Magnetisme og elektromagnetisme

Naturlige og kunstige magneter

Blant jernmalmene som utvinnes for metallurgisk industri er en malm som kalles magnetisk jernmalm. Denne malmen har egenskapen til å tiltrekke seg jerngjenstander til seg selv.

Et stykke slik jernmalm kalles en naturlig magnet, og egenskapen til tiltrekning den viser er magnetisme.

I dag brukes fenomenet magnetisme ekstremt mye i ulike elektriske installasjoner. Men nå bruker de ikke naturlige, men såkalte kunstige magneter.

Kunstige magneter er laget av spesialstål. Et stykke slikt stål magnetiseres på en spesiell måte, hvoretter det får magnetiske egenskaper, det vil si at det blir permanent magnet.

Formen på permanente magneter kan være svært variert, avhengig av deres formål.

I en permanent magnet er det bare polene som har gravitasjonskrefter. Den nordvendte enden av magneten kalles nordpolmagneten, og den sørvendte enden er sørpolmagneten. Hver permanent magnet har to poler: nord og sør. Nordpolen til en magnet er indikert med bokstaven C eller N, sørpolen med bokstaven Yu eller S.

Magneten tiltrekker seg jern, stål, støpejern, nikkel, kobolt til seg selv. Alle disse kroppene kalles magnetiske legemer. Alle andre legemer som ikke tiltrekkes av en magnet kalles ikke-magnetiske legemer.

Strukturen til magneten. Magnetisering

Hver kropp, inkludert den magnetiske, består av de minste partiklene - molekyler. I motsetning til molekylene til ikke-magnetiske kropper, har molekylene til et magnetisk legeme magnetiske egenskaper, som representerer molekylære magneter. Inne i et magnetisk legeme er disse molekylære magnetene ordnet med aksene i forskjellige retninger, med det resultat at kroppen selv ikke viser noen magnetiske egenskaper. Men hvis disse magnetene blir tvunget til å rotere rundt sine akser slik at nordpolene deres snur i den ene retningen og sørpolene i den andre, vil kroppen få magnetiske egenskaper, det vil si at den blir en magnet.

Prosessen der et magnetisk legeme får egenskapene til en magnet kalles magnetisering... Ved produksjon av permanente magneter utføres magnetisering ved hjelp av en elektrisk strøm. Men du kan magnetisere kroppen på en annen måte, ved å bruke en vanlig permanent magnet.

Hvis en rettlinjet magnet kuttes langs en nøytral linje, vil to uavhengige magneter oppnås, og polariteten til endene av magneten vil bli bevart, og motsatte poler vil vises ved endene oppnådd som et resultat av kutting.

Hver av de resulterende magnetene kan også deles inn i to magneter, og uansett hvor mye vi fortsetter denne inndelingen, vil vi alltid få uavhengige magneter med to poler. Det er umulig å få en stang med en magnetisk pol. Dette eksemplet bekrefter posisjonen at den magnetiske kroppen består av mange molekylære magneter.

Magnetiske legemer skiller seg fra hverandre i graden av mobilitet til de molekylære magnetene. Det er kropper som raskt magnetiseres og like raskt avmagnetiseres. Motsatt er det kropper som magnetiserer sakte, men som beholder sine magnetiske egenskaper i lang tid.

Så jern blir raskt magnetisert under påvirkning av en ekstern magnet, men like raskt avmagnetisert, det vil si at det mister sine magnetiske egenskaper når magneten fjernes.Stål, etter å ha blitt magnetisert, beholder sine magnetiske egenskaper i lang tid, dvs. , blir det en permanent magnet.

Egenskapen til jern til å raskt magnetisere og avmagnetisere forklares med det faktum at jernets molekylære magneter er ekstremt mobile, de roterer lett under påvirkning av ytre magnetiske krefter, men går like raskt tilbake til sin tidligere uordnede posisjon når det magnetiserende legemet er fjernet.

I jern forblir imidlertid en liten del av magnetene, og etter fjerning av den permanente magneten, fortsatt i noen tid i den posisjonen de hadde ved magnetiseringstidspunktet. Derfor, etter magnetisering, beholder jern svært svake magnetiske egenskaper. Dette bekreftes av det faktum at når jernplaten ble fjernet fra magnetens pol, falt ikke alt sagflis fra enden - en liten del av den forble tiltrukket av platen.

Egenskapen til stål til å forbli magnetisert i lang tid forklares av det faktum at de molekylære magnetene av stål nesten ikke roterer i ønsket retning under magnetisering, men de beholder sin stabile posisjon i lang tid selv etter fjerning av magnetiseringslegemet.

Evnen til et magnetisk legeme til å vise magnetiske egenskaper etter magnetisering kalles restmagnetisme.

Fenomenet restmagnetisme er forårsaket av at det i et magnetisk legeme er en såkalt retarderende kraft som holder molekylmagnetene i posisjonen de inntar under magnetisering.

I jern er virkningen av den retarderende kraften svært svak, med det resultat at den raskt avmagnetiserer og har svært liten restmagnetisme.

Egenskapen til jern for raskt å magnetisere og avmagnetisere er ekstremt mye brukt i elektroteknikk. Det er nok å si at kjernene til hver elektromagneterde som brukes i elektriske enheter er laget av spesialjern med ekstremt lav restmagnetisme.

Stål har en stor holdekraft, på grunn av hvilken egenskapen til magnetisme er bevart i det. derfor permanente magneter er laget av spesielle stållegeringer.

Egenskapene til permanente magneter påvirkes negativt av støt, støt og plutselige temperatursvingninger. Hvis for eksempel en permanent magnet varmes opp til rødt og deretter får avkjøles, så vil den fullstendig miste sine magnetiske egenskaper. På samme måte, hvis du utsetter en permanent magnet for støt, vil tiltrekningskraften reduseres betydelig.

Dette forklares av det faktum at ved sterk oppvarming eller støt overvinnes virkningen av en retarderende kraft og dermed forstyrres det ordnede arrangementet av molekylmagnetene. Derfor må permanentmagneter og permanentmagnetenheter håndteres med forsiktighet.

Magnetiske kraftlinjer. Samspill mellom polene til magneter

Rundt hver magnet er det en såkalt magnetfelt.

Et magnetfelt kalles rommet der magnetiske krefter... Magnetfeltet til en permanent magnet er den delen av rommet der feltene til en rettlinjet magnet og magnetkreftene til denne magneten virker.

De magnetiske kreftene til magnetfeltet virker i visse retninger... Virkningsretningene til de magnetiske kreftene ble enige om å bli kalt magnetiske kraftlinjer... Dette begrepet er mye brukt i studiet av elektroteknikk, men det må huskes at magnetiske kraftlinjer ikke er materielle: dette er et konvensjonelt begrep introdusert kun for å lette forståelsen av magnetfeltegenskaper.

Formen på magnetfeltet, det vil si plasseringen av magnetfeltlinjene i rommet avhenger av formen på selve magneten.

Magnetiske feltlinjer har en rekke egenskaper: de er alltid lukket, krysser aldri, har en tendens til å ta den korteste veien og frastøter hverandre hvis de peker i samme retning Det er generelt akseptert at kraftlinjer går ut fra nordpolen av magneten og gå inn i dens sørpol; inne i magneten har de en retning fra sørpolen mot nord.

Som magnetiske poler frastøter, i motsetning til magnetiske poler tiltrekker seg.

Det er lett å overbevise deg selv om riktigheten av begge konklusjonene i praksis. Ta et kompass og ta med en av polene til en rettlinjet magnet, for eksempel nordpolen. Du vil se at pilen umiddelbart vil snu sørenden til nordpolen til magneten. Hvis du raskt snur magneten 180 °, vil den magnetiske nålen umiddelbart snu 180 °, det vil si at dens nordlige ende vender mot sørpolen til magneten.

Magnetisk induksjon. Magnetisk fluks

Virkningskraften (tiltrekningen) til en permanent magnet på et magnetisk legeme avtar ettersom avstanden mellom magnetens pol og denne kroppen øker. En magnet viser den største tiltrekningskraften direkte ved sine poler, det vil si nøyaktig der de magnetiske kraftlinjene er tettest plassert. Når man beveger seg bort fra polen, reduseres tettheten til kraftlinjene, de blir funnet mer og mer sjelden, sammen med dette svekkes også magnetens tiltrekningskraft.

Dermed er tiltrekningskraften til en magnet ved forskjellige punkter av magnetfeltet ikke den samme og er preget av tettheten til kraftlinjene. For å karakterisere magnetfeltet ved dets forskjellige punkter, introduseres en mengde kalt magnetfeltinduksjon.

Den magnetiske induksjonen av feltet er numerisk lik antall kraftlinjer som passerer gjennom et område på 1 cm2, plassert vinkelrett på deres retning.

Dette betyr at jo større tetthet av feltlinjer på et gitt punkt i feltet, jo større er magnetisk induksjon på det punktet.

Det totale antallet magnetiske kraftlinjer som går gjennom et område kalles magnetisk fluks.

Magnetisk fluks er betegnet med bokstaven F og er relatert til magnetisk induksjon gjennom følgende forhold:

Ф = BS,

hvor F er den magnetiske fluksen, V er den magnetiske induksjonen av feltet; S er området penetrert av en gitt magnetisk fluks.

Denne formelen er bare gyldig hvis området S er vinkelrett på retningen til den magnetiske fluksen. Ellers vil størrelsen på den magnetiske fluksen også avhenge av vinkelen som området S ligger i, og da vil formelen få en mer kompleks form.

Den magnetiske fluksen til en permanent magnet bestemmes av det totale antallet kraftlinjer som passerer gjennom magnetens tverrsnitt.Jo større magnetisk fluks til en permanent magnet, desto mer attraktiv er magneten.

Den magnetiske fluksen til en permanent magnet avhenger av kvaliteten på stålet som magneten er laget av, størrelsen på selve magneten og graden av magnetisering.

Magnetisk permeabilitet

Egenskapen til et legeme til å tillate magnetisk fluks gjennom seg selv kalles magnetisk permeabilitet... Det er lettere for magnetisk fluks å passere gjennom luft enn gjennom et ikke-magnetisk legeme.

Å kunne sammenligne ulike stoffer i henhold til deres magnetisk permeabilitet, er det vanlig å betrakte den magnetiske permeabiliteten til luft som lik enhet.

De kalles stoffer med magnetisk permeabilitet mindre enn unity diamagnetic... De inkluderer kobber, bly, sølv, etc.

Aluminium, platina, tinn, etc. De har en magnetisk permeabilitet som er litt større enn enhet og kalles paramagnetiske stoffer.

Stoffer med en magnetisk permeabilitet mye større enn én (målt i tusenvis) kalles ferromagnetiske. Disse inkluderer nikkel, kobolt, stål, jern, etc. Alle typer magnetiske og elektromagnetiske enheter og deler til ulike elektriske maskiner er produsert av disse stoffene og deres legeringer.

Av praktisk interesse for kommunikasjonsteknologi er spesielle jern-nikkel-legeringer kalt permaloid.