, lahko namesto tega spreminjajo okolje več načinov kot ostali živalski kraljestvo. Tako so člani naših vrst uporabili magnetizem v svojo korist od istega trenutka, ko je prvi grški župnik odkril kamen.

Nekaj ​​aplikacij za magnetno energijo

Od takrat naprej je veliko aplikacij magnetizma. Tu je nekaj:

- Že omenjeni kompas, ki uporablja geomagnetno polje Zemlje, da geografsko vodič.

- Stari televizorji, računalniki in osciloskopi, ki temeljijo na katodni cevi, ki uporabljajo tuljave, ki ustvarjajo magnetna polja. Ti so odgovorni za preusmeritev elektronskega žarka, da vpliva na določena mesta na zaslonu in tako tvorijo sliko.

- Masni spektrometri, ki se uporabljajo za preučevanje različnih vrst molekul in s številnimi aplikacijami v biokemiji, kriminologiji, antropologiji, zgodovini in drugih disciplinah. Uporabljajo električna in magnetna polja za preusmeritev delcev, napolnjenih v usmeritvah, ki so odvisni od njihove hitrosti.

- Magnetohidrodinamični pogon, v katerem magnetna sila spodbuja curek morske vode (dober voznik) nazaj, tako da po Newtonovem tretjem zakonu vozilo ali čoln prejme impulz naprej.

- Magnetna resonanca, neinvazivna metoda za pridobivanje slik iz notranjosti človeškega telesa. V bistvu uporablja zelo intenzivno magnetno polje in analizira se odziv vodikovih jeder (protonov), ki so prisotni v tkivih.

Te aplikacije so že vzpostavljene, v prihodnosti pa se verjame, da se lahko magnetizem s tehnikami spopada tudi z boleznimi, kot je rak dojke hipermični, ki proizvajajo magnetno inducirano toploto.

Ideja je, da vbrizgate magnetit tekočine neposredno na tumor. Zahvaljujoč vročini, ki jo proizvajajo magnetno inducirani tokovi, bi se železni delci dovolj segrevali, da bi uničili maligne celice.

Prednosti in slabosti

Pri razmišljanju o uporabi določene vrste energije je njegova pretvorba potrebna pri neki vrsti gibanja, kot so na primer turbina, dvigalo ali vozilo; ali da se spremeni v električno energijo, ki vklopi neko napravo: televizija, televizija, bankomati in podobne stvari.

Energija je velikost z več manifestacijami, ki jih je mogoče spremeniti na več načinov. Ali se lahko energija majhnega magneta razširi, da se nenehno premika več kot nekaj kovancev?

Če želite biti uporabni.

Primarne in sekundarne energije

V naravi so takšne energije, iz katerih nastajajo druge vrste. Znani so kot primarne energije:

- Sončna energija.

- Atomska energija.

- Geotermalna energija.

- Vetrna energija.

- Energija biomase.

- Energija fosilnih in mineralnih goriv.

Iz teh se pojavljajo sekundarne energije, kot sta elektrika in toplota. Kje je tukaj magnetna energija?

Elektrika in magnetizem nista dva ločena pojava. V resnici sta oba znana kot elektromagnetni pojavi. Pod pogojem, da obstaja ena od njih.

Vam lahko služi: medsebojna induktivnost: formula/koeficient, aplikacije, vaje

Kjer je elektrika, bo na nek način na voljo magnetna energija. Toda to je sekundarna energija, ki zahteva predhodno preoblikovanje nekaterih primarnih energij.

Značilnosti primarne in sekundarne energije

Prednosti ali slabosti uporabe neke vrste energije so vzpostavljene v skladu s številnimi merili. Med njimi je, kako enostavna in poceni je njihova proizvodnja in tudi koliko lahko negativno vpliva na proces v okolju in ljudje.

Nekaj ​​pomembnega za upoštevanje je, da se energije večkrat preoblikujejo, preden jih je mogoče uporabiti.

Koliko preobrazb bi moralo priti do izdelave magneta, s katerim bo nakupovalni seznam zapustil vrata hladilnika? Koliko jih je treba zgraditi z električnim avtomobilom? Zagotovo dovolj.

In kako čista je magnetna ali elektromagnetna energija? Obstajajo tisti, ki verjamejo, da nenehna izpostavljenost elektromagnetnim področjem človeškega izvora povzroča zdravstvene in okoljske težave.

Trenutno obstajajo številne raziskave, namenjene preučevanju vpliva teh področij na zdravje in okolje, vendar po prestižnih mednarodnih organizacijah ni dokončnih dokazov, da so škodljivi.

Primeri magnetne energije

Naprava, ki služi za vsebuje magnetno energijo, je znana kot induktor. To je tuljava, ki nastane z valjanjem bakrene žice z zadostnim številom zavojev in je koristna v mnogih vezjih, da omeji tok in prepreči, da bi se močno spremenil.

Bakrena tuljava. Vir: Pixabay.

S kroženjem toka skozi zavoje tuljave je v notranjosti ustvarjeno magnetno polje.

Če se tok spreminja, to storite tudi črte magnetnega polja. Te spremembe povzročajo tok, ki jim nasprotuje, glede na indukcijsko pravo Faraday-Lenza.

Ko se tok nenadoma poveča ali zmanjšuje, mu tuljava nasprotuje, zato ima lahko zaščitne učinke na vezje.

Magnetna energija tuljave

V magnetnem polju, ustvarjenem v volumnu, ki ga omejujejo zavoji tuljave, je shranjena magnetna energija, ki bo označena kot Ali_B In to je odvisno od:

- Intenzivnost magnetnega polja B.

- Območje prereza tuljave Do.

- Dolžina tuljave l.

- Vakuumska prepustnost μ_tudi.

Izračuna se na naslednji način:

Izdelek Do.l Je enakovreden glasnosti, ki jo zaklene tuljava.

Ta enačba velja v katerem koli prostoru, kjer je magnetno polje. Če je glasnost znana V iz omenjene regije, njegove prepustnosti in intenzivnosti polja je mogoče izračunati, koliko magnetne energije ima.

Vaja rešena

Magnetno polje znotraj tuljave, polnega zraka 2.Premera 0 cm in 26 cm je 0.70 t. Koliko energije je shranjeno na tem področju?

Podatki: prepustnost vakuuma je μ_tudi = 4π . 10^-7 T.m/a

Rešitev

Numerične vrednosti se nadomestijo v prejšnji enačbi, pri čemer pazite na pretvorbo vrednosti v mednarodne sistemske enote.

Reference

1. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. Šesta izdaja. Dvorana Prentice. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Fizika 12. Pearson. 135-146.