Magnetisme Magnetiske egenskaper til materialer, bruker

Han magnetisme o Magnetisk energi er en naturkraft assosiert med bevegelse av elektriske ladninger og i stand til å produsere tiltrekning eller frastøtning i visse stoffer. Magneter er velkjente kilder til magnetisme.

Inne i disse interaksjonene produseres som oversettes til tilstedeværelsen av magnetfelt, som for eksempel utøver deres innflytelse på små jernstykker eller nikkel, for eksempel.

De vakre fargene på nordlyset skyldes at kosmiske partikler avgir energi når de blir avledet av jordens magnetfelt. Kilde: Pixabay.

Magnetfeltet til en magnet blir synlig når den er plassert under et papir som jernfiler er spredt. Grenser blir umiddelbart orientert langs feltlinjene, og skaper et bilde av dette i to dimensjoner.

En annen kjent kilde er ledningene som transporterer elektrisk strøm; Men i motsetning til permanente magneter, forsvinner magnetisme når strømmen opphører.

Hver gang et magnetfelt oppstår et sted, måtte noen agent gjøre arbeid. Energien som investeres i denne prosessen lagres i magnetfeltet som er opprettet og kan deretter betraktes som magnetisk energi.

Beregningen av hvor mye magnetisk energi som er lagret i feltet, avhenger av dette og geometrien til enheten eller regionen der den er opprettet.

Induktor.

[TOC]

Historie og oppdagelse

Gamle applikasjoner

Legendene som ble fortalt av Plinius om det gamle Hellas snakker om pastormagnes, som for mer enn 2000 år siden fant et mystisk mineral som var i stand til å tiltrekke jernstykker, men ikke andre materialer. Det var magnetitt, et jernoksid med sterke magnetiske egenskaper.

Årsaken til den magnetiske attraksjonen forble skjult i hundrevis av år. I beste fall ble det tilskrevet overnaturlige fakta. Selv om de ikke av den grunn sluttet de å finne interessante applikasjoner for det, for eksempel kompasset.

Kompasset oppfunnet av kineserne benytter seg av magnetismen i selve landet slik at brukeren er orientert under navigasjonen.

Første vitenskapelige studier

Studien av magnetiske fenomener hadde et stort fremskritt takket være William Gilbert (1544 - 1603). Denne engelske forskeren fra Elizabethan -tiden studerte magnetfeltet til en sfærisk magnet og konkluderte med at jorden skulle ha sitt eget magnetfelt.

Fra sin studie av magnetene la han også merke til at han ikke kunne få separate magnetstolper. Når en magnet er seksjonert i to, har de nye magnetene også begge stolpene.

Imidlertid var det på begynnelsen av 1800 -tallet da forskere la merke til eksistensen av forholdet mellom elektrisk strøm og magnetisme.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), født i Danmark, hadde i 1820 forekomsten av å passere en elektrisk strøm gjennom en sjåfør og observere effekten som hadde på et kompass. Kompasset ble avledet, og da strømmen sluttet å strømme, pekte kompasset igjen som alltid mot nord.

Dette fenomenet kan sjekkes ved å bringe kompasset til en av kablene som etterlater bilbatteriet, mens starten er aktivert.

På tidspunktet for lukking av kretsen må nålen oppleve en observerbar avbøyning, siden biler batterier kan levere strømmer høye nok til at kompasset kan avvike.

Kan tjene deg: Pleiades: Historie, opprinnelse og komposisjon

På denne måten var det tydelig at bevegelige anklager er de som gir opphav til magnetisme.

Moderne forskning

Noen år etter Oeresteds eksperimenter markerte den britiske forskeren Michael Faraday (1791 - 1867) en annen milepæl når han oppdaget at de variable magnetfeltene på sin side gir opphav til elektriske strømmer.

Både fenomener, elektrisk og magnetisk, er nært knyttet til hverandre, og er at hver enkelt kan føre til den andre. Forening av dem ble bestilt av Faradays disippel, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), i ligningene som bærer navnet hans.

Disse ligningene inneholder og oppsummerer elektromagnetisk teori og er fremdeles gyldige innen relativistisk fysikk.

Magnetiske egenskaper til materialer

Hvorfor viser noen materialer magnetiske egenskaper eller skaffer seg magnetisme enkelt? Vi vet at magnetfeltet skyldes bevegelige belastninger, derfor i magneten må det være usynlige elektriske strømmer som gir opphav til magnetisme.

All materie inneholder elektroner som kretser rundt atomkjernen. Elektronet kan sammenlignes med jorden, som har en oversettelsesbevegelse rundt solen og også en av rotasjon på sin egen akse.

Klassisk fysikk tilskriver lignende bevegelser til elektronet, selv om analogien ikke er helt nøyaktig. Poenget er imidlertid at begge egenskapene til elektronet får det til å oppføre seg som en liten spira som skaper magnetfelt.

Eiendommen som bidrar mest til atomets magnetiske felt er elektronet. I atomer med mange elektroner er disse gruppert i par og med motsatte ryggrader. Dermed blir magnetfeltene kansellert med hverandre. Dette er hva som skjer i mye av materialene.

Imidlertid er det noen mineraler og forbindelser der det er en elektron forsvunnet. På denne måten er ikke nettet magnetfeltet ugyldig. Dette skaper en Magnetisk øyeblikk, En vektor med størrelsesorden er produktet av strømmen av kretsområdet.

De sammenhengende magnetiske øyeblikkene samhandler med hverandre og danner regioner som kalles Magnetiske domener, der mange spinn er på linje i samme retning. Det resulterende magnetfeltet er veldig intenst.

Ferromagnetisme, paramagnetisme og diamagnetisme

Materialene som har denne kvaliteten kalles Ferromagnetisk. Det er noen få: jern, nikkel, kobolt, gadolinio og noen legeringer av dem.

Resten av elementene i den periodiske tabellen mangler disse uttalte magnetiske effektene. Faller inn i kategorien av paramagnetisk enten Diamagnetisk.

Faktisk er diamagnetisme en egenskap av alle materialer, som opplever en liten frastøtning i nærvær av et eksternt magnetfelt. Bismuth er elementet med den mest fremhevede diamagnetismen.

For sin del består paramagnetisme av en mindre intens magnetisk respons enn ferromagnetisme, men like tiltrekning. Paramagnetiske stoffer er for eksempel aluminium, luft og noen jernoksider som goetita.

Bruk av magnetisk energi

Magnetisme er en del av naturens grunnleggende krefter. Ettersom mennesker også er en del av det, er de tilpasset eksistensen av magnetiske fenomener, så vel som resten av livet på planeten. For eksempel bruker noen dyr jordens magnetfelt for å geografisk veilede.

Kan tjene deg: dimensjonal analyse

Faktisk antas det at fugler utfører sine lange migrasjoner takket være det faktum at de i hjernen deres har et slags organisk kompass som lar dem oppfatte og bruke det geomagnetiske feltet.

Mens mennesker mangler et kompass som dette, har de i stedet evnen til å endre miljøet med mange flere måter enn resten av dyrekongeriet. Dermed har medlemmene av artene våre brukt magnetisme til fordel for det samme øyeblikket da den første greske pastoren oppdaget steinen.

Noen magnetiske energiapplikasjoner

Fra da av er det mange applikasjoner av magnetisme. Her er noen få:

- Kompasset som allerede er nevnt, som benytter seg av jordens geomagnetiske felt for geografisk guide.

- Gamle TV -apparater, datamaskiner og oscilloskop, basert på katodestrålerøret, som bruker spoler som genererer magnetfelt. Disse er ansvarlige for å avlede elektronstrålen for å påvirke visse steder på skjermen, og danner dermed bildet.

- Massespektrometre, brukt til å studere forskjellige typer molekyler og med mange anvendelser innen biokjemi, kriminologi, antropologi, historie og andre fagområder. De benytter seg av elektriske og magnetiske felt for å avlede partiklene ladet i bane som er avhengige av hastigheten deres.

- Magnetohydrodynamisk fremdrift, der en magnetisk kraft fremmer en jet av sjøvann (god sjåfør) tilbake, slik at et kjøretøy eller en båt mottar en impuls fremover ved Newtons tredje lov, et kjøretøy eller en impuls fremover fremover.

- Magnetisk resonans, en ikke -invasiv metode for å skaffe bilder fra det indre av menneskekroppen. I utgangspunktet bruker den et veldig intenst magnetfelt, og responsen fra hydrogenkjernene (protoner) som er til stede i vevene blir analysert, som har den nevnte egenskapen til spinnet.

Disse applikasjonene er allerede etablert, men i fremtiden antas det at magnetisme også kan bekjempe sykdommer som brystkreft, gjennom teknikker hypertermisk, som produserer magnetisk indusert varme.

Tanken er å injisere fluidmagnetitt direkte til svulsten. Takket være varmen produsert av magnetisk induserte strømmer, ville jernpartikler varme nok til å ødelegge ondartede celler.

Fordeler og ulemper

Når du tenker på bruken av en viss type energi, kreves konvertering i en eller annen type bevegelse som for eksempel en turbin, en heis eller et kjøretøy; eller at det blir omgjort til elektrisk energi som slår på noen enheter: TV, TV, minibanker og slike ting.

Energi er en styrke med flere manifestasjoner som kan endres på mange måter. Kan energien til en liten magnet forsterke seg for å bevege seg mer enn noen få mynter kontinuerlig?

For å være brukbar, må energi ha et stort utvalg og fortsette med en veldig rik kilde.

Primære og sekundære energier

I naturen er slike energier, som de andre typene er produsert. De er kjent som primære energier:

- Solenergi.

- Atomenergi.

- Geotermisk energi.

- Vindkraft.

- Biomasse energi.

- Fossil og mineralbrensel.

Sekundære energier, for eksempel strøm og varme, oppstår fra disse. Hvor er den magnetiske energien her?

Elektrisitet og magnetisme er ikke to separate fenomener. Faktisk er begge samlet kjent som elektromagnetiske fenomener. Forutsatt at det er en av dem vil eksistere den andre.

Kan tjene deg: gjensidig induktans: formel/koeffisient, applikasjoner, øvelser

Der det er strøm, vil det være magnetisk energi på noen måte. Men dette er en sekundær energi, som krever tidligere transformasjon av noen av de primære energiene.

Kjennetegn på primære og sekundære energier

Fordelene eller ulempene med bruk av en slags energi er etablert i henhold til mange kriterier. Blant dem er hvor enkelt og billig er deres produksjon, og også hvor mye den er i stand til å påvirke prosessen i miljøet og menneskene negativt.

Noe viktig å ta hensyn til er at energier blir transformert mange ganger før de kan brukes.

Hvor mange transformasjoner som skal oppstå for å produsere magneten som handlelisten vil forlate kjøleskapsdøren? Hvor mange som skal bygge en elbil? Sikkert nok.

Og hvor ren er magnetisk eller elektromagnetisk energi? Det er de som mener at konstant eksponering for elektromagnetiske felt av menneskelig opprinnelse forårsaker helse og miljøproblemer.

Det er for øyeblikket mange forskningslinjer dedikert til å studere påvirkningen fra disse feltene på helse og miljø, men ifølge prestisjetunge internasjonale organisasjoner er det ingen avgjørende bevis for at de er skadelige.

Eksempler på magnetisk energi

En enhet som tjener til å inneholde magnetisk energi er kjent som induktor. Det er en spole som dannes ved å rulle kobbertråd med tilstrekkelig antall svinger, og er nyttig i mange kretsløp for å begrense strømmen og forhindre at den endrer seg skarpt.

Kobberspole. Kilde: Pixabay.

Ved å sirkulere en strøm gjennom svingene til en spole, opprettes et magnetfelt inne.

Hvis strømmen endres, så gjør magnetfeltlinjer. Disse endringene induserer en strøm som motsetter dem, i henhold til Faraday-Lenz induksjonslov.

Når strømmen øker eller avtar plutselig, motsetter spolen den, derfor kan den ha beskyttende effekter på kretsen.

Den magnetiske energien til en spole

I magnetfeltet som er opprettet i volumet avgrenset av spolenes svinger, lagres magnetisk energi, som vil bli betegnet som ELLER_B Og det avhenger av:

- Intensiteten til magnetfeltet B.

- Området av tverrsnittet av spolen TIL.

- Lengden på spolen l.

- Vakuumpermeabilitet μ_enten.

Det beregnes som følger:

Produktet TIL.l Det tilsvarer volumet låst av spolen.

Denne ligningen er gyldig i ethvert romområde der det er et magnetfelt. Hvis volumet er kjent V av nevnte region, dens permeabilitet og intensiteten på feltet, er det mulig å beregne hvor mye magnetisk energi det har.

Trening løst

Magnetfeltet inne i en spole full av luft på 2.0 cm i diameter og 26 cm lang er 0.70 t. Hvor mye energi som er lagret i dette feltet?

Data: Vakuumets permeabilitet er μ_enten = 4π . 10^-7 T.m/a

Løsning

Numeriske verdier erstattes i forrige ligning, og pass på å konvertere verdiene til de internasjonale systemenhetene.

Referanser

1. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. Sjette utgave. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Fysikk 12. Pearson. 135-146.