Magnety: co, typy, důležitá fakta, která začátečníci musí vědět

Obsah

• Historie magnetů
• Druhy magnetických materiálů
• Diamagnetické materiály
• Paramagnetické materiály
• Feromagnetické materiály
• Druhy magnetů
• Tvrdé magnety a měkké magnety
• Permanentní magnet a elektromagnet
• Aplikace elektromagnetů

Historie magnetů

Nejprve od kamenů (nebo magnetitu) dostali lidé představu o práci magnetů, což jsou magnetizované kousky železné rudy nalezené v přírodě. Slovo magnet pocházelo z řečtiny, ze země zvané „Magnesia“, části starověkého Řecka, kde byly nalezeny kamenné kameny. Na konci 12. století našeho letopočtu byly magnety použity a magnetické kompasy byly postaveny a použity v navigaci v různých částech světa, jako je Čína, Evropa atd.

Magnety jsou v zásadě materiál, který produkuje magnetická pole. Fyzici Curie a Faraday zjistili, že téměř všechny materiály mají určité magnetické vlastnosti a podle magnetického chování je rozdělili do tří kategorií:

• Diamagnetické materiály
• Paramagnetické materiály
• Feromagnetické materiály

Druhy magnetů:

Tvrdé magnetické materiály: 

Tvrdé magnety jsou obecně feromagnetické materiály, které mají schopnost udržet magnetizaci po poměrně dlouhou dobu, tj. Materiál by měl mít vysokou retenci.

Tvrdé magnety by také měly mít vysoký stupeň donucenítj. pouze velká velikost vnějšího magnetického pole by měla být schopna eliminovat zbytkový magnetismus zadržený materiálem.

Některé příklady tvrdých magnetických materiálů jsou Alnico (slitina tvořená kombinací železa, kobaltu, hliníku, niklu a mědi) a lodestone (přirozeně se vyskytující kov).

Měkké magnetické materiály: 

Měkké magnety jsou také feromagnetické materiály, které si mohou uchovat svoji magnetizaci, dokud opouští vnější magnetické pole, tj. Mají nízkou retenci. Mají také nízkou míru koercitivity, tj. Jejich zadrženou magnetizaci (i když je velmi menší) lze velmi snadno eliminovat.

Proto je lze snadno magnetizovat a demagnetizovat.

Tyto druhy materiálů (měkké magnety) se používají k výrobě elektromagnetu, protože elektromagnetický materiál by měl mít nízkou retenci a také nízkou koercivitu. Měkké železo je vhodný materiál jako měkký feromagnet.

.

Dva typy magnetů: permanentní magnet a elektromagnet

Permanentní magnety:

Materiály, které si po dlouhou dobu mohou při normální pokojové teplotě udržet své feromagnetické vlastnosti, lze klasifikovat jako permanentní magnety.

Vysokým stupněm retence (magnet si může udržet svůj magnetismus i při nepřítomnosti vnějšího magnetického pole) a také vysokým stupněm koercitivity (magnetická vlastnost není externími magnetickými poli vymazána) je nezbytný permanentní magnet.

Permanentní magnety by také měly být odolné vůči mechanickému namáhání a změnám teploty. 

Jak bylo uvedeno výše, magnetické pole je vytvářeno měnícím se elektrickým polem. Proto se předpokládá, že magnetické pole permanentního magnetu je důsledkem rovnoměrného otáčení elektronů v určitém směru v atomech materiálu, protože elektrický náboj v pohybu vytváří měnící se elektrické pole. Tento druh rovnoměrného otáčení elektronů v atomech materiálu je v zásadě způsoben atomovou strukturou a elektronickou orientací materiálu. Proto pouze několik typů látek má schopnost trvale udržovat nebo zadržovat magnetické pole.

Lodestone, Alnico, jak je uvedeno v tvrdých magnetech, může být příkladem permanentního magnetu. Z diskusí, které jsme měli, lze odvodit, že ocel je vhodnější pro výrobu permanentních magnetů než železo, protože ocel má mnohem vyšší hodnotu koercitivity než železo, i když železo má o něco vyšší retenci než ocel. Pro výrobu permanentního magnetu byla vyvinuta řada slitin s poměrně velkými hodnotami retence a koercivity. Taková slitina s velmi vysokou hodnotou koercivity se nazývá vokálně (slitina vyrobená z vanadu, železa a kobaltu).

Elektromagnety

Elektromagnety jsou obecně konstruovány navíjením materiálu (obvykle feromagnetických materiálů) vodičem v cívce a připojením vodičů k proměnlivému napájecímu zdroji (tak, aby se mohl měnit proud v vodičích).

Jak funguje elektromagnet?

Když vodičem protéká proud, magnetické pole produkované každou z jednotlivých smyček cívky se sečte s magnetickým polem sousedních smyček a dohromady funguje jako silný tyčový magnet se zřetelným severním a jižním pólem.

Tento výsledný tyčový magnet se zřetelným severním a jižním pólem je mnohem silnější než jakýkoli permanentní tyčový magnet, který lze libovolně magnetizovat a demagnetizovat, tj. Může se chovat jako magnet pouze v případě potřeby.

Materiál použitý jako jádro by měl mít vysokou propustnost, nízkou retenci a také nízkou koercitivitu. V elektromagnetu lze magnetické pole a hustotu toku snadno měnit podle proudu ve vinutí. Tato vlastnost elektromagnetu je široce používána v různých aplikacích, ale na rozdíl od permanentního magnetu vyžaduje tento zdroj napájení, aby fungoval, a také pro elektromagnet, dochází k určité ztrátě energie při magnetizaci a demagnetizaci jádra, jak bylo dříve studováno ve formě hysterezní smyčka.

Tvorba severního a jižního pólu, když proud protéká vinutími, závisí na směru toku proudu ve smyčkách. Podle níže uvedeného diagramu lze předpovědět, kde se severní a jižní pól vytvoří.

Faktory, na kterých závisí síla elektromagnetu

Síla magnetického pole nebo hustota magnetického toku závisí na množství proudu protékajícího vinutími a také počet závitů v cívce. Přesněji řečeno, síla magnetického pole je přímo úměrná oběma z nich, což je relevantní z vyjádření magnetomotorické síly, která je následující:

Magneto-hnací síla (MMF) = IXN 

kde  je proud protékající vinutím a N je počet závitů.

Další podmínka, za které magnetická síla an elektromagnet závisí na materiálu použitém jako jádro. Obecně je jádro vyrobeno z feromagnetického materiálu s vysokým stupněm propustnosti (míra snadnosti, kterou magnetizační pole může proniknout nebo proniknout daným materiálem). Pokud použijeme jakýkoli nemagnetický materiál, jako je dřevo, plast atd., Lze předpokládat, že jádro je tvořeno volným prostorem, protože propustnost takového materiálu je velmi nízká, a proto bude hustota magnetického toku zanedbatelná.

Aplikace elektromagnetů

• Elektromagnety se široce používají v elektrických zařízeních, jako jsou elektrické zvonky, indukční ohřívače, elektrické ventilátory, telegraf, elektrické vlaky, elektrický motor-generátor atd.
• Používají se k magnetické levitaci jako ve vlacích maglev.
• Používají se ve sluchátkách, reproduktorech, magnetofonech a dokonce i na pevných discích našich počítačů.
• Používají se jako relé a v zařízeních, jako jsou hmotnostní spektrometry, a dokonce i v urychlovačích částic.
• Používají se dokonce i pro lékařské účely, jako je odstraňování kousků železa z ran, a také ve strojích pro magnetickou rezonanci. 

Další článek týkající se elektroniky klikněte zde

Také čtení:

• S polarizované vs. P polarizované
• Typy harmonických oscilátorů
• Lze fúzi ovládat
• Mraky a mlha
• Podmínky dynamické rovnováhy
• Proč je nebe modré
• rozpustnost
• Numerické úlohy na gravitační třídě 9
• 4 důležité fáze slunce
• Typy kladek