Mágnesesség és elektromágnesesség
Természetes és mesterséges mágnesek
A kohászati ipar számára bányászott vasércek között található a mágneses vasérc nevű érc. Ennek az ércnek az a tulajdonsága, hogy vastárgyakat vonz magához.
Az ilyen vasérc egy darabját természetes mágnesnek nevezik, és a vonzó tulajdonsága a mágnesesség.
Napjainkban a mágnesesség jelenségét rendkívül széles körben alkalmazzák különféle elektromos berendezésekben. Most azonban nem természetes, hanem úgynevezett mesterséges mágneseket használnak.
A mesterséges mágnesek speciális acélból készülnek. Egy ilyen acéldarabot speciális módon mágneseznek, ami után mágneses tulajdonságokat szerez, azaz válik állandómágnes.
Az állandó mágnesek alakja rendeltetésüktől függően nagyon változatos lehet.
Az állandó mágnesben csak a pólusai bírnak gravitációs erőkkel. A mágnes északi irányú végét északi pólusú mágnesnek, a déli pólusú mágnest pedig déli pólusú mágnesnek nevezik. Minden állandó mágnesnek két pólusa van: északi és déli. A mágnes északi pólusát C vagy N, a déli pólust Yu vagy S betű jelzi.
A mágnes vasat, acélt, öntöttvasat, nikkelt, kobaltot vonz magához. Mindezeket a testeket mágneses testeknek nevezzük. Minden más testet, amelyet nem vonz a mágnes, nem mágneses testnek nevezünk.
A mágnes szerkezete. Mágnesezés
Minden test, beleértve a mágneses testet is, a legkisebb részecskékből - molekulákból - áll. A nem mágneses testek molekuláitól eltérően a mágneses testek molekulái mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek molekuláris mágneseket képviselnek. A mágneses test belsejében ezek a molekuláris mágnesek különböző irányú tengelyekkel vannak elrendezve, így maga a test nem mutat semmilyen mágneses tulajdonságot. De ha ezeket a mágneseket kényszerítik a tengelyük körül forogni úgy, hogy az északi pólusaik az egyik, a déli pólusaik pedig a másik irányba fordulnak, akkor a test mágneses tulajdonságokat kap, vagyis mágnessé válik.
Mágnesezésnek nevezzük azt a folyamatot, amelynek során a mágneses test elnyeri a mágnes tulajdonságait... Az állandó mágnesek gyártásánál a mágnesezést elektromos áram segítségével végzik. De a testet más módon is mágnesezheti, egy közönséges állandó mágnes segítségével.
Ha egy egyenes vonalú mágnest semleges vonal mentén vágunk, akkor két független mágnest kapunk, és a mágnes végének polaritása megmarad, és a vágás eredményeként kapott végein ellentétes pólusok jelennek meg.
Az így kapott mágnesek mindegyike két mágnesre is osztható, és bármennyire is folytatjuk ezt a felosztást, mindig kapunk két pólusú független mágneseket. Lehetetlen egy mágneses pólusú rudat előállítani. Ez a példa megerősíti azt az álláspontot, hogy a mágneses test sok molekuláris mágnesből áll.
A mágneses testek a molekuláris mágnesek mobilitási fokában különböznek egymástól. Vannak testek, amelyek gyorsan mágneseződnek és ugyanolyan gyorsan demagnetizálódnak. Ezzel szemben vannak olyan testek, amelyek lassan mágneseznek, de hosszú ideig megőrzik mágneses tulajdonságaikat.
Tehát a vas egy külső mágnes hatására gyorsan mágneseződik, de ugyanilyen gyorsan demagnetizálódik, vagyis a mágnes eltávolításakor elveszti mágneses tulajdonságait Az acél mágnesezés után hosszú ideig megőrzi mágneses tulajdonságait, azaz , állandó mágnessé válik.
A vas gyors mágnesezõ és lemágnesezõ tulajdonsága azzal magyarázható, hogy a vas molekuláris mágnesei rendkívül mozgékonyak, külsõ mágneses erõk hatására könnyen forognak, de ugyanolyan gyorsan visszatérnek korábbi rendezetlen helyzetükbe, amikor a mágnesezõ test eltávolítva.
A vasban azonban a mágnesek kis része és az állandó mágnes eltávolítása után még egy ideig a mágnesezéskor elfoglalt helyzetben marad. Ezért a mágnesezés után a vas megtartja nagyon gyenge mágneses tulajdonságait. Ezt megerősíti az a tény, hogy amikor a vaslemezt eltávolították a mágnes pólusáról, nem esett le az összes fűrészpor a végéről - egy kis része a lemezhez vonzódva maradt.
Az acél tulajdonsága, hogy sokáig mágnesezett marad, azzal magyarázható, hogy az acél molekuláris mágnesei a mágnesezés során alig forognak a kívánt irányba, de a mágnesező test eltávolítása után is hosszú ideig megtartják stabil helyzetüket.
A mágneses test azon képességét, hogy mágnesezés után mágneses tulajdonságokat mutatjon ki, maradék mágnesességnek nevezzük.
A reziduális mágnesesség jelenségét az okozza, hogy a mágneses testben egy úgynevezett késleltető erő működik, amely a molekuláris mágneseket a mágnesezés során elfoglalt helyzetben tartja.
A vasban a késleltető erő hatása nagyon gyenge, ennek következtében gyorsan demagnetizálódik, és nagyon kicsi a maradék mágnesesség.
A vas gyors mágnesezõ és lemágnesezõ tulajdonságát rendkívül széles körben használják az elektrotechnikában. Elég azt mondani, hogy a magok mindegyik elektromágnesekaz elektromos készülékekben használtak speciális vasból készülnek, rendkívül alacsony maradék mágnesességgel.
Az acélnak nagy tartóereje van, ennek köszönhetően megmarad benne a mágnesesség tulajdonsága. ezért állandó mágnesek speciális acélötvözetekből készülnek.
Az állandó mágnesek tulajdonságait károsan befolyásolják az ütések, ütések és a hirtelen hőmérséklet-ingadozások. Ha például egy állandó mágnest vörösre melegítünk, majd hagyjuk lehűlni, akkor teljesen elveszíti mágneses tulajdonságait. Hasonlóképpen, ha egy állandó mágnest ütéseknek tesz ki, akkor vonzási ereje jelentősen csökken.
Ez azzal magyarázható, hogy erős melegítés vagy lökés esetén a késleltető erő hatását leküzdjük, és így a molekuláris mágnesek rendezett elrendezése megzavarodik. Ezért az állandó mágnesekkel és az állandó mágneses eszközökkel óvatosan kell bánni.
Mágneses erővonalak. A mágnesek pólusainak kölcsönhatása
Minden mágnes körül van egy ún mágneses mező.
Mágneses mezőnek nevezzük azt a teret, amelyben a mágneses erők... Az állandó mágnes mágneses tere a térnek az a része, amelyben egy egyenes vonalú mágnes mezői és ennek a mágnesnek a mágneses erői hatnak.
A mágneses tér mágneses erői bizonyos irányokban hatnak... A mágneses erők hatásirányait megegyezés szerint mágneses erővonalaknak nevezzük... Ezt a kifejezést széles körben használják az elektrotechnika tanulmányozásában, de emlékezni kell rá. hogy a mágneses erővonalak nem anyagiak: ez egy konvencionális kifejezés, amelyet csak a mágneses tér tulajdonságainak megértésének megkönnyítésére vezettek be.
A mágneses tér alakja, vagyis a mágneses erővonalak térbeli elhelyezkedése magának a mágnesnek az alakjától függ.
A mágneses erővonalak számos tulajdonsággal rendelkeznek: mindig zártak, soha nem keresztezik egymást, hajlamosak a legrövidebb utat bejárni, és taszítják egymást, ha egy irányba mutatnak. Általánosan elfogadott, hogy az erővonalak az északi pólusból lépnek ki és lépjen be a déli pólusába; a mágnes belsejében irányuk van a déli pólustól észak felé.
Ahogy a mágneses pólusok taszítják, a mágneses pólusokkal ellentétben a vonzzák.
A gyakorlatban könnyű meggyőzni magát mindkét következtetés helyességéről. Vegyünk egy iránytűt, és vigyük hozzá egy egyenes mágnes egyik pólusát, például az északi pólust. Látni fogja, hogy a nyíl azonnal a déli végét a mágnes északi pólusa felé fordítja. Ha gyorsan elfordítja a mágnest 180 ° -kal, akkor a mágnestű azonnal elfordul 180 ° -kal, azaz az északi vége a mágnes déli pólusa felé néz.
Mágneses indukció. Mágneses fluxus
Az állandó mágnes mágneses testre ható ereje (vonzóereje) a mágnes pólusa és a test közötti távolság növekedésével csökken. A mágnes közvetlenül a pólusainál fejti ki a legnagyobb vonzási erőt, vagyis pontosan ott, ahol a mágneses erővonalak a legsűrűbben helyezkednek el. A pólustól távolodva az erővonalak sűrűsége csökken, egyre ritkábban találhatók meg, ezzel együtt a mágnes vonzási ereje is gyengül.
Így a mágnes vonzási ereje a mágneses tér különböző pontjain nem azonos, és az erővonalak sűrűsége jellemzi. A mágneses tér különböző pontjain történő jellemzésére egy olyan mennyiséget vezetünk be, amelyet mágneses tér indukciónak nevezünk.
A mező mágneses indukciója számszerűen megegyezik az irányukra merőlegesen elhelyezkedő, 1 cm2-es területen áthaladó erővonalak számával.
Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb a térvonalak sűrűsége a mező adott pontjában, annál nagyobb a mágneses indukció abban a pontban.
A bármely területen áthaladó mágneses erővonalak teljes számát mágneses fluxusnak nevezzük.
A mágneses fluxust F betűvel jelöljük, és a mágneses indukcióhoz kapcsolódik a következő összefüggésen keresztül:
Ф = BS,
ahol F a mágneses fluxus, V a mező mágneses indukciója; S az adott mágneses fluxus által áthatolt terület.
Ez a képlet csak akkor érvényes, ha az S terület merőleges a mágneses fluxus irányára. Ellenkező esetben a mágneses fluxus nagysága attól is függ, hogy az S terület milyen szögben helyezkedik el, és akkor a képlet bonyolultabb formát ölt.
Az állandó mágnes mágneses fluxusát a mágnes keresztmetszetén áthaladó erővonalak teljes száma határozza meg.Minél nagyobb egy állandó mágnes mágneses fluxusa, annál vonzóbb a mágnes.
Az állandó mágnes mágneses fluxusa a mágnest alkotó acél minőségétől, magának a mágnesnek a méretétől és a mágnesezettségének mértékétől függ.
Mágneses permeabilitás
A testnek azt a tulajdonságát, hogy mágneses fluxust enged át magán, mágneses permeabilitásnak nevezzük... A mágneses fluxus könnyebben áthalad a levegőn, mint egy nem mágneses testen.
Összehasonlítani a különböző anyagokat azok szerint mágneses permeabilitás, a levegő mágneses permeabilitását egységgel egyenlőnek szokás tekinteni.
Az egységnyi diamágnesesnél kisebb mágneses áteresztőképességű anyagoknak nevezik... Ide tartozik a réz, ólom, ezüst stb.
Alumínium, platina, ón stb. Mágneses áteresztőképességük valamivel nagyobb, mint az egység, és paramágneses anyagoknak nevezik őket.
Ferromágnesesnek nevezzük azokat az anyagokat, amelyek mágneses permeabilitása sokkal nagyobb, mint egy (ezrekben mérve). Ezek közé tartozik a nikkel, kobalt, acél, vas stb. Ezekből az anyagokból és ötvözeteikből minden típusú mágneses és elektromágneses eszköz, valamint különféle elektromos gépek alkatrésze készül.
A kommunikációs technológiák gyakorlati érdekességei a permaloidnak nevezett speciális vas-nikkel ötvözetek.