Magnetyzm magnetycznych właściwości materiałów, wykorzystuje

On magnetyzm o Energia magnetyczna jest siłą natury związaną z ruchem ładunków elektrycznych i zdolna do wytwarzania przyciągania lub odpychania w niektórych substancjach. Magnesy to dobrze znane źródła magnetyzmu.

Wewnątrz tych interakcji są wytwarzane, które przekładają się na obecność pól magnetycznych, które na przykład wywierają ich wpływ na małe kawałki żelaza lub niklu.

Piękne kolory północnych świateł wynikają z faktu, że cząstki kosmiczne emitują energię po kierowaniu przez pole magnetyczne Ziemi. Źródło: Pixabay.

Pole magnetyczne magnesu staje się widoczne, gdy jest umieszczone pod papierem, na którym rozkładane są pliki żelaza. Limity są natychmiast zorientowane wzdłuż linii pola, tworząc obraz tego w dwóch wymiarach.

Kolejnym znanym źródłem są przewody transportującego prąd elektryczny; Ale w przeciwieństwie do stałych magnesów, magnetyzm znika, gdy prąd się nie zaprzesta.

Ilekroć gdzieś występuje pole magnetyczne, jakiś agent musiał wykonywać pracę. Energia zainwestowana w ten proces jest przechowywany w polu magnetycznym, a następnie można ją uznać za energię magnetyczną.

Obliczenie tego, ile energii magnetycznej jest przechowywana w polu, zależy od tego i geometrii urządzenia lub regionu, w którym zostało utworzone.

Induktor.

[TOC]

Historia i odkrycie

Stare aplikacje

Legendy opowiedziane przez Pliniusz o starożytnej Grecji mówią o pastorze Magnesie, które ponad 2000 lat temu znalazło tajemniczy minerał zdolny do przyciągania żelaznych kawałków, ale nie innych materiałów. Był to magnetyt, tlenek żelaza o silnych właściwościach magnetycznych.

Przyczyna przyciągania magnetycznego pozostawała ukryta przez setki lat. W najlepszym przypadku przypisano mu nadprzyrodzone fakty. Chociaż nie z tego powodu przestali znaleźć interesujące aplikacje, takie jak kompas.

Kompas wynaleziony przez Chińczyków wykorzystuje magnetyzm samej ziemi, aby użytkownik był zorientowany podczas nawigacji.

Pierwsze badania naukowe

Badanie zjawisk magnetycznych miało wielki postęp dzięki Williamowi Gilbertowi (1544–1603). Ten angielski naukowiec z ery elżbietańskiej badał pole magnetyczne sferycznego magnesu i doszedł do wniosku, że Ziemia powinna mieć własne pole magnetyczne.

Na podstawie studiów magnesów zauważył także, że nie może uzyskać oddzielnych bieguna magnetycznego. Gdy magnes jest podzielony na dwa, nowe magnesy mają również oba bieguny.

Jednak na początku XIX wieku naukowcy zauważyli istnienie związku między prądem elektrycznym a magnetyzmem.

Hans Christian Oersted (1777–1851), urodzony w Danii, miał w 1820 r. Występowanie prądu elektrycznego przez kierowcę i obserwowanie wpływu, jaki miał na kompas. Kompas został odwrócony, a kiedy prąd przestał płynąć, kompas ponownie wskazał jak zawsze na północ.

Zjawisko to można sprawdzić, wprowadzając kompas do jednego z kabli, które pozostawiają akumulator samochodowy, a początek jest aktywowany.

W momencie zamykania obwodu igła musi doświadczyć obserwowalnego ugięcia, ponieważ akumulatory samochodów mogą dostarczyć prądy wystarczająco wysokie, aby kompas się odchylić.

Może ci służyć: Pleiades: historia, pochodzenie i kompozycja

W ten sposób było jasne, że ruchome opłaty to te, które powodują magnetyzm.

Nowoczesne badania

Kilka lat po eksperymentach Oersteda brytyjski badacz Michael Faraday (1791–1867) oznaczył kolejny kamień milowy, odkrywając, że z kolei zmienne pola magnetyczne powodują prądy elektryczne.

Zarówno zjawiska, elektryczne i magnetyczne, są ze sobą ściśle powiązane, ponieważ każdy może prowadzić do drugiego. Ujednolicenie ich zostało zlecone przez ucznia Faradaya, James Clerk Maxwell (1831–1879), w równaniach, które noszą jego imię.

Równania te zawierają i podsumowują teorię elektromagnetyczną i nadal są ważne w ramach fizyki relatywistycznej.

Właściwości magnetyczne materiałów

Dlaczego niektóre materiały wykazują właściwości magnetyczne lub łatwo nabywają magnetyzm? Wiemy, że pole magnetyczne jest spowodowane ruchomymi obciążeniami, dlatego wewnątrz magnesu muszą istnieć niewidoczne prądy elektryczne, które powodują magnetyzm.

Cała materia zawiera elektrony krążące z jądra atomowego. Elektron można porównać do Ziemi, która ma ruch tłumacze.

Klasyczna fizyka przypisuje podobne ruchy do elektronu, chociaż analogia nie jest całkowicie dokładna. Chodzi jednak o to, że obie właściwości elektronu sprawiają, że zachowują się jak maleńka spira, która tworzy pole magnetyczne.

Własność, która wkłada najbardziej przyczynia się do pola magnetycznego atomu, jest elektron. W atomach z wieloma elektronami są one pogrupowane w parę i przeciwne kolce. Zatem jego pola magnetyczne są anulowane ze sobą. Tak dzieje się w większości materiałów.

Istnieją jednak minerały i związki, w których zniknęło elektron. W ten sposób pole magnetyczne netto nie jest nieważne. To tworzy Moment magnetyczny, Wektor, którego wielkość jest iloczynem prądu według obszaru obwodu.

Przylegające momenty magnetyczne oddziałują ze sobą i tworzą zwane regiony Domeny magnetyczne, w którym wiele spinów jest wyrównanych w tym samym kierunku. Powstałe pole magnetyczne jest bardzo intensywne.

Ferromagnetyzm, paramagnetyzm i diamagnetyzm

Materiały o tej jakości są nazywane Ferromagnetyczny. Istnieje kilka: żelazo, nikiel, kobalt, gadolinio i niektóre z nich.

Reszta elementów w tabeli okresowej nie ma tych wyraźnych efektów magnetycznych. Należy do kategorii paramagnetyczny albo Diamagnetyczny.

W rzeczywistości diamagnetyzm jest właściwością wszystkich materiałów, które odczuwają niewielką odpychanie w obecności zewnętrznego pola magnetycznego. Bizmut jest elementem z najbardziej zaakcentowanym diamagnetyzmem.

Ze swojej strony paramagnetyzm składa się z mniej intensywnej odpowiedzi magnetycznej niż ferromagnetyzm, ale równie przyciąganie. Substancje paramagnetyczne to na przykład aluminium, powietrze i niektóre tlenki żelaza, takie jak Goetita.

Zastosowanie energii magnetycznej

Magnetyzm jest częścią podstawowych sił natury. Ponieważ istoty ludzkie są również ich częścią, są one przystosowane do istnienia zjawisk magnetycznych, a także reszty życia na planecie. Na przykład niektóre zwierzęta używają pola magnetycznego ziemi do geograficznego prowadzenia.

Może ci służyć: analiza wymiarowa

W rzeczywistości uważa się, że ptaki wykonują swoje długie migracje dzięki faktowi, że w ich mózgach mają rodzaj organicznego kompasu, który pozwala im postrzegać i używać pola geomagnetycznego.

Podczas gdy ludzie nie mają takiego kompasu, zamiast tego mają zdolność do modyfikacji środowiska o wiele innych sposobów niż reszta królestwa zwierząt. Tak więc członkowie naszego gatunku wykorzystali magnetyzm na korzyść z tego samego momentu, w którym pierwszy grecki pastor odkrył kamień.

Niektóre zastosowania energii magnetycznej

Odtąd istnieje wiele zastosowań magnetyzmu. Tu jest kilka:

- Wspomniany kompas, który wykorzystuje pole geomagnetyczne Ziemi do geograficznego prowadzenia.

- Stare telewizory, komputery i oscyloskopy, oparte na rurce Ray Cathode, która wykorzystuje cewki generujące pola magnetyczne. Są one odpowiedzialne za przekształcenie wiązki elektronów, aby wpłynąć na niektóre miejsca na ekranie, tworząc w ten sposób obraz.

- Spektrometry masowe, używane do badania różnych rodzajów cząsteczek i z wieloma zastosowaniami w biochemii, kryminologii, antropologii, historii i innych dyscyplin. Wykorzystują pola elektryczne i magnetyczne do odwrócenia cząstek naładowanych w trajektoriach, które zależą od ich prędkości.

- Napęd magnetohydrodynamiczny, w którym siła magnetyczna promuje strumień wody morskiej (dobry kierowca) z powrotem, tak że zgodnie z trzecim prawem Newtona pojazd lub łódź otrzymała impuls do przodu.

- Rezonans magnetyczny, nieinwazyjna metoda uzyskiwania obrazów z wnętrza ludzkiego ciała. Zasadniczo wykorzystuje bardzo intensywne pole magnetyczne i analizuje się odpowiedź jąder wodoru (protonów) obecnych w tkankach, które mają wyżej wymienioną właściwość spinu.

Te zastosowania są już ustalone, ale w przyszłości uważa się, że magnetyzm może również chorobami czołowymi, takimi jak rak piersi, za pomocą technik hiperterminowe, które wytwarzają ciepło indukowane magnetycznie.

Chodzi o to, aby wprowadzić magnetyt płynu bezpośrednio do guza. Dzięki ciepłem wytwarzanym przez prądy indukowane magnetycznie, cząstki żelaza ogrzewałyby wystarczająco dużo, aby zniszczyć złośliwe komórki.

Zalety i wady

Myśląc o zastosowaniu pewnego rodzaju energii, jej konwersja jest wymagana w pewnym rodzaju ruchu, na przykład turbiny, windy lub pojazdu; lub że jest przekształcany w energię elektryczną, która włącza jakieś urządzenie: telewizja, telewizja, bankomaty i takie rzeczy.

Energia to wielkość z wieloma manifestacjami, które można modyfikować na wiele sposobów. Czy energia małego magnesu może wzmacniać się, aby przenosić więcej niż kilka monet w sposób ciągły?

Aby być użytecznym, energia musi mieć duży zasięg i kontynuować bardzo obfite źródło.

Energie pierwotne i wtórne

W naturze są takie energie, z których wytwarzane są inne typy. Są znane jako podstawowe energie:

- Energia słoneczna.

- Energia atomowa.

- Energia geotermalna.

- Moc wiatru.

- Energia biomasy.

- Energia paliwa kopalnego i mineralnego.

Z nich występują energie wtórne, takie jak energia elektryczna i ciepło. Gdzie jest tutaj energia magnetyczna?

Elektryczność i magnetyzm nie są dwoma oddzielnymi zjawiskami. W rzeczywistości oba United są znane jako zjawiska elektromagnetyczne. Pod warunkiem, że istnieje jeden z nich, drugi.

Może ci służyć: wzajemna indukcyjność: wzór/współczynnik, zastosowania, ćwiczenia

Tam, gdzie jest energia elektryczna, będzie w jakiś sposób energia magnetyczna. Ale jest to energia wtórna, która wymaga wcześniejszej transformacji niektórych pierwotnych energii.

Charakterystyka energii pierwotnej i wtórnej

Zalety lub wady wykorzystania pewnego rodzaju energii są ustalane zgodnie z wieloma kryteriami. Wśród nich jest to, jak łatwa i tanie jest ich produkcja, a także to, jak bardzo jest w stanie negatywnie wpłynąć na proces w środowisku i ludzi.

Ważne jest to, że energie są przekształcane wiele razy, zanim można je użyć.

Ile transformacji powinno nastąpić w celu wyprodukowania magnesu, z którym lista zakupów opuści drzwi lodówki? Ile do budowy samochodu elektrycznego? Na pewno.

I jak czysta jest energia magnetyczna lub elektromagnetyczna? Są tacy, którzy uważają, że ciągłe narażenie na elektromagnetyczne pola ludzkiego pochodzenia powodują problemy zdrowotne i środowiskowe.

Obecnie istnieje wiele badań poświęconych badaniu wpływu tych dziedzin na zdrowie i środowisko, ale według prestiżowych organizacji międzynarodowych nie ma uznanych dowodów na to, że są one szkodliwe.

Przykłady energii magnetycznej

Urządzenie, które zawiera energię magnetyczną, jest znane jako induktor. Jest to cewka, która jest tworzona przez zwijanie drutu miedzianego z wystarczającą liczbą zakrętów i jest przydatna w wielu obwodach, aby ograniczyć prąd i zapobiec jej gwałtownej zmianie.

Zwój Miedziany. Źródło: Pixabay.

Przekropąc prąd przez zakręty cewki, pole magnetyczne jest tworzone w środku.

Jeśli prąd się zmienia, podobnie jak linie pola magnetycznego. Zmiany te wywołują prąd, który im się sprzeciwia, zgodnie z prawem indukcyjnym Faraday-Lenz.

Kiedy prąd wzrasta lub zmniejsza się nagle, cewka przeciwstawia.

Energia magnetyczna cewki

W polu magnetycznym utworzonym w objętości ograniczonej przez zakręty cewki, energia magnetyczna jest przechowywana, co zostanie oznaczone jako LUB_B I to zależy:

- Intensywność pola magnetycznego B.

- Obszar przekroju cewki DO.

- Długość cewki L.

- Przepuszczalność próżni μ_albo.

Oblicza się go w następujący sposób:

Produkt DO.L Jest to równoważne głośności zablokowanej przez cewkę.

To równanie jest ważne w każdym regionie przestrzeni, w którym znajduje się pole magnetyczne. Jeśli objętość jest znana V Z wspomnianego regionu, jego przepuszczalności i intensywności pola możliwe jest obliczenie, ile ma energii magnetycznej.

Ćwiczenie rozwiązane

Pole magnetyczne wewnątrz cewki pełnej powietrza 2.O średnicy 0 cm i 26 cm ma 0.70 t. Ile energii jest przechowywana w tej dziedzinie?

Dane: przepuszczalność próżni wynosi μ_albo = 4π . 10^-7 T.mama

Rozwiązanie

Wartości numeryczne są zastępowane w poprzednim równaniu, starając się przekonwertować wartości na międzynarodowe jednostki systemowe.

Bibliografia

1. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. Szósta edycja. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Fizyka 12. osoba. 135-146.