Magnetizmas ir elektromagnetizmas

Natūralūs ir dirbtiniai magnetai

Tarp metalurgijos pramonei išgaunamų geležies rūdų yra rūda, vadinama magnetine geležies rūda. Ši rūda turi savybę pritraukti prie savęs geležinius daiktus.

Tokios geležies rūdos gabalas vadinamas natūraliu magnetu, o jo traukos savybė yra magnetizmas.

Šiais laikais magnetizmo reiškinys itin plačiai naudojamas įvairiose elektros instaliacijose. Tačiau dabar jie naudoja ne natūralius, o vadinamuosius dirbtinius magnetus.

Dirbtiniai magnetai gaminami iš specialaus plieno. Tokio plieno gabalas įmagnetinamas ypatingu būdu, po kurio jis įgauna magnetines savybes, tai yra tampa nuolatinis magnetas.

Nuolatinių magnetų forma gali būti labai įvairi, priklausomai nuo jų paskirties.

Nuolatiniame magnete tik jo poliai turi gravitacines jėgas. Į šiaurę nukreiptas magneto galas sutinkamas vadinti šiaurinio poliaus magnetu, o į pietus nukreiptas galas yra pietų poliaus magnetas. Kiekvienas nuolatinis magnetas turi du polius: šiaurės ir pietų. Magneto šiaurinis polius žymimas raide C arba N, pietinis – raide Yu arba S.

Magnetas pritraukia prie savęs geležį, plieną, ketų, nikelį, kobaltą. Visi šie kūnai vadinami magnetiniais kūnais. Visi kiti kūnai, kurių netraukia magnetas, vadinami nemagnetiniais kūnais.

Magneto struktūra. Įmagnetinimas

Kiekvienas kūnas, taip pat ir magnetinis, susideda iš mažiausių dalelių – molekulių. Skirtingai nuo nemagnetinių kūnų molekulių, magnetinio kūno molekulės turi magnetinių savybių, atstovaujančių molekuliniams magnetams. Magnetinio kūno viduje šie molekuliniai magnetai yra išdėstyti skirtingomis ašimis, todėl pats kūnas neturi jokių magnetinių savybių. Bet jei šie magnetai bus priversti suktis apie savo ašis taip, kad jų šiauriniai poliai pasisuks viena kryptimi, o pietų – kita, tai kūnas įgis magnetinių savybių, tai yra taps magnetu.

Procesas, kurio metu magnetinis kūnas įgauna magneto savybes, vadinamas įmagnetinimu... Gaminant nuolatinius magnetus įmagnetinimas atliekamas elektros srovės pagalba. Bet jūs galite įmagnetinti kūną kitu būdu, naudodami įprastą nuolatinį magnetą.

Jei tiesinis magnetas nupjaunamas išilgai neutralios linijos, bus gauti du nepriklausomi magnetai ir bus išsaugotas magneto galų poliškumas, o pjovimo metu gautuose galuose atsiras priešingi poliai.

Kiekvienas iš gautų magnetų taip pat gali būti padalintas į du magnetus ir kad ir kiek tęstume šį skirstymą, visada gausime nepriklausomus magnetus su dviem poliais. Neįmanoma gauti strypo su vienu magnetiniu poliu. Šis pavyzdys patvirtina poziciją, kad magnetinis kūnas susideda iš daugelio molekulinių magnetų.

Magnetiniai kūnai skiriasi vienas nuo kito molekulinių magnetų mobilumo laipsniu. Yra kūnų, kurie greitai įmagnetinami ir lygiai taip pat greitai išmagnetinami. Ir atvirkščiai, yra kūnų, kurie magnetizuojasi lėtai, bet ilgą laiką išlaiko savo magnetines savybes.

Taigi geležis veikiant išoriniam magnetui greitai įmagnetinama, bet lygiai taip pat greitai išmagnetinama, tai yra, nuėmus magnetą, ji praranda savo magnetines savybes Plienas po įmagnetinimo ilgą laiką išlaiko savo magnetines savybes, t. , jis tampa nuolatiniu magnetu.

Geležies savybė greitai magnetizuotis ir išmagnetėti paaiškinama tuo, kad geležies molekuliniai magnetai yra itin judrūs, jie lengvai sukasi veikiami išorinių magnetinių jėgų, tačiau lygiai taip pat greitai grįžta į savo ankstesnę netvarkingą padėtį, kai įmagnetinamas kūnas pašalintas.

Tačiau geležyje nedidelė magnetų dalis ir pašalinus nuolatinį magnetą kurį laiką išlieka toje padėtyje, kurią jie užėmė įmagnetinimo metu. Todėl po įmagnetinimo geležis išlaiko labai silpnas magnetines savybes. Tai patvirtina ir faktas, kad nuėmus geležinę plokštę nuo magneto poliaus, nuo jo galo nukrito ne visos pjuvenos – nedidelė jų dalis liko pritraukta prie plokštelės.

Plieno savybė ilgai išlikti įmagnetinta paaiškinama tuo, kad plieno molekuliniai magnetai įmagnetinimo metu beveik nesisuka norima kryptimi, tačiau net ir nuėmus įmagnetinantį kūną jie ilgą laiką išlaiko stabilią padėtį.

Magnetinio kūno gebėjimas parodyti magnetines savybes po įmagnetinimo vadinamas liekamuoju magnetizmu.

Liekamojo magnetizmo reiškinį sukelia tai, kad magnetiniame kūne veikia vadinamoji stabdymo jėga, kuri išlaiko molekulinius magnetus tokioje padėtyje, kurią jie užima įmagnetinimo metu.

Geležies stabdymo jėga veikia labai silpnai, todėl ji greitai išsimagnetina ir turi labai mažą liekamąjį magnetizmą.

Geležies savybė greitai įmagnetinti ir išmagnetinti yra itin plačiai naudojama elektrotechnikoje. Pakanka pasakyti, kad kiekvieno branduolys elektromagnetaitie, kurie naudojami elektros prietaisuose, pagaminti iš specialios geležies, turinčios itin mažą liekamąjį magnetizmą.

Plienas turi didelę laikančiąją galią, dėl kurios jame išsaugoma magnetizmo savybė. Štai kodėl nuolatiniai magnetai yra pagaminti iš specialių plieno lydinių.

Nuolatinių magnetų savybes neigiamai veikia smūgiai, smūgiai ir staigūs temperatūros svyravimai. Jei, pavyzdžiui, nuolatinis magnetas įkaitinamas iki raudonos spalvos ir leidžiama atvėsti, jis visiškai praras savo magnetines savybes. Panašiai, jei nuolatinį magnetą paveiksite smūgiams, jo traukos jėga žymiai sumažės.

Tai paaiškinama tuo, kad esant stipriam kaitinimui ar smūgiams, įveikiamas lėtinančios jėgos veikimas ir taip sutrinka tvarkingas molekulinių magnetų išsidėstymas. Todėl su nuolatiniais magnetais ir nuolatinio magneto įtaisais reikia elgtis atsargiai.

Magnetinės jėgos linijos. Magnetų polių sąveika

Aplink kiekvieną magnetą yra vadinamasis magnetinis laukas.

Magnetiniu lauku vadinama erdvė, kurioje veikia magnetinės jėgos... Nuolatinio magneto magnetinis laukas yra ta erdvės dalis, kurioje veikia tiesinio magneto laukai ir šio magneto magnetinės jėgos.

Magnetinio lauko magnetinės jėgos veikia tam tikromis kryptimis... Magnetinių jėgų veikimo kryptis sutarta vadinti magnetinėmis jėgos linijomis... Šis terminas plačiai vartojamas elektrotechnikos studijose, tačiau reikia atsiminti kad magnetinės jėgos linijos nėra materialios: tai sutartinis terminas, įvestas tik siekiant palengvinti magnetinio lauko savybių supratimą.

Magnetinio lauko forma, tai yra, magnetinio lauko linijų vieta erdvėje priklauso nuo paties magneto formos.

Magnetinio lauko linijos turi daug savybių: jos visada yra uždaros, niekuomet nesikerta, linkusios važiuoti trumpiausiu keliu, o viena kitą atstumia, jei nukreiptos ta pačia kryptimi. Visuotinai priimta, kad jėgos linijos išeina iš šiaurinio ašigalio. magnetą ir įeikite į jo pietinį polių; magneto viduje jie turi kryptį iš pietų ašigalio į šiaurę.

Kaip magnetiniai poliai atstumia, kitaip nei magnetiniai poliai traukia.

Praktikoje nesunku įsitikinti abiejų išvadų teisingumu. Paimkite kompasą ir atneškite prie jo vieną iš tiesinio magneto polių, pavyzdžiui, šiaurinį ašigalį. Pamatysite, kad rodyklė akimirksniu pasuks savo pietinį galą į šiaurinį magneto polių. Jei greitai pasukate magnetą 180 °, tada magnetinė adata iškart pasisuks 180 °, tai yra, jos šiaurinis galas bus nukreiptas į pietinį magneto polių.

Magnetinė indukcija. Magnetinis srautas

Nuolatinio magneto veikimo (traukos) jėga į magnetinį kūną mažėja, kai atstumas tarp magneto poliaus ir šio kūno didėja. Magnetas didžiausią traukos jėgą rodo tiesiai prie jo polių, ty būtent ten, kur yra tankiausiai išsidėsčiusios magnetinės jėgos linijos. Tolstant nuo poliaus, jėgų linijų tankis mažėja, jos aptinkamos vis rečiau, kartu silpsta ir magneto traukos jėga.

Taigi magneto traukos jėga skirtinguose magnetinio lauko taškuose nėra vienoda ir jai būdingas jėgos linijų tankis. Norint apibūdinti magnetinį lauką įvairiuose jo taškuose, įvedamas dydis, vadinamas magnetinio lauko indukcija.

Lauko magnetinė indukcija skaitine prasme yra lygi jėgos linijų, einančių per 1 cm2 plotą, statmenai jų krypčiai, skaičiui.

Tai reiškia, kad kuo didesnis lauko linijų tankis tam tikrame lauko taške, tuo didesnė magnetinė indukcija tame taške.

Bendras magnetinių jėgos linijų, einančių per bet kurią sritį, skaičius vadinamas magnetiniu srautu.

Magnetinis srautas žymimas raide F ir yra susijęs su magnetine indukcija tokiu ryšiu:

Ф = BS,

kur F – magnetinis srautas, V – magnetinė lauko indukcija; S yra plotas, kurį prasiskverbia tam tikras magnetinis srautas.

Ši formulė galioja tik tuo atveju, jei plotas S yra statmenas magnetinio srauto krypčiai. Priešingu atveju magnetinio srauto dydis taip pat priklausys nuo kampo, kuriuo yra sritis S, o tada formulė įgis sudėtingesnę formą.

Nuolatinio magneto magnetinis srautas nustatomas pagal bendrą jėgos linijų, einančių per magneto skerspjūvį, skaičių.Kuo didesnis nuolatinio magneto magnetinis srautas, tuo magnetas patrauklesnis.

Nuolatinio magneto magnetinis srautas priklauso nuo plieno, iš kurio pagamintas magnetas, kokybės, paties magneto dydžio ir jo įmagnetinimo laipsnio.

Magnetinis pralaidumas

Kūno savybė leisti per save magnetinį srautą vadinama magnetiniu pralaidumu... Magnetiniam srautui lengviau pereiti orą nei per nemagnetinį kūną.

Kad būtų galima palyginti skirtingas medžiagas pagal jas magnetinis pralaidumas, įprasta laikyti, kad oro magnetinis pralaidumas yra lygus vienetui.

Jos vadinamos medžiagomis, kurių magnetinis pralaidumas mažesnis už vienetinį diamagnetinį... Joms priskiriamas varis, švinas, sidabras ir kt.

Aliuminis, platina, alavas ir kt. Jų magnetinis pralaidumas yra šiek tiek didesnis nei vienetas ir yra vadinamos paramagnetinėmis medžiagomis.

Medžiagos, kurių magnetinis pralaidumas yra daug didesnis nei vienas (matuojamas tūkstančiais), vadinamos feromagnetinėmis. Tai nikelis, kobaltas, plienas, geležis ir kt. Iš šių medžiagų ir jų lydinių gaminami visų tipų magnetiniai ir elektromagnetiniai prietaisai bei įvairių elektros mašinų dalys.

Ryšių technologijoms praktiškai įdomūs yra specialūs geležies ir nikelio lydiniai, vadinami permaloidu.