Magnetizem in elektromagnetizem

Naravni in umetni magneti

Med železovimi rudami, ki se pridobivajo za metalurško industrijo, je tudi ruda, imenovana magnetna železova ruda. Ta ruda ima lastnost, da privlači k sebi železne predmete.

Kos takšne železove rude imenujemo naravni magnet, lastnost privlačnosti, ki jo izkazuje, pa je magnetizem.

Dandanes se pojav magnetizma zelo pogosto uporablja v različnih električnih inštalacijah. Vendar pa zdaj uporabljajo ne naravne, ampak tako imenovane umetne magnete.

Umetni magneti so izdelani iz posebnih jekel. Kos takega jekla se magnetizira na poseben način, po katerem pridobi magnetne lastnosti, to pomeni, da postane trajni magnet.

Oblika trajnih magnetov je lahko zelo raznolika, odvisno od njihovega namena.

V permanentnem magnetu imajo gravitacijske sile le njegovi poli. Dogovorjeno je, da se proti severu obrnjen konec magneta imenuje magnet severnega pola, proti jugu pa je magnet južnega pola. Vsak trajni magnet ima dva pola: severnega in južnega. Severni pol magneta je označen s črko C ali N, južni pol s črko Yu ali S.

Magnet pritegne k sebi železo, jeklo, lito železo, nikelj, kobalt. Vsa ta telesa imenujemo magnetna telesa. Vsa ostala telesa, ki jih magnet ne privlači, imenujemo nemagnetna telesa.

Struktura magneta. Magnetizacija

Vsako telo, tudi magnetno, je sestavljeno iz najmanjših delcev – molekul. Za razliko od molekul nemagnetnih teles imajo molekule magnetnega telesa magnetne lastnosti in predstavljajo molekularne magnete. Znotraj magnetnega telesa so ti molekularni magneti razporejeni z osmi v različnih smereh, zaradi česar telo samo ne kaže nobenih magnetnih lastnosti. Če pa te magnete prisilimo, da se vrtijo okoli svojih osi, tako da se njihov severni poli obrnejo v eno smer, južni pa v drugo, potem bo telo pridobilo magnetne lastnosti, to pomeni, da bo postalo magnet.

Postopek, s katerim magnetno telo pridobi lastnosti magneta, imenujemo magnetizacija... Pri izdelavi trajnih magnetov se magnetizacija izvaja s pomočjo električnega toka. Toda telo lahko magnetizirate na drug način, z navadnim trajnim magnetom.

Če pravokotni magnet razrežemo vzdolž nevtralne črte, dobimo dva neodvisna magneta, pri čemer se ohrani polarnost koncev magneta, na koncih, ki jih dobimo kot rezultat rezanja, pa se pojavijo nasprotni poli.

Vsakega od nastalih magnetov lahko razdelimo tudi na dva magneta in ne glede na to, koliko to delitev nadaljujemo, bomo vedno dobili neodvisna magneta z dvema poloma. Nemogoče je dobiti palico z enim magnetnim polom. Ta primer potrjuje stališče, da je magnetno telo sestavljeno iz številnih molekularnih magnetov.

Magnetna telesa se med seboj razlikujejo po stopnji gibljivosti molekularnih magnetov. Obstajajo telesa, ki se hitro namagnetijo in prav tako hitro razmagnetijo. Nasprotno pa obstajajo telesa, ki se magnetizirajo počasi, vendar dolgo ohranijo svoje magnetne lastnosti.

Tako se železo pod delovanjem zunanjega magneta hitro namagneti, prav tako hitro pa se razmagneti, to pomeni, da izgubi svoje magnetne lastnosti, ko magnet odstranimo.Jeklo po namagnetenju dolgo časa ohrani svoje magnetne lastnosti, tj. , postane trajni magnet.

Lastnost železa, da se hitro magnetizira in razmagneti, je razloženo z dejstvom, da so molekularni magneti železa izjemno mobilni, zlahka se vrtijo pod vplivom zunanjih magnetnih sil, vendar se prav tako hitro vrnejo v svoj prejšnji neurejen položaj, ko je magnetizirajoče telo. odstranjen.

V železu pa majhen delež magnetov in po odstranitvi trajnega magneta še nekaj časa ostane v položaju, ki so ga zasedli v času magnetizacije. Zato železo po magnetizaciji ohrani zelo šibke magnetne lastnosti. To potrjuje dejstvo, da ko so železno ploščo odstranili s pola magneta, ni vsa žagovina padla z njenega konca - majhen del je ostal privlečen na ploščo.

Lastnost jekla, da dolgo ostane magnetizirano, je razloženo z dejstvom, da se molekularni magneti jekla med magnetizacijo skoraj ne vrtijo v želeno smer, vendar dolgo časa ohranijo svoj stabilen položaj tudi po odstranitvi magnetnega telesa.

Sposobnost magnetnega telesa, da pokaže magnetne lastnosti po magnetizaciji, se imenuje preostali magnetizem.

Pojav rezidualnega magnetizma je posledica dejstva, da v magnetnem telesu obstaja tako imenovana zadrževalna sila, ki ohranja molekularne magnete v položaju, ki ga zasedajo med magnetizacijo.

V železu je delovanje zavorne sile zelo šibko, zaradi česar se hitro razmagneti in ima zelo malo preostalega magnetizma.

Lastnost železa, da se hitro namagneti in razmagneti, se izjemno pogosto uporablja v elektrotehniki. Dovolj je reči, da jedro vsakega elektromagnetitisti, ki se uporabljajo v električnih napravah, so izdelani iz posebnega železa z izjemno nizkim preostalim magnetizmom.

Jeklo ima veliko zadrževalno moč, zaradi katere je v njem ohranjena lastnost magnetizma. zato trajni magneti so izdelani iz posebnih jeklenih zlitin.

Na lastnosti trajnih magnetov negativno vplivajo udarci, udarci in nenadna temperaturna nihanja. Če na primer trajni magnet segrejemo do rdeče barve in nato pustimo, da se ohladi, bo popolnoma izgubil svoje magnetne lastnosti. Podobno, če trajni magnet izpostavite udarcem, se bo njegova sila privlačnosti znatno zmanjšala.

To je razloženo z dejstvom, da se z močnim segrevanjem ali udarci premaga delovanje zavorne sile in s tem moti urejena razporeditev molekularnih magnetov. Zato je treba s trajnimi magneti in napravami s trajnimi magneti ravnati previdno.

Magnetne silnice. Interakcija polov magnetov

Okrog vsakega magneta je t.i magnetno polje.

Magnetno polje imenujemo prostor, v katerem magnetne silnice... Magnetno polje trajnega magneta je tisti del prostora, v katerem delujejo polja pravokotnega magneta in magnetne silnice tega magneta.

Magnetne sile magnetnega polja delujejo v določenih smereh ... Smeri delovanja magnetnih sil so se dogovorile, da se imenujejo magnetne silnice ... Ta izraz se pogosto uporablja pri študiju elektrotehnike, vendar si ga je treba zapomniti da magnetne silnice niso materialne: to je konvencionalni izraz, uveden samo za lažje razumevanje lastnosti magnetnega polja.

Oblika magnetnega polja, torej lega silnic magnetnega polja v prostoru, je odvisna od oblike samega magneta.

Magnetne silnice imajo številne lastnosti: vedno so sklenjene, se nikoli ne križajo, težijo k najkrajši poti in se odbijajo, če so usmerjene v isto smer. Na splošno velja, da silnice izhajajo iz severnega tečaja. magneta in vstopite v njegov južni pol; znotraj magneta imajo smer od južnega pola proti severu.

Tako kot magnetni poli se odbijajo, za razliko od magnetnih privlačijo.

O pravilnosti obeh sklepov se je v praksi enostavno prepričati. Vzemite kompas in mu prinesite enega od polov pravokotnega magneta, na primer severni pol. Videli boste, da bo puščica takoj obrnila svoj južni konec proti severnemu polu magneta. Če magnet hitro obrnete za 180 °, se bo magnetna igla takoj obrnila za 180 °, to pomeni, da bo njen severni konec obrnjen proti južnemu polu magneta.

Magnetna indukcija. Magnetni tok

Sila delovanja (privlačnosti) trajnega magneta na magnetno telo se zmanjšuje z večanjem razdalje med polom magneta in tem telesom. Magnet kaže največjo silo privlačnosti neposredno na svojih polih, to je natanko tam, kjer so magnetne silnice najgostejše. Z oddaljevanjem od pola se gostota silnic zmanjšuje, najdemo jih vse redkeje, s tem pa oslabi tudi privlačna sila magneta.

Tako privlačna sila magneta na različnih točkah magnetnega polja ni enaka in je označena z gostoto silnic. Za karakterizacijo magnetnega polja na njegovih različnih točkah je uvedena količina, imenovana indukcija magnetnega polja.

Magnetna indukcija polja je numerično enaka številu silnic, ki potekajo skozi površino 1 cm2, ki se nahaja pravokotno na njihovo smer.

To pomeni, da večja kot je gostota silnic na dani točki v polju, večja je magnetna indukcija na tej točki.

Skupno število magnetnih silnic, ki potekajo skozi katero koli področje, se imenuje magnetni tok.

Magnetni pretok je označen s črko F in je povezan z magnetno indukcijo preko naslednjega razmerja:

F = BS,

kjer je F magnetni pretok, V je magnetna indukcija polja; S je območje, ki ga prodre dani magnetni tok.

Ta formula velja samo, če je območje S pravokotno na smer magnetnega pretoka. V nasprotnem primeru bo velikost magnetnega pretoka odvisna tudi od kota, pod katerim se nahaja območje S, in takrat bo formula dobila bolj zapleteno obliko.

Magnetni pretok trajnega magneta je določen s skupnim številom silnic, ki potekajo skozi presek magneta.Večji kot je magnetni pretok trajnega magneta, bolj privlačen je magnet.

Magnetni pretok trajnega magneta je odvisen od kakovosti jekla, iz katerega je magnet izdelan, velikosti samega magneta in stopnje njegove namagnetenosti.

Magnetna prepustnost

Lastnost telesa, da skozi sebe prepušča magnetni tok, imenujemo magnetna prepustnost ... Magnetni tok lažje prehaja skozi zrak kot skozi nemagnetno telo.

Da bi lahko primerjali različne snovi glede na njihovo magnetna prepustnost, je običajno, da je magnetna prepustnost zraka enaka enoti.

Imenujejo se snovi z magnetno prepustnostjo, manjšo od enotne diamagnetne ... Sem spadajo baker, svinec, srebro itd.

Aluminij, platina, kositer itd. Imajo magnetno prepustnost nekoliko večjo od enote in se imenujejo paramagnetne snovi.

Snovi z magnetno prepustnostjo, veliko večjo od ena (merjeno v tisočih), imenujemo feromagnetne. Sem spadajo nikelj, kobalt, jeklo, železo itd. Iz teh snovi in ​​njihovih zlitin se proizvajajo vse vrste magnetnih in elektromagnetnih naprav ter deli različnih električnih strojev.

Za komunikacijske tehnologije so praktičnega pomena posebne zlitine železa in niklja, imenovane permaloid.