Mıknatıslar Ne Yapılır?

İçerik

• TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)
• Mıknatısların ve Manyetizmanın Tanımlanması
• Mıknatıs Çeşitleri
• Kalıcı mıknatıslar
• Geçici mıknatıslar
• Elektromıknatıs
• Dünyanın En Büyük Mıknatısı

Mıknatıslar gizemli görünüyor. Görünmeyen kuvvetler manyetik malzemeleri bir araya toplar ya da bir mıknatısın çevirerek birbirinden uzaklaştırır. Mıknatıslar ne kadar güçlüyse çekim veya itme gücü o kadar güçlüdür. Ve elbette, Dünya'nın kendisi bir mıknatıstır. Bazı mıknatıslar çelikten yapılmışken, diğer mıknatıs türleri vardır.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadı)

Manyetit, doğal bir manyetik mineraldir. Dönen Dünya çekirdeği bir manyetik alan oluşturur. Alnico mıknatıslar, daha az miktarda alüminyum, bakır ve titanyum içeren alüminyum, nikel ve kobalttan yapılır. Seramik veya ferrit mıknatıslar, baryum oksit veya demir oksit ile alaşımlı stronsiyum oksitten yapılır. İki nadir toprak mıknatısı, iz elementler (demir, bakır, zirkon) ve neodim demir bor mıknatıslarla birlikte bir samaryum-kobalt alaşımı içeren samaryum kobalttır.

Mıknatısların ve Manyetizmanın Tanımlanması

Manyetik alan üreten ve diğer manyetik alanlarla etkileşime giren herhangi bir nesne bir mıknatıstır. Mıknatısların pozitif bir ucu veya kutbu ve negatif bir ucu veya kutbu vardır. Mıknatıs alanının çizgileri, pozitif kutbundan (kuzey kutbu olarak da bilinir) negatif (güney) kutbuna gider. Manyetizma iki mıknatıs arasındaki etkileşimi ifade eder. Karşıtlar çeker, bu nedenle bir mıknatısın pozitif kutbu ve bir başka mıknatısın negatif kutbu birbirini çeker.

Mıknatıs Çeşitleri

Üç genel tip mıknatıs vardır: kalıcı mıknatıslar, geçici mıknatıslar ve elektromıknatıslar. Kalıcı mıknatıslar manyetik kalitelerini uzun süre korurlar. Geçici mıknatıslar manyetizmalarını hızla kaybederler. Elektromıknatıslar manyetik bir alan oluşturmak için elektrik akımı kullanır.

Kalıcı mıknatıslar

Kalıcı mıknatıslar manyetik özelliklerini uzun süre tutar. Kalıcı mıknatıslardaki değişiklikler, mıknatısın gücüne ve mıknatısların bileşimine bağlıdır. Değişiklikler genellikle sıcaklıktaki değişikliklerden kaynaklanır (genellikle artan sıcaklık). Curie sıcaklıklarına ısıtılan mıknatıslar manyetik özelliklerini kalıcı olarak kaybederler, çünkü atomlar manyetik etkiye neden olan konfigürasyondan kayarlar. Keşif Pierre Curie için adlandırılan Curie sıcaklığı, manyetik malzemeye bağlı olarak değişir.

Doğal olarak oluşan kalıcı bir mıknatıs olan manyetit, zayıf bir mıknatıstır. Daha güçlü kalıcı mıknatıslar Alnico, neodim demir bor, samaryum-kobalt ve seramik veya ferrit mıknatıslardır. Bu mıknatısların hepsi daimi mıknatıs tanımının gerekliliklerini yerine getirir.

Manyetit

Lodestone olarak da bilinen Magnetite, Çin yeşim avcılarından dünya gezginlerine kadar çeşitli kaşiflerden pusula iğneleri sağladı. Mineral manyetit, demir, düşük oksijenli bir atmosferde ısıtıldığında demir oksit bileşiği Fe ile sonuçlandığında oluşur.₃Ö₄. Manyetit şeritleri pergel görevi görür. Pusulalar 250CC'ye kadar uzanıyor. Çin'de güney işaretçileri olarak adlandırılan yerler.

Alnico Alaşımlı Mıknatıslar

Alnico mıknatıslar yaygın olarak yüzde 35 alüminyum (Al), yüzde 35 nikel (Ni) ve yüzde 15 kobalt (Co) bileşiğinden, yüzde 7 alüminyum (Al), yüzde 4 bakır (Cu) ve yüzde 4 titanyumdan (4) oluşan mıknatıslar kullanılır. Ti). Bu mıknatıslar 1930'larda geliştirildi ve 1940'larda popüler oldu. Sıcaklık, Alnico mıknatıslar üzerinde diğer yapay olarak üretilen mıknatıslardan daha az etkilidir. Ancak Alnico mıknatıslar daha kolay bir şekilde manyetikten arındırılabilir, bu nedenle Alnico bar ve at nalı mıknatısların düzgün şekilde depolanmaları gerekir;

Alnico mıknatıslar, özellikle hoparlörler ve mikrofonlar gibi ses sistemlerinde birçok şekilde kullanılır. Alnico mıknatısların avantajları arasında yüksek korozyon direnci, yüksek fiziksel güç (kolay kırılma veya çatlama) ve yüksek sıcaklık dayanımı (540 dereceye kadar) bulunur. Dezavantajları diğer yapay mıknatıslardan daha zayıf manyetik çekimi içerir.

Seramik (Ferrit) Mıknatıslar

1950'lerde yeni bir mıknatıs grubu geliştirildi. Seramik mıknatıslar olarak da adlandırılan sert altıgen ferritler, ince dilimler halinde kesilebilir ve manyetik özelliklerini kaybetmeden düşük seviyeli manyetik giderme alanlarına maruz kalabilir. Onlar da yapmak için ucuz. Moleküler altıgen ferrit yapısı, demir oksit (BaO ∙ 6Fe ile alaşımlı her iki baryum okside de oluşur.₂Ö₃) ve demir oksit ile alaşımlı stronsiyum oksit (SrO ∙ 6Fe₂Ö₃). Stronsiyum (Sr) ferriti biraz daha iyi manyetik özelliklere sahiptir. En sık kullanılan kalıcı mıknatıslar ferrit (seramik) mıknatıslardır. Maliyetin yanı sıra, seramik mıknatısların avantajları arasında iyi manyetik giderme direnci ve yüksek korozyon direnci bulunur. Ancak, kırılgan ve kolayca kırılırlar.

Samaryum-Kobalt Mıknatıslar

Samaryum-kobalt mıknatıslar 1967'de geliştirildi. Bu mıknatıslar, SmCo moleküler bir bileşimi ile₅, ilk ticari nadir toprak ve geçiş metali sabit mıknatısları oldu. 1976'da, Sm moleküler bir yapıya sahip, iz elementler (demir, bakır ve zirkon) içeren bir samaryum kobaltı alaşımı geliştirilmiştir.₂(Co, Fe, Cu, Zr)₁₇. Bu mıknatıslar, yüksek sıcaklıktaki uygulamalarda, yaklaşık 500 ° C'ye kadar kullanım için büyük potansiyele sahiptir, ancak malzemelerin yüksek maliyeti, bu tür mıknatısların kullanımını sınırlar. Samaryum nadir bulunan elementler arasında bile nadirdir ve kobalt stratejik bir metal olarak sınıflandırılır, bu nedenle malzemeler kontrol edilir.

Samaryum-kobalt mıknatıslar nemli koşullarda iyi çalışır. Diğer avantajlar arasında yüksek ısı direnci, düşük sıcaklıklara (-273 C) direnç ve yüksek korozyon direnci bulunur. Seramik mıknatıslar gibi, ancak, samaryum-kobalt mıknatıslar kırılgandır. Belirtildiği gibi daha pahalıdırlar.

Neodim Demir Bor Mıknatıslar

Neodim demir bor (NdFeB veya NIB) mıknatıslar 1983 yılında icat edildi. Bu mıknatıslar nadir toprak elementi olan yüzde 70 demir, yüzde 5 bor ve yüzde 25 neodim içerir. NIB mıknatısları hızlı bir şekilde paslanır, bu yüzden üretim sürecinde genellikle nikelden koruyucu bir kaplama alırlar. Nikel yerine alüminyum, çinko veya epoksi reçine kaplamaları kullanılabilir.

Her ne kadar NIB mıknatısları bilinen en güçlü kalıcı mıknatıslar olsalar da, diğer kalıcı mıknatıslardan en düşük Curie sıcaklığına, yaklaşık 350 C'ye (bazı kaynaklar 80 C kadar düşük diyebilir) sahiptir. Bu düşük Curie sıcaklığı endüstriyel kullanımlarını sınırlar. Neodim demir bor mıknatıslar, cep telefonları ve bilgisayarlar dahil olmak üzere ev elektroniğinin önemli bir parçası haline geldi. Neodim demir bor mıknatıslar manyetik rezonans görüntüleme (MRG) makinelerinde de kullanılır.

NIB mıknatıslarının avantajları arasında güç / ağırlık oranı (1.300 kata kadar), insan-rahat sıcaklıklarda manyetikleşmeye karşı yüksek direnç ve maliyet etkinliği sayılabilir. Dezavantajları, düşük Curie sıcaklıklarında mıknatıslanma kaybını, düşük korozyon direncini (eğer kaplamanın hasar görmesi durumunda) ve kırılganlığı (diğer mıknatıslar veya metallerle ani çarpışmalarda kırılabilir, çatlayabilir veya talaşlayabilir.) .)

Geçici mıknatıslar

Geçici mıknatıslar, yumuşak demir malzemeler denilen şeylerden oluşur. Yumuşak demir, atomların ve elektronların demirin içinde hizalanıp, bir süre mıknatıs gibi davranabileceği anlamına gelir. Manyetik metaller listesi çiviler, ataç ve demir içeren diğer malzemeleri içerir. Geçici mıknatıslar manyetik alana maruz kaldıklarında veya manyetik alanlara yerleştirildiğinde mıknatıs haline gelirler. Örneğin, bir mıknatısla ovulan bir iğne geçici bir mıknatısa dönüşür, çünkü mıknatıs elektronların iğne içinde hizalanmasına neden olur. Manyetik alan veya mıknatısa maruz kalma yeterince güçlüyse, yumuşak ütüler, en azından ısı, şok veya zaman atomların hizalanmalarını yitirene kadar kalıcı mıknatıslar haline gelebilir.

Elektromıknatıs

Üçüncü tip mıknatıs, elektrik bir telden geçtiğinde meydana gelir. Telin yumuşak bir demir çekirdek etrafına sarılması, manyetik alanın gücünü arttırır. Elektriğin arttırılması, manyetik alanın gücünü arttırır. Elektrik kablodan geçtiğinde, mıknatıs çalışır. Elektron akışını durdurun ve manyetik alan çöker. (Bkz. Phet elektromanyetizma simülasyonu için kaynaklar.)

Dünyanın En Büyük Mıknatısı

Dünyanın en büyük mıknatısı aslında Dünya'dır. Dünya'nın sıvı demir-nikel dış çekirdeğinde dönen katı demir-nikel iç çekirdeği bir dinamo gibi davranarak manyetik bir alan oluşturur. Zayıf manyetik alan, Dünya ekseninden yaklaşık 11 derecede eğilmiş bir çubuk mıknatıs gibi davranır. Bu manyetik alanın kuzey ucu, çubuk mıknatısın güney kutbudur. Karşıt manyetik alanlar birbirlerini çektiğinden, manyetik bir pusulanın kuzey ucu, kuzey kutbunun yanında bulunan Dünya manyetik alanının güney ucuna işaret eder (başka bir deyişle, Dünyanın güneyindeki manyetik kutbu aslında coğrafi kuzey kutbunun yanında bulunur. , yine de sık sık o güney manyetik kutbun kuzey manyetik kutbu olarak etiketlenmiş olduğunu göreceksiniz).

Dünyanın manyetik alanı, dünyayı saran manyetosferi üretir. Güneş rüzgârının manyetosferle etkileşimi, Aurora Borealis ve Aurora Australis olarak bilinen kuzey ve güney ışıklarına neden olur.

Dünya'nın manyetik alanı, lav akışındaki demir minerallerini de etkiler. Lavtaki demir mineralleri Dünya'nın manyetik alanıyla aynı hizada. Bu hizalanmış mineraller lav soğudukça yerine "donar". Atlantik orta sırtının her iki tarafındaki bazalt akışlarındaki manyetik hizalama çalışmaları, yalnızca Dünya'nın manyetik alanının tersine çevrilmesi için değil, aynı zamanda plaka tektoniği teorisi için de kanıt sağlar.