Magnetism Magnetiska egenskaper hos material, användningar

han magnetism o Magnetisk energi är en naturkraft förknippad med rörelse av elektriska laddningar och kan producera attraktion eller avvisande i vissa ämnen. Magneter är välkända magnetism.

Inuti dessa interaktioner produceras som översätts till närvaron av magnetfält, som till exempel utövar deras inflytande på små bitar av järn eller nickel.

De vackra färgerna i norrsken beror på att kosmiska partiklar avger energi när de avleds av jordens magnetfält. Källa: Pixabay.

Magnetfältet för en magnet blir synlig när den placeras under ett papper som järnfiler är spridda. Gränser är omedelbart orienterade längs fältlinjerna, vilket skapar en bild av detta i två dimensioner.

En annan välkänd källa är ledningarna som transporterar elektrisk ström; Men till skillnad från permanenta magneter försvinner magnetism när strömmen upphör.

Närhelst ett magnetfält inträffar någonstans, var någon agent tvungen att göra arbete. Energin som investeras i denna process lagras i det skapade magnetfältet och kan sedan betraktas som magnetisk energi.

Beräkningen av hur mycket magnetisk energi som lagras i fältet beror på detta och geometrien för enheten eller det område där den har skapats.

Induktor.

[TOC]

Historia och upptäckt

Gamla applikationer

Legenderna berättade av Plinius om forntida Grekland talar om pastor Magnes, som för mer än 2000 år sedan fann ett mystiskt mineral som kan locka järnbitar, men inte andra material. Det var magnetit, en järnoxid med starka magnetiska egenskaper.

Anledningen till den magnetiska attraktionen förblev dold i hundratals år. I det bästa fallet tillskrivs det övernaturliga fakta. Även om de inte av den anledningen slutade hitta intressanta applikationer för det, till exempel kompassen.

Kompassen som uppfanns av kineserna använder sig av själva magnetismen så att användaren är orienterad under navigering.

Första vetenskapliga studier

Studien av magnetiska fenomen hade ett stort framsteg tack vare William Gilbert (1544 - 1603). Denna engelska forskare från Elizabethan -eran studerade magnetfältet i en sfärisk magnet och drog slutsatsen att jorden skulle ha sitt eget magnetfält.

Från sin studie av magneterna märkte han också att han inte kunde få separata magnetiska poler. När en magnet är delad i två har de nya magneterna också båda polerna.

Det var emellertid i början av 1800 -talet då forskare märkte att förhållandet mellan elektrisk ström och magnetism.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), född i Danmark, hade 1820 förekomsten av att passera en elektrisk ström genom en förare och observera effekten som den hade på en kompass. Kompassen avleddes, och när strömmen upphörde att flyta pekade kompassen igen som alltid norrut.

Detta fenomen kan kontrolleras genom att föra kompassen till en av kablarna som lämnar bilbatteriet, medan starten är aktiverad.

Vid tidpunkten för att stänga kretsen måste nålen uppleva en observerbar avböjning, eftersom bilbatterier kan leverera strömmar tillräckligt höga för att kompassen ska avvika.

Kan tjäna dig: Pleiades: historia, ursprung och komposition

På detta sätt var det tydligt att rörliga anklagelser är de som ger upphov till magnetism.

Modern forskning

Några år efter Oerts experiment markerade den brittiska forskaren Michael Faraday (1791 - 1867) ytterligare en milstolpe när de upptäckte att de variabla magnetfälten i sin tur ger upphov till elektriska strömmar.

Både fenomen, elektriska och magnetiska, är nära kopplade till varandra, eftersom var och en kan leda till den andra. Att förena dem beställdes av Faradays lärjunge, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), i ekvationerna som bär hans namn.

Dessa ekvationer innehåller och sammanfattar elektromagnetisk teori och är fortfarande giltiga inom relativistisk fysik.

Magnetiska egenskaper

Varför uppvisar vissa material magnetiska egenskaper eller förvärvar magnetism lätt? Vi vet att magnetfältet beror på rörliga belastningar, därför måste inuti magneten finnas osynliga elektriska strömmar som ger upphov till magnetism.

Allt material innehåller elektroner som kretsar runt atomkärnan. Elektronen kan jämföras med jorden, som har en översättningsrörelse runt solen och även en rotation på sin egen axel.

Klassisk fysik tillskriver liknande rörelser till elektronen, även om analogin inte är helt exakt. Poängen är emellertid att båda egenskaperna hos elektronen får den att bete sig som en liten spira som skapar magnetfält.

Fastigheten som bidrar mest bidrar till atomens magnetfält är elektronen. I atomer med många elektroner grupperas dessa i par och med motsatta ryggar. Således avbryts dess magnetfält med varandra. Det här är vad som händer i mycket av materialen.

Det finns emellertid några mineraler och föreningar där det finns en elektron som försvinner. På detta sätt är nettomagnetfältet inte ogiltigt. Detta skapar en Magnetiskt ögonblick, En vektor vars storlek är produkten från strömmen vid kretsområdet.

De sammanhängande magnetiska ögonblicken interagerar med varandra och formregioner som kallas Magnetomän, där många snurr är inriktade i samma riktning. Det resulterande magnetfältet är mycket intensivt.

Ferromagnetism, paramagnetism och diamagnetism

Materialet som har denna kvalitet kallas Ferromagnetisk. Det finns några: järn, nickel, kobolt, gadolinio och några legeringar av dem.

Resten av elementen i den periodiska tabellen saknar dessa uttalade magnetiska effekter. Falla in i kategorin paramagnetisk antingen diamagnetisk.

I själva verket är diamagnetism en egenskap hos alla material, som upplever en liten avstötning i närvaro av ett yttre magnetfält. Vismuten är elementet med den mest accentuerade diamagnetismen.

För sin del består paramagnetism av ett mindre intensivt magnetiskt svar än ferromagnetism men lika attraktion. Paramagnetiska ämnen är till exempel aluminium, luft och några järnoxider som Goetita.

Användning av magnetisk energi

Magnetism är en del av naturens grundläggande krafter. Eftersom människor också är en del av det är de anpassade till förekomsten av magnetiska fenomen, liksom resten av livet på planeten. Till exempel använder vissa djur jordens magnetfält för att geografiskt vägleda.

Kan tjäna dig: dimensionell analys

I själva verket tros det att fåglar utför sina långa migrationer tack vare det faktum att de i sina hjärnor har en slags organisk kompass som gör att de kan uppfatta och använda geomagnetiska fältet.

Medan människor saknar en kompass som denna, har de istället förmågan att ändra miljön på många fler sätt än resten av djurriket. Således har medlemmarna i vår art använt magnetism till deras fördel av samma ögonblick när den första grekiska pastorn upptäckte stenen.

Några magnetiska energitillämpningar

Därefter finns det många tillämpningar av magnetism. Här är några:

- Kompassen som redan nämnts, som använder jordens geomagnetiska fält för att geografiskt vägleda.

- Gamla tv -apparater, datorer och oscilloskop, baserat på katodstrålröret, som använder spolar som genererar magnetfält. Dessa är ansvariga för att avleda elektronstrålen för att påverka vissa platser på skärmen och bildar därmed bilden.

- Masspektrometrar, som används för att studera olika typer av molekyler och med många tillämpningar inom biokemi, kriminologi, antropologi, historia och andra discipliner. De använder elektriska och magnetiska fält för att avleda partiklarna som laddas i banor som beror på deras hastighet.

- Magnetohydrodynamisk framdrivning, där en magnetisk kraft främjar en jet av havsvatten (bra förare) tillbaka, så att en fordon eller båt genom Newtons tredje lag får en impuls framåt.

- Magnetisk resonans, en icke -invasiv metod för att få bilder från människokroppens inre. I grund och botten använder det ett mycket intensivt magnetfält och svaret från vätekärnorna (protoner) som finns i vävnaderna analyseras, som har den ovannämnda egenskapen hos snurret.

Dessa tillämpningar är redan etablerade, men i framtiden tros det att magnetism också kan bekämpa sjukdomar som bröstcancer genom tekniker hypertermin-, som ger magnetiskt inducerad värme.

Tanken är att injicera vätskemagnetit direkt till tumören. Tack vare värmen som produceras av magnetiskt inducerade strömmar skulle järnpartiklar värmas tillräckligt för att förstöra maligna celler.

Fördelar och nackdelar

När man tänker på användningen av en viss typ av energi krävs dess omvandling i någon typ av rörelse, till exempel en turbin, en hiss eller ett fordon, till exempel; eller att det förvandlas till elektrisk energi som vänder på någon enhet: tv, tv, en bankomat och sådant.

Energi är en storlek med flera manifestationer som kan modifieras på många sätt. Kan energin från en liten magnet förstärka för att röra sig mer än några mynt kontinuerligt?

För att vara användbar måste energi ha ett stort utbud och fortsätta med en mycket riklig källa.

Primära och sekundära energier

I naturen är sådana energier, från vilka de andra typerna produceras. De är kända som primära energier:

- Solenergi.

- Kärnenergi.

- Geotermisk energi.

- Vindkraft.

- Biomassa.

- Fossil och mineralbränslenergi.

Sekundära energier, såsom el och värme, förekommer från dessa. Var är den magnetiska energin här?

El och magnetism är inte två separata fenomen. I själva verket är båda United kända som elektromagnetiska fenomen. Förutsatt att det finns en av dem kommer att existera den andra.

Kan tjäna dig: ömsesidig induktans: formel/koefficient, applikationer, övningar

Där det finns elektricitet kommer det att finnas magnetisk energi på något sätt. Men detta är en sekundär energi, som kräver den tidigare omvandlingen av några av de primära energierna.

Egenskaper hos primära och sekundära energier

Fördelarna eller nackdelarna med att använda någon form av energi upprättas enligt många kriterier. Bland dem är hur lätt och billigt är deras produktion, och också hur mycket det kan påverka processen negativt i miljön och människor.

Något viktigt att ta hänsyn till är att energier omvandlas många gånger innan de kan användas.

Hur många transformationer ska inträffa för att tillverka magneten med vilken shoppinglistan lämnar kylskåpsdörren? Hur många att bygga en elbil? Visst nog.

Och hur ren är magnetisk eller elektromagnetisk energi? Det finns de som tror att ständig exponering för elektromagnetiska områden med mänskligt ursprung orsakar hälso- och miljöproblem.

Det finns för närvarande många forskningsrader som är dedikerade till att studera dessa områden på hälsa och miljö, men enligt prestigefyllda internationella organisationer finns det inga avgörande bevis för att de är skadliga.

Exempel på magnetisk energi

En enhet som tjänar till att innehålla magnetisk energi kallas induktor. Det är en spole som bildas av rullande koppartråd med tillräckligt antal varv och är användbar i många kretsar för att begränsa strömmen och förhindra att den ändras kraftigt.

Kopparspole. Källa: Pixabay.

Genom att cirkulera en ström genom en spole vändningar skapas ett magnetfält inuti.

Om de nuvarande ändras, så gör magnetfältlinjer. Dessa förändringar inducerar en ström som motsätter dem, enligt Faraday-Lenz induktionslag.

När strömmen ökar eller minskar plötsligt, motsätter sig spolen den, därför kan den ha skyddande effekter på kretsen.

Den magnetiska energin i en spole

I magnetfältet som skapas i volymen avgränsad av spolens svängar lagras den magnetiska energin, som kommer att betecknas som ELLER_B Och det beror på:

- Magnetfältets intensitet B.

- Området på spolens tvärsnitt TILL.

- Spolens längd l.

- Vakuumpermeabilitet μ_antingen.

Det beräknas enligt följande:

Produkten TILL.l Det motsvarar volymen som låsts av spolen.

Denna ekvation är giltig i alla områden i rymden där det finns ett magnetfält. Om volymen är känd V av nämnda region, dess permeabilitet och intensiteten i fältet är det möjligt att beräkna hur mycket magnetisk energi den har.

Träning löst

Magnetfältet inuti en spole full av luft på 2.0 cm i diameter och 26 cm lång är 0.70 t. Hur mycket energi som lagras inom detta område?

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

Lösning

Numeriska värden ersätts i föregående ekvation och se till att konvertera värdena till de internationella systemenheterna.

Referenser

1. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte upplagan. Prentice hall. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Fysik 12. Pearson. 135-146.