Magnetisme: Definition, typer, egenskaber og hvordan de fungerer (med eksempler)

Magneter. Du har dem på dit køleskab, du har spillet med dem som barn, du har endda holdt et kompas i din hånd, da kompasnålen pegede på Jordens magnetiske nordpol. Men hvordan fungerer de? Hvad er dette fænomen med magnetisme?
Hvad er magnetisme?

Magnetisme er et aspekt af den grundlæggende elektromagnetiske kraft. Den beskriver fænomener og kræfter, der er forbundet med magneter eller magnetiske objekter.

Alle magnetiske felter genereres ved at bevæge ladning eller skifte elektriske felter. Derfor kaldes elektricitet og magnetisme fænomener kollektivt som elektromagnetisme. De er virkelig en og samme!

Inden for alle materialer indeholder atomerne elektroner, og disse elektroner danner en sky omkring atomkernen, idet deres samlede bevægelse skaber en miniature magnetisk dipol. I de fleste materialer får den tilfældige fordeling af orienteringer af disse mini-magneter imidlertid feltene til at annullere. Ferromagnetiske materialer er undtagelsen.

Mange materialer udviser magnetiske fænomener, herunder jern, mangan, magnetit og kobolt. Disse kan eksistere som permanente magneter eller kan være paramagnetiske (det vil sige tiltrukket af magnetiske materialer, men ikke selv bibeholde permanent magnetisme). Elektromagneter oprettes ved at føre elektrisk strøm gennem en ledning viklet omkring et materiale såsom jern (eller af enhver situation, hvor der bevæger sig elektrisk ladning).

Magnetiske materialer kan enten tiltrække hinanden eller frastøde hinanden, afhængigt af hvorpå dele af disse materialer samles.
Magnetiske felter

Ligesom med den elektriske kraft og tyngdekraften genererer genstande, der udøver magnetiske kræfter på hinanden, et felt omkring dem. En stangmagnet skaber for eksempel et magnetfelt i rummet omkring det, hvilket får andre magneter eller ferromagnetiske materialer, der føres ind i dette felt, til at føle en kraft som et resultat.

En måde at visualisere magnetfeltet er at bruge jernfilinger. Jernfilinger er små jernstykker, der, når de drysses omkring en magnet, vil justeres efter de eksterne magnetfeltlinjer, så du kan visualisere dem.

SI-enheden, der er forbundet med magnetfeltstyrken, er tesla.
1 \\ tekst {Tesla} \u003d 1 \\ tekst {T} \u003d 1 \\ frac {\\ text {kg}} {\\ text {As} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {Vs}} {\\ text {m} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {N}} {\\ text {Am}}

En anden fælles enhed, der er forbundet med magnetfeltstyrken, er gauss.

1 Gauss \u003d 1 G \u003d 10 ^{-4 T - Magnetismetyper -}

Der er mange forskellige typer magnetisme:

Paramagnetisme og beskriver visse materialer, der kan være svagt tiltrukket af magneter, men som gør bibeholder ikke et permanent magnetfelt selv. I nærvær af et eksternt felt vil de danne interne, inducerede magnetiske felter, der er på linje. Dette kan resultere i midlertidig forstærkning af magnetfeltet generelt. Der er mange forskellige typer paramagnetiske materialer, også nogle ædelstene.

Diamagnetisme - er en egenskab udstillet af alle materialer, men som typisk er mest indlysende i materialer, vi betragter som ikke-magnetiske . Diamagnetiske materialer afvises meget svagt af magnetfelter. I permanente magneter og paramagnetiske materialer er effekten af diamagnetisme ubetydelig.

Elektromagnetisme
opstår, når elektrisk strøm ledes gennem en ledning. Denne ledning kan vikles omkring en jernstang for at forstærke effekten, da jernet skaber sit eget magnetfelt, der er på linje med det ydre felt. Denne form for magnetisme er et direkte resultat af det faktum, at bevægelsen af elektroner skaber et magnetfelt. (Igen, elektricitet og magnetisme er to sider af den samme grundlæggende fysiske egenskab!)

Ferromagnetisme og beskriver, hvordan visse materialer - kaldet ferromagnetiske materialer - danner permanente magneter, som diskuteres mere detaljeret næste afsnit.
Ferromagnetiske materialer

Materialer, der er stærkt tiltrukket af magneter kaldes ferromagnetiske. Jern er det mest almindelige materiale af denne type. (Ikke overraskende, da det latinske præfiks ferro
- betyder "jern.")

Ferromagnetiske materialer har det, der kaldes magnetiske domæner; det vil sige regioner inden for dem, der er som magneter, men orienteret i forskellige retninger, så den samlede effekt afbrydes, og de generelt ikke fungerer som magneter. Hvis disse materialer imidlertid placeres i magnetfelter, kan dette forårsage en justering af domænerne, så de alle er på linje i samme retning, og de bliver derfor (ofte midlertidigt) som magneter i sig selv.

Ferromagnetiske materialer inkluderer lodsten, jern, nikkel, kobolt og forskellige sjældne jordartsmaterialer inklusive neodym.
Stangmagneter, Dipoles og magnetiske egenskaber

En stangmagnet er en rektangulær eller cylindrisk stang af magnetisk materiale. Enderne af en stangmagnet er nord- og sydpoler. Dette er de to typer magnetpoler, og de interagerer med hinanden via en magnetisk kraft på en måde, der ligner, hvordan positive og negative ladninger interagerer via den elektriske kraft.

Stangmagneter er magnetiske dipoler. De har modsatte poler adskilt med en afstand, der ligner en elektrisk dipol. En primær forskel er imidlertid, at du med magneter ikke kan have en monopol (en isoleret pol), som du kan have med ladninger. En magnet findes altid som en dipol og aldrig som en nordpol i sig selv eller en sydpol i sig selv. (Hvis du skærer en stangmagnet i halve for at prøve at adskille polerne, ender du simpelthen med to mindre dipolære magneter!)
Jordens magnetfelt

Som du sandsynligvis ved, har Jorden et magnetisk Mark. Dette giver folk mulighed for at bruge kompasser til at bestemme, hvilken retning de vender i forhold til polerne. Et magnetisk kompas består af en lille magnet, der kan bevæge sig frit og justere med ethvert ydre felt. Den røde ende af kompasnålen peger mod nord. Jordens magnetfelt fungerer som en kæmpe stangmagnet. Denne imaginære stangmagnet er orienteret, så den nordlige ende af magneten er ved Jordens sydpol, og den sydlige ende af magneten er på Jordens nordlige pol.

Jordens magnetfelt er heller ikke parallelt med overfladen af Jorden de fleste steder. Du kan bestemme deklinationen af Jordens magnetfelt ved hjælp af en dyppe nål. Orienter først nålen vandret og juster den efter Jordens magnetiske nord. Drej det derefter lodret, og observer dyppevinklen. Vinklen er større, jo tættere du er på polerne.

Jordens magnetfelt skaber et område i rummet, der omgiver planeten kaldet en magnetosfære. Magnetosfæren ligner i det væsentlige magnetfeltet fra en meget stor stangmagnet rettet tæt på Jordens akse, skønt magnetosfæren kan deformeres, når den interagerer med ladede partikler.

Magnetosfæren beskytter os mod solvind, der indeholder ladede partikler . Interaktion mellem disse partikler og magnetfeltlinierne er det, der giver anledning til auroras.
Eksempler

Fænomenet magnetisme bruges i alle slags dagligdags anvendelser.

Fænomenet elektromagnetisme tillader os til at konvertere mekanisk energi til elektrisk energi i elektriske generatorer. Elektriske generatorer bruger mekaniske midler til at dreje en turbine (blæser vind eller rindende vand), der ændrer et magnetfelt i forhold til trådspoler, der inducerer strøm til at strømme.

Elektriske motorer er i det væsentlige det modsatte af elektriske generatorer ved hjælp af elektromagnetisme at konvertere elektrisk energi til mekanisk energi, uanset om det er at køre en kraftboremaskine, en mikser eller et elektrisk køretøj.

Industrielle elektromagneter er kæmpe magneter med meget stærke magnetfelter, der giver dem mulighed for at hente gamle køretøjer i skrotgården .

MR-maskiner bruger stærke magnetfelter til at skabe billeder af din inderside og tillader læger at diagnosticere en hel række medicinske tilstande.