Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

21.2: Магніти

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    75047

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    навчальні цілі

    • Визначте два типи магнітів

    Феромагнетики та електромагніти

    Спільною мовою часто розуміють, що «магніт» відноситься до постійного магніту, як той, який може прикрасити холодильник сім'ї, або функціонувати як голка в компасі мандрівного. Такі магніти називаються феромагнетиками. У другому класі магнітів, відомих як електромагніти, магнітне поле генерується за допомогою електричного струму. Ці магніти можна знайти у всіх типах електронних пристроїв. Нижче ми розглянемо ці два типи магнітів.

    Феромагнетики

    Лише деякі матеріали (наприклад, залізо, кобальт, нікель та гадоліній) виявляють сильні магнітні ефекти. Ці матеріали називаються феромагнітними, після латинського слова ferrum (залізо). Група матеріалів, виготовлених зі сплавів рідкоземельних елементів, також використовується як міцні та постійні магніти (неодим є поширеним). Інші матеріали демонструють слабкі магнітні ефекти, які можна виявити лише за допомогою чутливих приладів. Феромагнітні матеріали не тільки сильно реагують на магніти (так, як залізо притягується до магнітів), вони також можуть бути намагнічені самі - тобто їх можна спонукати стати магнітними або перетворити на постійні магніти.

    Коли магніт наближається до раніше незамагніченого феромагнітного матеріалу, це викликає локальну намагніченість матеріалу з несхожими полюсами найближчими, як в. Це призводить до тяжіння раніше незамагніченого матеріалу до магніту, як показано на схемі. Коли струм виробляє магнітне поле в мікроскопічному масштабі, як показано на малюнку, області всередині матеріалу, званого магнітними доменами, діють як невеликі стрижні магніти. У межах доменів полюси окремих атомів вирівняні, і кожен атом діє як крихітний стрижневий магніт. У незамагніченому феромагнітному об'єкті домени невеликі і орієнтовані хаотично. У відповідь на зовнішнє магнітне поле домени можуть збільшуватися до міліметрового розміру, вирівнюючись, як показано в частині (b) другого малюнка. Ця індукована намагніченість може стати постійною, якщо матеріал нагрівається, а потім охолоджується, або просто постукується в присутності інших магнітів.

    зображення

    Струм виробляє магнітне поле: Струм (I) через дріт виробляє магнітне поле (B). Поле орієнтується за правилом правого боку.

    зображення

    Немагнітне до намагніченого заліза: (а) Ненамагнічений шматок заліза (або інший феромагнітний матеріал) має випадково орієнтовані домени. (b) При намагнічуванні зовнішнім полем домени показують більше вирівнювання, а деякі ростуть за рахунок інших. Окремі атоми вирівняні в межах доменів; кожен атом діє як крихітний стрижневий магніт.

    І навпаки, постійний магніт може бути розмагнічений сильними ударами або нагріванням його при відсутності іншого магніту. Підвищений тепловий рух при більш високій температурі може порушити та рандомізувати орієнтацію та розмір доменів. Існує чітко визначена температура для феромагнітних матеріалів, яка називається температурою Кюрі, вище якої вони не можуть бути намагнічені. Температура Кюрі для заліза значно вище кімнатної температури на 1043 К (770ºC). Деякі елементи та сплави мають температуру Кюрі набагато нижчу за кімнатну, і феромагнітні лише нижче цих температур.

    Електромагніти

    В електромагніті магнітне поле виробляється потоком електричного струму. Якщо струм зникає, магнітне поле відключається. Електромагніти широко використовуються як компоненти електричних пристроїв, таких як двигуни, генератори, реле, гучномовці, жорсткі диски, машини МРТ, наукові прилади та обладнання для магнітної сепарації; вони також використовуються як промислові підйомні електромагніти для підйому та переміщення важких залізних предметів, таких як металобрухт.

    Електричний струм, що протікає в дроті, створює магнітне поле навколо дроту. Щоб сконцентрувати магнітне поле, провід намотують в котушку з безліччю витків дроту, що лежать поруч. Магнітне поле з усіх витків дроту проходить через центр котушки, створюючи там сильне магнітне поле. Котушка, що утворює форму прямої трубки (спіралі), називається соленоїдом, як показано на. Набагато сильніші магнітні поля можуть бути створені, якщо всередині котушки помістити «сердечник» з феромагнітного матеріалу (наприклад, м'якого заліза). Завдяки високій магнітної проникності μ феромагнітного матеріалу феромагнітний сердечник збільшує магнітне поле в тисячі разів напруженість поля однієї лише котушки. Це називається феромагнетичним сердечником або електромагнітом із залізним сердечником.

    зображення

    Електромагніт (соленоїд): Простий електромагніт, що складається з котушки ізольованого дроту, обмотаного навколо залізного сердечника. Напруженість створюваного магнітного поля пропорційна величині струму.

    Напрямок магнітного поля через котушку дроту можна уподібнюватися формі правого правила. Якщо пальці правої руки згорнуті навколо котушки у напрямку протікання струму (звичайний струм, потік позитивного заряду) через обмотки, великий палець вказує в напрямку поля всередині котушки. Сторона магніту, з якої виходять лінії поля, визначається як північний полюс. Основна перевага електромагніту над постійним магнітом полягає в тому, що магнітним полем можна швидко маніпулювати в широкому діапазоні, контролюючи кількість електричного струму; безперервне постачання електричної енергії є обов'язкові для підтримки поля.

    Ключові моменти

    • Лише певні матеріали, такі як залізо, кобальт, нікель та гадоліній, виявляють сильні магнітні ефекти. Ці матеріали називаються феромагнітними. Феромагнітні матеріали будуть сильно реагувати на магніти, а також можуть бути намагнічені самі.
    • Області однорідних, званих магнітними доменами, випадково орієнтовані в ненамагніченому феромагнітному матеріалі, але можуть вирівнюватися під впливом зовнішнього магнітного поля. Цей процес може стати постійним, якщо нагріватися і охолоджуватися в присутності магнітного поля.
    • Феромагнетик втратить свій магнетизм, якщо нагріти його температуру Кюрі.
    • Електромагніти - це тип магніту, в якому магнітне поле виробляється потоком струму.
    • Сильний електромагніт, званий соленоїдом, може бути отриманий шляхом загортання проводів в котушку і пропускання через них струму. Магнітне поле всіх витків дроту проходить через центр котушки, створюючи там сильне магнітне поле.

    Ключові умови

    • магнітний домен: область всередині магнітного матеріалу, яка має рівномірну намагніченість. Це означає, що окремі магнітні моменти атомів вирівняні один з одним і вони вказують в одному напрямку.
    • Температура Кюрі: Температура, вище якої матеріал втратить магнетизм.
    • соленоїд: котушка дроту, яка діє як магніт, коли через неї протікає електричний струм.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ