Magnetism ja elektromagnetism

Looduslikud ja kunstlikud magnetid

Metallurgiatööstuse jaoks kaevandatavate rauamaagide hulgas on maak, mida nimetatakse magnetiliseks rauamaagiks. Sellel maagil on omadus meelitada enda poole rauast esemeid.

Sellist rauamaagi tükki nimetatakse looduslikuks magnetiks ja selle külgetõmbeomadus on magnetism.

Tänapäeval kasutatakse magnetismi fenomeni äärmiselt laialdaselt erinevates elektripaigaldistes. Nüüd ei kasuta nad aga mitte looduslikke, vaid nn tehismagneteid.

Kunstlikud magnetid on valmistatud spetsiaalsest terasest. Sellise terase tükk magnetiseeritakse erilisel viisil, mille järel see omandab magnetilised omadused, st muutub püsimagnet.

Püsimagnetite kuju võib olenevalt nende otstarbest olla väga mitmekesine.

Püsimagnetis on gravitatsioonijõud ainult selle poolustel. Magneti põhjapoolset otsa nimetatakse põhjapooluse magnetiks ja lõunapoolset otsa nimetatakse lõunapooluse magnetiks. Igal püsimagnetil on kaks poolust: põhja- ja lõunapoolus. Magneti põhjapoolust tähistab täht C või N, lõunapoolust tähega Yu või S.

Magnet tõmbab enda külge rauda, ​​terast, malmi, niklit, koobaltit. Kõiki neid kehasid nimetatakse magnetkehadeks. Kõiki teisi kehasid, mida magnet ei tõmba, nimetatakse mittemagnetilisteks kehadeks.

Magneti struktuur. Magnetiseerimine

Iga keha, ka magnetiline, koosneb kõige väiksematest osakestest - molekulidest. Erinevalt mittemagnetiliste kehade molekulidest on magnetkeha molekulidel magnetilised omadused, mis esindavad molekulaarmagneteid. Magnetkeha sees on need molekulaarmagnetid paigutatud oma telgedega eri suundadesse, mistõttu kehal endal ei ole mingeid magnetilisi omadusi. Aga kui need magnetid on sunnitud pöörlema ​​ümber oma telje nii, et nende põhjapoolused pöörduvad ühes suunas ja lõunapoolused teises suunas, siis omandab keha magnetilised omadused, see tähendab, et temast saab magnet.

Protsessi, mille käigus magnetkeha omandab magneti omadused, nimetatakse magnetiseerimiseks... Püsimagnetite valmistamisel toimub magnetiseerimine elektrivoolu abil. Kuid keha saab magnetiseerida ka muul viisil, kasutades tavalist püsimagnetit.

Kui sirgjooneline magnet lõigata mööda neutraalset joont, saadakse kaks sõltumatut magnetit ja magneti otste polaarsus säilib ning lõikamise tulemusena saadud otstesse ilmuvad vastaspoolused.

Iga saadud magneti saab jagada ka kaheks magnetiks ja ükskõik kui palju me seda jagamist jätkame, saame alati iseseisvad kahe poolusega magnetid. Ühe magnetpoolusega varda on võimatu saada. See näide kinnitab seisukohta, et magnetkeha koosneb paljudest molekulaarmagnetitest.

Magnetkehad erinevad üksteisest molekulaarmagnetite liikuvusastme poolest. On kehasid, mis magnetiseeritakse kiiresti ja sama kiiresti demagnetiseeritakse. Ja vastupidi, on kehasid, mis magnetiseeruvad aeglaselt, kuid säilitavad oma magnetilised omadused pikka aega.

Seega raud magnetiseerub kiiresti välise magneti toimel, kuid sama kiiresti demagnetiseerub, st kaotab magneti eemaldamisel oma magnetilised omadused.Teras säilitab pärast magnetiseerimist oma magnetilised omadused pikka aega, st. , sellest saab püsimagnet.

Raua omadust kiiresti magnetiseeruda ja demagnetiseeruda seletatakse asjaoluga, et raua molekulaarmagnetid on äärmiselt liikuvad, nad pöörlevad kergesti väliste magnetjõudude mõjul, kuid sama kiiresti naasevad endisesse ebakorrapärasesse asendisse, kui magnetiseeriv keha on. eemaldatud.

Raua puhul jääb aga väike osa magnetitest ja pärast püsimagneti eemaldamist veel mõnda aega samasse asendisse, milles nad olid magnetiseerimise ajal. Seetõttu säilitab raud pärast magnetiseerimist väga nõrgad magnetilised omadused. Seda kinnitab tõsiasi, et kui raudplaat magneti pooluse küljest ära võeti, siis kogu saepuru selle otsast alla ei pudenenud — väike osa sellest jäi plaadi külge tõmbuma.

Terase omadus püsida magnetiseerituna pikka aega on seletatav sellega, et terase molekulaarmagnetid magnetiseerimisel peaaegu ei pöörle soovitud suunas, kuid säilitavad oma stabiilse asendi pikka aega ka pärast magnetiseeriva keha eemaldamist.

Magnetkeha võimet avaldada magnetilisi omadusi pärast magnetiseerimist nimetatakse jääkmagnetismiks.

Jääkmagnetismi fenomeni põhjustab asjaolu, et magnetkehas toimib nn aeglustav jõud, mis hoiab molekulaarmagneteid magnetiseerimise ajal hõivatud asendis.

Rauas on aeglustava jõu toime väga nõrk, mistõttu see demagnetiseerub kiiresti ja jääkmagnetismiga on väga vähe.

Raua omadust kiiresti magnetiseerida ja demagnetiseerida kasutatakse elektrotehnikas ülimalt laialdaselt. Piisab, kui öelda, et iga tuumad elektromagnetidelektriseadmetes kasutatavad on valmistatud spetsiaalsest rauast, millel on äärmiselt madal jääkmagnetism.

Terasel on suur hoidev jõud, tänu millele säilib selles magnetismi omadus. sellepärast püsimagnetid on valmistatud spetsiaalsetest terasesulamitest.

Püsimagnetite omadusi mõjutavad ebasoodsalt löök, löök ja äkilised temperatuurikõikumised. Kui näiteks püsimagnet kuumutada punaseks ja lasta siis jahtuda, siis kaotab see täielikult oma magnetilised omadused. Samamoodi, kui põrutate püsimagnetit, väheneb selle tõmbejõud oluliselt.

Seda seletatakse asjaoluga, et tugeva kuumutamise või löökide korral saab pidurdava jõu toime üle ja seega on molekulaarmagnetite korrastatud paigutus häiritud. Seetõttu tuleb püsimagneteid ja püsimagnetseadmeid käsitseda ettevaatlikult.

Magnetilised jõujooned. Magnetite pooluste vastastikmõju

Iga magneti ümber on nn magnetväli.

Magnetväljaks nimetatakse ruumi, milles magnetjõud... Püsimagneti magnetväli on see osa ruumist, milles toimivad sirgjoonelise magneti väljad ja selle magneti magnetjõud.

Magnetvälja magnetjõud mõjuvad teatud suundades... Magnetjõudude toimesuundi nõustuti nimetama magnetjõujoonteks... Seda terminit kasutatakse laialdaselt elektrotehnika uurimisel, kuid seda tuleb meeles pidada et magnetjõujooned ei ole materiaalsed: see on kokkuleppeline termin, mis võeti kasutusele ainult magnetvälja omaduste mõistmise hõlbustamiseks.

Magnetvälja kuju ehk magnetvälja joonte asukoht ruumis sõltub magneti enda kujust.

Magnetvälja joontel on mitmeid omadusi: nad on alati suletud, ei ristu kunagi, kalduvad võtma lühimat teed ja tõrjuvad üksteist, kui need on suunatud samas suunas. On üldtunnustatud, et jõujooned väljuvad põhjapoolusest magnetist ja sisenege selle lõunapoolusele; magneti sees on neil suund lõunapoolusest põhja poole.

Nagu magnetpoolused tõrjuvad, erinevalt magnetpoolused tõmbavad.

Mõlema järelduse õigsuses on praktikas lihtne veenduda. Võtke kompass ja tooge sellele sirgjoonelise magneti üks poolus, näiteks põhjapoolus. Näete, et nool pöörab koheselt oma lõunapoolse otsa magneti põhjapooluse poole. Kui keerate magnetit kiiresti 180 °, pöördub magnetnõel kohe 180 °, see tähendab, et selle põhjaots on suunatud magneti lõunapooluse poole.

Magnetiline induktsioon. Magnetvoog

Püsimagneti mõjujõud (tõmbejõud) magnetkehale väheneb magneti pooluse ja selle keha vahelise kauguse suurenedes. Magnet avaldab suurimat tõmbejõudu otse oma poolustel, st täpselt seal, kus magnetjõujooned asuvad kõige tihedamalt. Poolusest eemaldudes jõujoonte tihedus väheneb, neid leidub üha harvemini, koos sellega nõrgeneb ka magneti tõmbejõud.

Seega ei ole magneti tõmbejõud magnetvälja erinevates punktides sama ja seda iseloomustab jõujoonte tihedus. Magnetvälja iseloomustamiseks selle erinevates punktides võetakse kasutusele suurus, mida nimetatakse magnetvälja induktsiooniks.

Välja magnetiline induktsioon on arvuliselt võrdne jõujoonte arvuga, mis läbivad 1 cm2 pindala, mis asuvad nende suunaga risti.

See tähendab, et mida suurem on väljajoonte tihedus välja antud punktis, seda suurem on magnetinduktsioon selles punktis.

Mis tahes piirkonda läbivate magnetiliste jõujoonte koguarvu nimetatakse magnetvooks.

Magnetvoogu tähistatakse tähega F ja see on seotud magnetilise induktsiooniga järgmise seose kaudu:

Ф = BS,

kus F on magnetvoog, V on välja magnetiline induktsioon; S on pindala, mille läbib antud magnetvoog.

See valem kehtib ainult siis, kui ala S on magnetvoo suunaga risti. Vastasel juhul sõltub magnetvoo suurus ka nurgast, mille all ala S asub, ja siis võtab valem keerulisema kuju.

Püsimagneti magnetvoo määrab magneti ristlõiget läbivate jõujoonte koguarv.Mida suurem on püsimagneti magnetvoog, seda atraktiivsem see magnet on.

Püsimagneti magnetvoog sõltub terase kvaliteedist, millest magnet on valmistatud, magneti enda suurusest ja selle magnetiseerituse astmest.

Magnetiline läbilaskvus

Keha omadust lubada enda kaudu magnetvoogu nimetatakse magnetiliseks läbilaskvuseks... Magnetvool on kergem läbida õhku kui läbi mittemagnetilise keha.

Et oleks võimalik võrrelda erinevaid aineid nende järgi magnetiline läbilaskvus, on tavaks pidada õhu magnetilist läbilaskvust võrdseks ühtsusega.

Neid nimetatakse aineteks, mille magnetläbilaskvus on väiksem kui ühikdiamagnetilisteks... Nende hulka kuuluvad vask, plii, hõbe jne.

Alumiinium, plaatina, tina jne. Nende magnetiline läbilaskvus on pisut suurem kui ühtsus ja neid nimetatakse paramagnetilisteks aineteks.

Aineid, mille magnetiline läbilaskvus on palju suurem kui üks (mõõdetuna tuhandetes), nimetatakse ferromagnetilisteks. Nende hulka kuuluvad nikkel, koobalt, teras, raud jne. Nendest ainetest ja nende sulamitest toodetakse igat tüüpi magnet- ja elektromagnetseadmeid ning erinevate elektrimasinate osi.

Sidetehnoloogiate jaoks pakuvad praktilist huvi spetsiaalsed raua-nikli sulamid, mida nimetatakse permaloidiks.