Magnesy: co, rodzaje, ważne fakty, które muszą wiedzieć początkujący

Spis treści

• Historia magnesów
• Rodzaje materiałów magnetycznych
• Materiały diamagnetyczne
• Materiały paramagnetyczne
• Materiały ferromagnetyczne
• Rodzaje magnesów
• Magnesy twarde i Magnesy miękkie
• Magnes trwały i elektromagnes
• Zastosowania elektromagnesów

Historia magnesów

Na podstawie kamieni lodowych (lub magnetytu) ludzie wpadli najpierw na pomysł działania magnesów, które są namagnesowanymi kawałkami rudy żelaza występującymi w przyrodzie. Słowo magnes pochodzi z języka greckiego, z krainy zwanej „Magnesia”, części starożytnej Grecji, gdzie znaleziono kamienie lodowe. Pod koniec XII wieku używano magnesów i kompasy magnetyczne zostały zbudowane i używane w nawigacji w różnych częściach świata, takich jak Chiny, Europa itp.

Zasadniczo magnesy to materiał wytwarzający pola magnetyczne. Fizycy Curie i Faraday zauważyli, że prawie wszystkie materiały mają określone właściwości magnetyczne i zgodnie z ich właściwościami magnetycznymi podzielili je na trzy kategorie:

• Materiały diamagnetyczne
• Materiały paramagnetyczne
• Materiały ferromagnetyczne

Rodzaje magnesów:

Twarde materiały magnetyczne: 

Magnesy twarde są na ogół materiałami ferromagnetycznymi, które mają zdolność utrzymywania namagnesowania przez dość długi okres czasu, tj. Materiał powinien mieć wysoką retencję.

Magnesy twarde również powinny mieć wysoki stopień przymus, tj. tylko duża wielkość zewnętrznego pola magnetycznego powinna być w stanie wyeliminować magnetyzm szczątkowy zatrzymywany przez materiał.

Oto kilka przykładów twardych materiałów magnetycznych alnico (stop utworzony przez połączenie żelaza, kobaltu, aluminium, niklu i miedzi) i kamionki (metal występujący naturalnie).

Miękkie materiały magnetyczne: 

Magnesy miękkie są również materiałami ferromagnetycznymi, które mogą zachować swoje namagnesowanie tak długo, jak długo wychodzi zewnętrzne pole magnetyczne, czyli mają niską retencję. Mają też niski stopień koercji, tzn. Ich zachowane namagnesowanie (chociaż jest bardzo mniejsze) można bardzo łatwo wyeliminować.

W związku z tym można je łatwo namagnesować i rozmagnesować.

Tego rodzaju materiały (magnesy miękkie) są używane do wytwarzania elektromagnesu, ponieważ materiał elektromagnetyczny powinien mieć małą retencję, a także niską koercję. Miękkie żelazo jest odpowiednim materiałem jako miękki ferromagnes.

.

Dwa rodzaje magnesów: magnes trwały i elektromagnes

Magnesy trwałe:

Materiały, które mogą zachować swoje właściwości ferromagnetyczne przez długi czas w normalnej temperaturze pokojowej, można sklasyfikować jako magnesy trwałe.

Wysoki stopień retencji (magnes może zachować swój magnetyzm przy braku zewnętrznego pola magnetycznego), a także wysoki stopień koercji (właściwość magnetyczna nie jest niszczona przez zewnętrzne pola magnetyczne) jest niezbędna, aby być magnesem trwałym.

Magnesy trwałe powinny być również odporne na naprężenia mechaniczne i zmianę temperatury. 

Jak wspomniano wcześniej, pole magnetyczne jest wytwarzane przez zmieniające się pole elektryczne. Stąd teoria, że ​​pole magnetyczne magnesu trwałego jest konsekwencją jednorodnego spinu elektronów w określonym kierunku w atomach materiału, ponieważ ładunek elektryczny w ruchu wytwarza zmienne pole elektryczne. Ten rodzaj jednorodnego wirowania elektronów w atomach materiału jest zasadniczo spowodowany strukturą atomową i elektronową orientacją materiału. Dlatego tylko kilka rodzajów substancji ma zdolność trwałego podtrzymywania lub zatrzymywania pola magnetycznego.

Lodestone, Alnico, jak wspomniano w twardych magnesach, może być przykładem magnesu trwałego. Z dyskusji, które przeprowadziliśmy, można wywnioskować, że stal jest bardziej odpowiednia do wytwarzania magnesów trwałych niż żelazo, ponieważ stal ma znacznie wyższą wartość koercji niż żelazo, chociaż żelazo ma nieco wyższą retencję niż stal. Do wytwarzania magnesów trwałych opracowano wiele stopów o dość dużych wartościach retencji i koercji. Taki stop o bardzo wysokiej wartości koercji nazywany jest wokalnie (stop złożony z wanadu, żelaza i kobaltu).

Elektromagnesy

Elektromagnesy są generalnie konstruowane przez nawijanie materiału (zwykle materiałów ferromagnetycznych) drutem w cewce i podłączenie przewodów do zmiennego źródła zasilania (tak, że prąd w przewodach może się zmieniać).

Jak działa elektromagnes?

Kiedy prąd przepływa przez przewody, pole magnetyczne wytwarzane przez każdą z poszczególnych pętli cewek jest sumowane z polem magnetycznym sąsiednich pętli i razem działa jak silny magnes sztabkowy z wyraźnym biegunem północnym i biegunem południowym.

Ten wynikowy magnes sztabkowy z wyraźnymi biegunami północnymi i południowymi jest znacznie silniejszy niż jakikolwiek stały magnes sztabkowy, który można namagnesować i rozmagnesować do woli, tj. Może zachowywać się jak magnes tylko wtedy, gdy jest to potrzebne.

Materiał użyty jako rdzeń powinien mieć wysoką przepuszczalność, małą retencję, a także niską koercję. W elektromagnesie pole magnetyczne i gęstość strumienia można łatwo zmieniać w zależności od prądu w uzwojeniach. Ta właściwość elektromagnesu jest szeroko wykorzystywana w różnych zastosowaniach, ale w przeciwieństwie do magnesu trwałego wymaga zasilania, aby mógł działać, a także elektromagnesu, występuje pewna utrata energii podczas namagnesowania i rozmagnesowania rdzenia, jak badano wcześniej w postaci pętla histerezy.

Formacja bieguna północnego i bieguna południowego podczas przepływu prądu przez uzwojenia zależy od kierunku przepływu prądu w pętlach. Na poniższym diagramie można przewidzieć, gdzie zostaną utworzone bieguny północne i południowe.

Czynniki, od których zależy siła elektromagnesu

Siła pola magnetycznego lub gęstość strumienia magnetycznego zależy od ilość prądu przepływającego przez uzwojenia a także do liczba zwojów cewki. Mówiąc dokładniej, siła pola magnetycznego jest wprost proporcjonalna do obu z nich, co jest istotne z wyrażenia siły magnetomotorycznej, która jest następująca:

Siła magneto-ruchowa (MMF) = IXN 

gdzie  to prąd przepływający przez uzwojenie, a N to liczba zwojów.

Kolejny warunek, w którym siła magnetyczna an elektromagnes zależy od materiału użytego jako rdzeń. Zasadniczo rdzeń jest wykonany z materiału ferromagnetycznego o wysokim stopniu przepuszczalności (miara łatwości, z jaką pole magnetyczne może przenikać lub przenikać przez dany materiał). Jeśli użyjemy dowolnego materiału niemagnetycznego, takiego jak drewno, plastik itp., Można założyć, że rdzeń składa się z wolnej przestrzeni, ponieważ przepuszczalność takiego materiału jest bardzo niska, a zatem gęstość strumienia magnetycznego będzie pomijalna.

Zastosowania elektromagnesów

• Elektromagnesy są szeroko stosowane w urządzeniach elektrycznych, takich jak dzwonki elektryczne, nagrzewnice indukcyjne, wentylatory elektryczne, telegraf, pociągi elektryczne, generatory silników elektrycznych itp.
• Są używane do lewitacji magnetycznej, tak jak w pociągach maglev.
• Są używane w słuchawkach, głośnikach, magnetofonach, a nawet w dyskach twardych naszych komputerów.
• Są używane jako przekaźniki oraz w sprzęcie takim jak spektrometry masowe, a nawet w akceleratorach cząstek.
• Są nawet używane w celach medycznych, takich jak usuwanie kawałków żelaza z ran, a także w maszynach MRI (obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego). 

Więcej artykułów związanych z elektroniką kliknij tutaj

Przeczytaj także:

• Spolaryzowane S vs spolaryzowane p
• Rodzaje oscylatora harmonicznego
• Czy można kontrolować fuzję?
• Chmury i mgła
• Warunki równowagi dynamicznej
• Dlaczego niebo jest niebieskie
• Rozpuszczalność
• Zadania numeryczne klasy grawitacji 9
• 4 ważne etapy słońca
• Rodzaje kół pasowych