Magnet
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. juni 2022; checks kræver 2 redigeringer .En magnet er et legeme, der har sit eget magnetfelt . Måske kommer ordet fra andet græsk. Μαγνῆτις λίθος ( Magnētis líthos ), "sten fra Magnesia " - fra navnet på regionen Magnesia og den antikke by Magnesia i Lilleasien [1] [2] , hvor magnetitaflejringer blev opdaget i oldtiden . [3]
Den enkleste og mindste magnet kan betragtes som en elektron . De magnetiske egenskaber af alle andre magneter skyldes de magnetiske momenter af elektronerne inde i dem. Fra kvantefeltteoriens synspunkt er den elektromagnetiske interaktion båret af en masseløs boson - en foton (en partikel, der kan repræsenteres som en kvanteexcitation af et elektromagnetisk felt).
En permanent magnet er et produkt fremstillet af enferromagnet, der er i stand til at fastholderesterende magnetisering, efter at det eksterne magnetfelt er slukket. De materialer, der almindeligvis bruges til permanente magneter, erjern,nikkel,kobolt, noglesjældne jordarters legeringer(som ineodymmagneter) og nogle naturligt forekommende mineraler såsommagnetitter. Permanente magneter bruges som autonome (ikke energiforbrugende) kilder til magnetfelt. Egenskaberne af en magnet bestemmes af egenskaberne af den afmagnetiserende sektion afmagnetiske hysterese: Jo højererestinduktion B r ogtvangskraften H c , jo højere er magnetiseringen og stabiliteten af magneten. De karakteristiske felter for permanente magneter er op til 1T(10 kG).
En elektromagnet er en enhed, hvis magnetfelt kun skabes, nåren elektrisk strøm løber. Som regel er dette enmagnetspolemed en ferromagnetisk (normalt jern) kerne indsat indeni med en højmagnetisk permeabilitet . De karakteristiske felter for elektromagneter på 1,5-2 T bestemmes af den såkaldte mætningaf jern, det vil sige et skarpt fald i den differentielle magnetiske permeabilitet ved høje værdier af magnetfeltet.
Opdagelseshistorie
En gammel legende fortæller om en hyrde ved navn Magnus (i Leo Tolstojs historie for børn "Magnet" hedder denne hyrde Magnis). Han opdagede engang, at jernspidsen af hans pind og neglene på hans støvler blev tiltrukket af den sorte sten. Denne sten begyndte at blive kaldt "Magnus' sten" eller blot "magnet", efter navnet på det område, hvor jernmalm blev udvundet (bakkerne i Magnesia i Lilleasien). I mange århundreder før vor tidsregning var det således kendt, at visse klipper har den egenskab at tiltrække jernstykker. Det blev nævnt i det 6. århundrede f.Kr. af den græske fysiker og filosof Thales . Den første videnskabelige undersøgelse af en magnets egenskaber blev foretaget i det 13. århundrede af videnskabsmanden Peter Peregrinus . I 1269 udkom hans essay "The Book of the Magnet", hvor han skrev om mange fakta om magnetisme: en magnet har to poler, som videnskabsmanden kaldte nord og syd; det er umuligt at adskille polerne fra hinanden ved at bryde. Peregrine skrev også om to typer af interaktion mellem polerne - tiltrækning og frastødning. I det 12.-13. århundrede e.Kr. blev magnetiske kompasser allerede brugt til navigation i Europa , Kina og andre lande i verden [4] .
I 1600 udgav den engelske læge William Gilbert On the Magnet. Til de allerede kendte fakta tilføjede Hilbert vigtige observationer: styrkelsen af de magnetiske polers virkning ved jernbeslag, tabet af magnetisme ved opvarmning og andre. I 1820 forsøgte den danske fysiker Hans Christian Ørsted i et foredrag at demonstrere over for sine elever fraværet af en forbindelse mellem elektricitet og magnetisme ved at tænde for en elektrisk strøm nær en magnetnål. Ifølge en af hans lyttere blev han bogstaveligt talt "forbløffet" over at se, at den magnetiske nål, efter at have tændt for strømmen, begyndte at svinge. Ørsteds store fortjeneste er, at han satte pris på betydningen af hans observation og gentog eksperimentet. Efter at have forbundet polerne på et galvanisk batteri med en lang ledning , forlængede Ørsted ledningen horisontalt og parallelt med en frit ophængt magnetisk nål. Så snart strømmen blev tændt, afveg pilen straks og forsøgte at stå vinkelret på ledningens retning. Når strømmens retning ændrede sig, afveg pilen i den anden retning. Ørsted beviste snart, at en magnet virker med en vis kraft på en ledning, der fører strøm.
Opdagelsen af samspillet mellem elektrisk strøm og en magnet var af stor betydning. Det var begyndelsen på en ny æra i doktrinen om elektricitet og magnetisme. Denne interaktion spillede en vigtig rolle i udviklingen af teknikken til fysisk eksperiment.
Efter at have lært af Ørsteds opdagelse begyndte den franske fysiker Dominique Francois Arago en række eksperimenter. Han viklede kobbertråd om et glasrør, hvori han stak en jernstang ind. Så snart det elektriske kredsløb blev lukket , blev stangen stærkt magnetiseret, og jernnøgler klæbet fast til dens ende; da strømmen blev slukket, faldt nøglerne af. Arago betragtede den leder, som strømmen løber igennem, som en magnet. Den korrekte forklaring på dette fænomen blev givet efter forskning af den franske fysiker André Ampère , som etablerede et iboende forhold mellem elektricitet og magnetisme. I september 1820 informerede han det franske videnskabsakademi om sine resultater.
Så udskiftede Ampere i sin "maskine" rammen med en frit ophængt spiralleder. Denne ledning fik, når der blev ført strøm gennem den, egenskaben af en magnet. Ampère kaldte det en solenoide. Baseret på solenoidens magnetiske egenskaber foreslog Ampère at betragte magnetisme som et fænomen på grund af cirkulære strømme. Han mente, at magneten består af molekyler, hvori der er cirkulære strømme. Hvert molekyle er en lille magnet, placeret med de samme poler i samme retning, disse små magneter danner en magnet. Ved at føre en magnet langs stålstrimlen (flere gange i samme retning) tvinger vi molekylerne med cirkulære strømme til at orientere sig i rummet på samme måde. Dermed vil stålpladen blive til en magnet. Nu er oplevelsen af Arago med et glasrør pakket ind i kobbertråd blevet tydelig. En jernstang, der blev skubbet ind i den, blev til en magnet, fordi en strøm gik rundt om den. Det var en elektromagnet.
I 1825 lavede den engelske ingeniør William Sturgeon den første elektromagnet , som var en bøjet stang af blødt jern omviklet med tyk kobbertråd. For at isolere fra viklingen blev stangen lakeret. Når strømmen blev passeret, fik jernstangen egenskaberne af en stærk magnet, men da strømmen blev afbrudt, mistede den dem øjeblikkeligt. Det er denne egenskab ved elektromagneter, der har gjort det muligt for dem at blive meget brugt i teknologi.
Magnetiske materialer
Udtrykket "magnet" bruges generelt til at henvise til objekter, der har deres eget magnetfelt, selv i fravær af et påført magnetfelt. Dette er kun muligt i visse klasser af materialer. I de fleste materialer optræder magnetfeltet i forbindelse med det påførte eksterne magnetfelt; dette fænomen er kendt som magnetisme. Der er flere typer magnetisme, og hvert materiale har mindst én af dem.
Generelt kan et magnetisk materiales opførsel variere betydeligt afhængigt af materialets struktur og ikke mindst dets elektroniske konfiguration . Der er flere typer materialeinteraktion med et magnetfelt, herunder:
- Ferromagneter og ferrimagneter er materialer, der normalt anses for at være magnetiske. De tiltrækkes kraftigt nok af magneten – så tiltrækningen mærkes. Kun disse materialer kan bevare magnetiseringen og blive permanente magneter. Ferrimagneter ligner ferromagneter, men svagere end dem. Forskellene mellem ferro- og ferrimagnetiske materialer er relateret til deres mikroskopiske struktur.
- Paramagneter er stoffer som platin , aluminium og oxygen , der er svagt tiltrukket af en magnet. Denne effekt er hundredtusindvis af gange svagere end tiltrækningen af ferromagnetiske materialer, så den kan kun detekteres med følsomme instrumenter eller meget stærke magneter.
- Diamagneter er stoffer, der magnetiseres mod retningen af et eksternt magnetfelt. Diamagnetiske, sammenlignet med para- og ferromagnetiske, stoffer som kulstof , kobber , vand og plast frastødes af en magnet. Alle stoffer, der ikke har en af de andre typer magnetisme, er diamagnetiske; de fleste stoffer er inkluderet. Kræfterne, der virker på diamagnetiske genstande fra en almindelig magnet, er for svage, men i superledende magneters stærke magnetfelterkan diamagnetiske materialer, såsom blystykker , flyde, og da kulstof og vand er diamagnetiske stoffer, kan selv organiske genstande flyder i et kraftigt magnetfelt, for eksempel levende frøer og mus [5] .
Der findes også andre typer magnetisme, såsom spin-briller , superparamagnetisme , superdiamagnetisme og metamagnetisme .
Måleenheder
I SI -systemet er enheden for magnetisk flux weber ( Wb ), magnetisk permeabilitet - henry per meter ( H / m ), magnetisk feltstyrke - ampere per meter (A / m), magnetisk feltinduktion - tesla .
Weber - en magnetisk flux, når den falder til nul i et kredsløb koblet til den med en modstand på 1 ohm , passerer en mængde elektricitet 1 vedhæng .
Henry er den internationale enhed for induktans og gensidig induktion. Hvis lederen har en induktans på 1 H, og strømmen i den ændres ensartet med 1 A pr. sekund, induceres en EMF på 1 volt ved dens ender. 1 henry = 1,00052 10 9 absolutte elektromagnetiske induktansenheder.
Tesla er en enhed for magnetisk feltinduktion i SI, numerisk lig med induktionen af et sådant homogent magnetfelt, hvor en kraft på 1 newton virker på 1 meter af længden af en lige leder vinkelret på den magnetiske induktionsvektor, med en strøm på 1 ampere.
Brug af magneter
- Magnetiske medier: båndspoler ( spoler ), kompakte kassetter , VHS - kassetter osv. indeholder magnetbånd . Lyd (lyd og video) information er kodet på den magnetiske belægning af båndet. Også i computerdisketter og harddiske optages data på en tynd magnetisk belægning. Lagermedier er dog strengt taget ikke magneter, da de ikke tiltrækker genstande. Magneter i harddiske bruges i drev- og positioneringsmotorerne.
- Plastkort ( kredit- , debet- , pengeautomatkort osv.) - tidlige modeller af alle disse kort har en magnetstribe på den ene side (magnetstriber bliver gradvist erstattet af smartkortchips ) . Dette bånd koder de nødvendige oplysninger for at oprette forbindelse til en finansiel institution og linke til deres konti.
- Konventionelle CRT -fjernsyn og computerskærme : Sådanne fjernsyn og computerskærme bruger elektromagneter til at drive en elektronstråle og danne et billede på skærmen. Plasmapaneler og LCD-skærme bruger andre teknologier.
- Højttalere og dynamiske mikrofoner : De fleste højttalere bruger en permanent magnet og strømspole til at konvertere elektrisk energi (signal) til mekanisk energi (bevægelse, der skaber lyd). Spoleviklingen er fastgjort til diffusoren , og en vekselstrøm løber gennem den, som interagerer med feltet af en permanent magnet. Membranen af en dynamisk mikrofon med en induktor fastgjort til den, under påvirkning af lydbølger, bevæger sig i feltet af en permanent magnet, som et resultat af hvilket en EMF proportional med lydsignalet induceres i viklingen af denne spole.
- Hovedelementet i en elektrisk guitar pickup er en magnet.
- Et andet eksempel på brugen af permanente magneter i lydteknik er i pickup-hovedet på en elektrofon og i de enkleste båndoptagere som et økonomisk slettehoved.
- Elektriske motorer og generatorer : Nogle elektriske motorer (som højttalere) er baseret på en kombination af en elektromagnet og en permanent magnet. De omdanner elektrisk energi til mekanisk energi. En generator konverterer på den anden side mekanisk energi til elektrisk energi ved at bevæge en leder gennem et magnetfelt.
- Transformatorer (autotransformere): enheder til at overføre elektrisk energi mellem to viklinger (to kredsløb) gennem et magnetfelt.
- Magneter bruges i polariserede relæer . Sådanne enheder "husker" deres tilstand på tidspunktet for slukning af strømmen.
- Kompasser : Et kompas (eller nautisk kompas) er en magnetiseret viser, der er fri til at rotere og orienterer sig i retningen af et magnetfelt, oftest Jordens magnetfelt.
- Kunst : Vinylmagnetiske plader kan fastgøres til tegninger, fotografier og andre dekorative genstande, så de kan fastgøres til køleskabe og andre metaloverflader.
- Legetøj : På grund af magneternes evne til at modstå tyngdekraften på tæt hold, bruges de ofte i børns legetøj med sjove effekter.
- Magneter kan bruges til at lave smykker. Halskæder og armbånd kan have en magnetisk lukning, eller de kan være lavet udelukkende af en række forbundne magneter og sorte perler.
- Magneter findes i poser i form af en magnetiseret jernplade indsat inde i knappen, der lukker posen; magneter er også syet inde i overtøjet for at lukke flappen på tøjet med en elegant, usynlig lås.
- En række moderne gadgets ( smartphones , smarture ) bruger magnetisk fiksering til at forbinde opladerstikket til dem.
- Magneter kan opfange magnetiske genstande (jernsøm, hæfteklammer, stifter, papirclips), der enten er for små, svære at nå eller for tynde til at holde med fingrene. Nogle skruetrækkere er specielt magnetiserede til dette formål.
- Magneter kan bruges i skrotbearbejdning til at adskille magnetiske metaller (jern, stål og nikkel) fra ikke-magnetiske metaller (aluminium, ikke-jernholdige legeringer osv.). Samme idé kan bruges i den såkaldte "Magnetic Test", hvor bilens karrosseri inspiceres med en magnet for at identificere områder, der er repareret med glasfiber eller plastikspartel.
- Maglev : Et maglev-tog drevet og styret af magnetiske kræfter. Et sådant tog, i modsætning til traditionelle tog, rører ikke skinneoverfladen under bevægelse. Da der er et mellemrum mellem toget og kørefladen, elimineres friktionen, og den eneste bremsekraft er den aerodynamiske modstandskraft.
- Magneter bruges til fastgørelse af møbeldøre.
- Elektromagneter bruges i intercom dørlåse.
- Hvis magneter er placeret i svampe, så kan disse svampe bruges til at vaske tyndplade ikke-magnetiske materialer fra begge sider på én gang, og den ene side kan være svær at nå. Det kan for eksempel være glasset i et akvarium eller en altan.
- Magneter bruges til at overføre moment "gennem" en væg, som for eksempel kan være en hermetisk lukket motorbeholder. Så legetøjet fra DDR "Ubåden" blev arrangeret. På samme måde overføres rotation i husholdningsvandmålere fra sensorbladene til tælleenheden.
- Magneter sammen med en reed-kontakt bruges i specielle positionssensorer. For eksempel i køleskabsdørssensorer og tyverialarmer.
- Magneter i forbindelse med en Hall-sensor bruges til at bestemme akslens vinkelposition eller vinkelhastighed.
- Magneter bruges i gnistgab for at fremskynde bueslukning.
- Magneter bruges i ikke-destruktiv testning ved magnetisk partikelmetode (MPC)
- Magneter bruges til at afbøje stråler af radioaktiv og ioniserende stråling, såsom ved kameraovervågning .
- Magneter bruges til indikeringsanordninger med en afvigende nål, såsom et amperemeter. Sådanne enheder er meget følsomme og lineære.
- Magneter bruges i mikrobølgeventiler og cirkulationspumper.
- Magneter bruges som en del af afbøjningssystemet af katodestrålerør til at justere elektronstrålens bane.
- Før opdagelsen af loven om bevarelse af energi, var der mange forsøg på at bruge magneter til at bygge en " perpetual motion-maskine ". Folk blev tiltrukket af den tilsyneladende uudtømmelige energi fra magnetfeltet i en permanent magnet, som har været kendt i meget lang tid. Men arbejdslayoutet blev aldrig bygget.
- Magneter bruges til konstruktion af berøringsfrie bremser , bestående af to plader, den ene er en magnet, og den anden er lavet af aluminium. En af dem er stift fastgjort på rammen, den anden roterer med akslen. Bremsning reguleres af afstanden mellem dem.
- Magneten bruges i tromleparkeringssensoren på en topbetjent vaskemaskine .
- Elektromagnetiske brændere bruges i induktionskomfurer .
Magnetisk legetøj
- Geomag
- NeoCube
- Uberorbs
- Magnetisk konstruktør
- Magnetisk tegnebræt
- Magnetiske bogstaver og tal
- Magnetiske dam og skak
- køleskabsmagnet
Medicinske og sikkerhedsmæssige problemer
På grund af det faktum, at menneskeligt væv har et meget lavt niveau af modtagelighed for et statisk magnetfelt , er der ingen videnskabelig dokumentation for dets effektivitet til brug i behandlingen af nogen sygdom [6] . Af samme grund er der ingen videnskabelig dokumentation for en sundhedsfare for mennesker forbundet med eksponering for dette felt. Men hvis et ferromagnetisk fremmedlegeme er i menneskeligt væv, vil magnetfeltet interagere med det, hvilket kan være en alvorlig fare [7] .
Især hvis pacemakeren er indbygget i patientens bryst, skal den holdes væk fra magnetiske felter. Det er af denne grund, at patienter med en pacemaker installeret ikke kan testes ved hjælp af MRI , som er en magnetisk billeddannende enhed for indre organer og væv.
Børn kan nogle gange sluge små magneter fra legetøj. Dette kan være farligt, hvis et barn sluger to eller flere magneter, da magneterne kan beskadige indre væv; mindst ét dødsfald blev registreret [8] .
Degaussing
Nogle gange bliver magnetiseringen af materialer uønsket, og det bliver nødvendigt at afmagnetisere dem. Afmagnetisering af materialer kan udføres på tre måder:
- opvarmning af en magnet over Curie-temperaturen fører altid til afmagnetisering;
- et kraftigt slag med en hammer på en magnet, eller bare et kraftigt slag fører til afmagnetisering.
- placer magneten i et vekslende magnetfelt, der overstiger materialets tvangskraft , og reducer derefter gradvist effekten af magnetfeltet eller fjern magneten fra det.
Sidstnævnte metode bruges i industrien til afmagnetisering af værktøjer , harddiske , sletning af information på magnetkort og så videre.
Delvis afmagnetisering af materialer opstår som følge af stød, da en skarp mekanisk handling fører til domæneforstyrrelser.
Se også
- Elektromagnetisk interaktion
- Magnetisk øjeblik
- Et magnetfelt
- Magnetisme
- Permanent magnet
- Halbach magnetisk samling
- sjældne jordarters magnet
- Elektromagnet
- køleskabsmagnet
- Maxwells ligninger
- Ferrofluid
Noter
- ↑ Etymologisk ordbog over det russiske sprog af M. Fasmer
- ↑ Ordbog over fremmede ord. - M .: " Russisk sprog ", 1989. - 624 s. ISBN 5-200-00408-8
- ↑ Navnet " magnet ", som Platon hævdede , blev givet til magnetit af Euripides , som i sine dramaer kaldte det "sten fra Magnesia " (Grækenland): Kartsev
V.P. Magnet i tre årtusinder. — M.: Atomizdat, 1978. - ↑ Petra G. Schmidl. To tidlige arabiske kilder om det magnetiske kompas // Journal of Arabic and Islamic Studies : journal.
- ↑ Mus leviterede i laboratoriet . Livescience.com (9. september 2009). Hentet 21. april 2012. Arkiveret fra originalen 31. maj 2012.
- ↑ Flamm B. Magnet Therapy: A Billion-dollar Boondoggle . // Skeptisk spørger. Vol. 30.4, juli-august 2006. Hentet 30. september 2011. Arkiveret fra originalen 9. februar 2012.
- ↑ Schenck JF Sikkerhed af stærke, statiske magnetiske felter (neopr.) // J Magn Reson Imaging. - 2000. - T. 12 , nr. 1 . - S. 2-19 . - doi : 10.1002/1522-2586(200007)12:1<2::AID-JMRI2>3.0.CO;2-V . — PMID 10931560 .
- ↑ Oestreich AE Verdensomspændende undersøgelse af skader ved at sluge flere magneter // Pediatr Radiol: journal . - 2008. - Bd. 39 . - S. 142 . - doi : 10.1007/s00247-008-1059-7 . — PMID 19020871 .
Litteratur
- Savelyev I.V. Kursus i generel fysik. - M . : Nauka , 1998. - T. 3. - 336 s. — ISBN 9785020150003 .
- Permanente magneter: Håndbog, red. Pyatina Yu. M. - M .: Energi, 1980. - 488 s.
 Tematiske steder | ||||
|---|---|---|---|---|
| Ordbøger og encyklopædier |
| |||
| ||||