İçerik
- Manyetik Alan Nedir?
- Kalıcı mıknatıslar
- Büyük mıknatıslar güçlü bir manyetik kuvvet var mı?
- Curie Sıcaklığı Nedir?
- Elektromıknatıs
- Elektromıknatısların Kullanımı
- İlginç Manyetizma Gerçekleri
Birçok insan mıknatıslara aşinadır, çünkü genellikle mutfak dolabı üzerinde dekoratif mıknatıslar bulunur. Bununla birlikte, mıknatısların dekorasyonun ötesinde birçok pratik amacı vardır ve birçoğumuz bunu bilmeden günlük hayatımızı etkiler.
Mıknatısların nasıl çalıştığı ve diğer genel manyetizma soruları hakkında birçok soru var. Bununla birlikte, bu soruların çoğuna cevap vermek ve farklı mıknatısların farklı manyetik alan güçlerinin ne kadar güçlü olabileceğini anlamak için, bir manyetik alanın ne olduğunu ve nasıl üretildiğini anlamak önemlidir.
Manyetik Alan Nedir?
Manyetik alan, yüklü bir parçacık üzerinde etkiyen bir kuvvettir ve bu etkileşimin temel denklemi Lorentz kuvvet yasası. Bir kuvvetin tam denklemi Elektrik alanı E ve bir manyetik alan B yüklü bir parçacık üzerinde q ve hız v tarafından verilir:
vec {F} = q vec {E} + q vec {v} times vec {B}.Bunu hatırla çünkü güç F, alanlar E ve Bve hız v tüm vektörler × operasyon vektör çapraz ürün, çarpma değil.
Manyetik alanlar, genellikle adı verilen yüklü parçacıkları hareket ettirerek üretilir. elektrik akımı. Elektrik akımından kaynaklanan manyetik alanların ortak kaynakları, basit bir tel, bir ilmek içindeki bir tel ve bir dizi olarak adlandırılan bir dizi telin bir kısmı gibi elektromıknatıslardır. solenoit. Dünyanın manyetik alanı da çekirdekte yüklü yüklü parçacıkların hareket etmesinden kaynaklanır.
Bununla birlikte, buzdolabınızdaki bu mıknatıslarda akan herhangi bir akım veya güç kaynağı yok gibi görünüyor. Bunlar nasıl çalışıyor?
Kalıcı mıknatıslar
Kalıcı mıknatıs bir parçasıdır ferromanyetik malzeme manyetik alan üreten kendine özgü bir özelliğe sahiptir. Manyetik alan üreten içsel etki bir elektron dönüşüdür ve bu dönüşlerin hizalanması manyetik alanlar yaratır. Bu alanlar net bir manyetik alan ile sonuçlanır.
Ferromanyetik malzemeler, doğal olarak meydana gelen formlarında yüksek derecede bir alan düzenine sahip olma eğilimindedir; bu, tamamen harici bir manyetik alan ile kolayca hizalanabilir. Dolayısıyla ferromanyetik mıknatıslar doğada bulunduğunda manyetik olma eğilimindedir ve manyetik özelliklerini kolayca korurlar.
Diamagnetic malzemeler ferromanyetik malzemelere benzer ve doğada bulunduğunda manyetik bir alan üretebilir, ancak dış alanlara farklı tepkiler verebilir. Diamagnetic malzeme, harici bir alanın varlığında karşıt yönelimli bir manyetik alan üretecektir. Bu etki, mıknatısın istenen gücünü sınırlayabilir.
Paramanyetik malzemeler yalnızca dışsal, hizalanan bir manyetik alanın varlığında manyetiktir ve oldukça zayıf olma eğilimindedir.
Büyük mıknatıslar güçlü bir manyetik kuvvet var mı?
Belirtildiği gibi, kalıcı mıknatıslar rasgele hizalanan manyetik alanlardan oluşur. Her alan içerisinde, manyetik alan yaratan bir dereceye kadar sıralama vardır. Tüm alanların tek bir ferromanyetik malzeme parçasındaki etkileşimi bu nedenle mıknatıs için toplam veya net manyetik alanı üretir.
Alanlar rastgele dizilirse, çok küçük veya etkili bir şekilde sıfır manyetik alan olabilir. Bununla birlikte, harici bir manyetik alan sıralanmamış mıknatısa yaklaşırsa, alanlar hizalanmaya başlayacaktır. Hizalama alanının alanlara olan mesafesi, genel hizalamayı ve dolayısıyla sonuçta ortaya çıkan net manyetik alanı etkileyecektir.
Ferromanyetik bir malzemeyi harici bir manyetik alana uzun süre bırakmak, siparişin tamamlanmasına ve üretilen manyetik alanın artmasına yardımcı olabilir. Benzer şekilde, kalıcı bir mıknatısın net manyetik alanı, bölgeleri yanlış hizalayan ve net manyetik alanı azaltabilen birkaç rastgele veya engelleyici manyetik alanın getirilmesiyle azaltılabilir.
Bir mıknatısın boyutu gücünü etkiler mi? Kısa cevap evet, ancak yalnızca bir mıknatısın boyutu, aynı malzemenin daha küçük bir parçasından daha güçlü bir manyetik alanı hizalayıp üretebilen, orantılı olarak daha fazla alan olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, mıknatısın uzunluğu çok uzunsa, başıboş manyetik alanların bölgeleri yanlış hizalama ve ağ manyetik alanını azaltma şansı artmıştır.
Curie Sıcaklığı Nedir?
Bir başka mıknatıs gücü faktörü sıcaklık. 1895 yılında Fransız fizikçi Pierre Curie, manyetik malzemelerin manyetik özelliklerinin değişebileceği bir sıcaklık sınırına sahip olduğunu belirledi. Spesifik olarak, alanlar artık aynı şekilde hizalanmamaktadır, dolayısıyla hafta alanı hizalaması zayıf bir net manyetik alana neden olmaktadır.
Demir için Curie sıcaklığı yaklaşık 1418 Fahrenheit derecedir. Manyetit için yaklaşık 1060 Fahrenheit derecedir. Bu sıcaklıkların erime noktalarından önemli ölçüde düşük olduğuna dikkat edin. Böylece, mıknatısın sıcaklığı gücünü etkileyebilir.
Elektromıknatıs
Farklı bir mıknatıs kategorisi elektromıknatıslaresasen açılıp kapatılabilen mıknatıslar.
Çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılan en yaygın elektromıknatıs bir solenoiddir. Bir solenoid, döngülerin merkezinde tek biçimli bir alanla sonuçlanan bir dizi akım döngüsüdür. Bunun nedeni, her bir akım döngüsünün telin etrafında dairesel bir manyetik alan yaratmasıdır. Birkaç seriyi yerleştirerek, manyetik alanların üst üste binmesi, ilmeklerin ortasından düz, tek biçimli bir alan yaratır.
Bir solenoidal manyetik alanın büyüklüğü için denklem basitçe: B = μ0nl, nerede μ0 _ boş alanın geçirgenliği, _n birim uzunluktaki geçerli döngü sayısı ve ben içlerinden akan akımdır. Manyetik alanın yönü, sağ el kuralı ve akım akışının yönü ile belirlenir ve bu nedenle akımın yönü tersine çevrilerek tersine çevrilebilir.
Bir solenoidin kuvvetinin iki ana yolla ayarlanabileceğini görmek çok kolaydır. İlk olarak, solenoid boyunca akım arttırılabilir. Akım isteğe bağlı olarak arttırılabilir gibi görünse de, akımın aşılması halinde hasara yol açabilecek güç kaynağı veya devrenin direnci konusunda sınırlamalar olabilir.
Bu nedenle, bir solenoidin manyetik gücünü arttırmanın daha güvenli bir yolu, akım döngülerinin sayısını arttırmaktır. Manyetik alan açıkça orantılı olarak artar. Bu durumda, tek sınırlama mevcut olan tel miktarı veya eğer solenoid mevcut döngü sayısı nedeniyle çok uzunsa uzamsal sınırlamalar olabilir.
Solenoidlerin yanı sıra pek çok çeşit elektromanyetik vardır, ancak hepsinin aynı genel özelliği vardır: Güçleri, akımla orantılıdır.
Elektromıknatısların Kullanımı
Elektromıknatıslar her yerde bulunur ve birçok kullanıma sahiptir. Bir elektromıknatısın, özellikle bir solenoidin yaygın ve çok basit bir örneği bir konuşmacıdır. Hoparlörden geçen değişken akım, solenoidal manyetik alanın kuvvetinin artmasına ve azalmasına neden olur.
Bu olurken, solenoidin bir ucuna ve titreşimli bir yüzeye karşı, özellikle kalıcı bir mıknatıs olan başka bir mıknatıs yerleştirilir. Değişken solenoidal alan nedeniyle iki manyetik alan çekip iterken, titreşimli yüzey çekilerek ses çıkarılarak itilir.
Daha kaliteli hoparlörler, daha yüksek kalitede ses çıkışı oluşturmak için yüksek kaliteli solenoidler, kalıcı mıknatıslar ve titreşimli yüzeyler kullanır.
İlginç Manyetizma Gerçekleri
Dünyadaki en büyük mıknatıs, dünyanın kendisidir! Bahsedildiği gibi, dünyanın çekirdeği ile oluşturulan akımlardan dolayı manyetik bir alanı vardır. Birçok küçük el mıknatısına göre çok güçlü bir manyetik alan veya parçacık hızlandırıcılarında bir kez kullanılmasa da, dünyanın kendisi bildiğimiz en büyük mıknatıslardan biridir!
Bir başka ilginç manyetik malzeme de manyetittir. Manyetit, yalnızca çok yaygın olan bir demir cevheri değil, aynı zamanda demir içeriği en yüksek mineraldir. Bazen yeryüzünün manyetik alanı ile aynı hizada olan manyetik bir alana sahip olma özelliğinden dolayı, bazen lodestone olarak adlandırılır. Bu nedenle, MÖ 300 kadar erken bir manyetik pusula olarak kullanıldı.