Det magnetisme eller magnetisk energi er en naturkraft forbundet med bevægelse af elektriske ladninger og i stand til at fremkalde tiltrækning eller frastødning i visse stoffer. Magneter er velkendte magnetismekilder.
Inde i disse er der interaktioner, der resulterer i tilstedeværelsen af magnetfelter, som udøver deres indflydelse på små stykker jern eller nikkel, for eksempel.
Magnetfeltet på en magnet bliver synligt, når det placeres under et papir, hvorpå jernfilter spredes. Arkiveringen orienteres straks langs feltlinjerne og skaber et todimensionelt billede af feltet..
En anden velkendt kilde er ledninger, der bærer elektrisk strøm; men i modsætning til permanente magneter forsvinder magnetisme, når strømmen ophører.
Hver gang et magnetfelt forekommer et eller andet sted, måtte en agent udføre arbejde. Den energi, der investeres i denne proces, lagres i det oprettede magnetfelt og kan derefter betragtes som magnetisk energi.
Beregningen af hvor meget magnetisk energi der er lagret i marken afhænger af dette og af enhedens geometri eller det område, hvor den blev oprettet..
Induktorer eller spoler er gode steder for dette, hvilket skaber magnetisk energi på en måde, der ligner, hvordan elektrisk energi lagres mellem kondensatorens plader..
Artikelindeks
Legenderne fortalt af Plinius om det antikke Grækenland taler om hyrden Magnes, der for mere end 2000 år siden fandt et mystisk mineral, der var i stand til at tiltrække stykker jern, men ikke andre materialer. Det var magnetit, et jernoxid med stærke magnetiske egenskaber.
Årsagen til den magnetiske tiltrækning forblev skjult i hundreder af år. I bedste fald blev det tilskrevet overnaturlige begivenheder. Selvom det ikke stoppede med at finde interessante applikationer til det, såsom kompasset.
Kompasset opfundet af kineserne bruger jordens egen magnetisme til at guide brugeren under navigation..
Undersøgelsen af magnetiske fænomener havde et stort fremskridt takket være William Gilbert (1544 - 1603). Denne engelske videnskabsmand fra den elisabetanske æra studerede magnetisk felt af en sfærisk magnet og konkluderede, at Jorden skal have sit eget magnetfelt.
Fra sin undersøgelse af magneter indså han også, at han ikke kunne få separate magnetiske poler. Når en magnet er opdelt i to, har de nye magneter også begge poler.
Det var imidlertid i begyndelsen af det 19. århundrede, da forskere indså eksistensen af forholdet mellem elektrisk strøm og magnetisme.
Hans Christian Oersted (1777 - 1851), født i Danmark, havde i 1820 ideen om at føre en elektrisk strøm gennem en leder og observere den effekt, dette havde på et kompas. Kompasset ville afvige, og når strømmen stoppede med at flyde, ville kompasset igen pege mod nord som normalt.
Dette fænomen kan verificeres ved at bringe kompasset tættere på et af kablerne, der kommer ud af bilbatteriet, mens starteren betjenes..
I øjeblikket, hvor kredsløbet lukkes, skal nålen opleve en observerbar afbøjning, da bilernes batterier kan levere strømme nok nok til, at kompasset afviger.
På denne måde var det klart, at ladningerne i bevægelse er dem, der giver anledning til magnetismen..
Et par år efter Oersted-eksperimenterne markerede den britiske forsker Michael Faraday (1791 - 1867) endnu en milepæl ved at opdage, at varierende magnetfelter til gengæld giver anledning til elektriske strømme..
Begge fænomener, elektriske og magnetiske, er nært beslægtede med hinanden, hvor hver og en giver anledning til den anden. De blev forenet af Faradays discipel, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), i ligningerne der bærer hans navn.
Disse ligninger indeholder og opsummerer den elektromagnetiske teori og har gyldighed selv inden for relativistisk fysik..
Hvorfor udviser nogle materialer magnetiske egenskaber eller erhverver dem let magnetisme? Vi ved, at magnetfeltet skyldes ladninger, der bevæger sig, derfor skal der inde i magneten være usynlige elektriske strømme, der giver anledning til magnetisme.
Alt stof indeholder elektroner, der kredser om atomkernen. Elektronen kan sammenlignes med Jorden, som har en translationel bevægelse omkring Solen og også en rotationsbevægelse på sin egen akse..
Klassisk fysik tilskriver elektronen lignende bevægelser, skønt analogien ikke er helt nøjagtig. Pointen er imidlertid, at begge egenskaber ved elektronen får det til at opføre sig som en lille sløjfe, der skaber et magnetfelt..
Det er elektronens spin, der bidrager mest til atomets magnetfelt. I atomer med mange elektroner er de grupperet i par og med modsatte spins. Således fjerner deres magnetfelter hinanden. Dette er hvad der sker i de fleste materialer.
Der er dog nogle mineraler og forbindelser, hvor der er en uparret elektron. På denne måde er nettomagnetfeltet ikke nul. Dette skaber en magnetisk øjeblik, en vektor, hvis størrelse er produktet af strømmen og området for kredsløbet.
Tilstødende magnetiske øjeblikke interagerer med hinanden og danner regioner kaldet magnetiske domæner, hvor mange spins er justeret i samme retning. Det resulterende magnetfelt er meget stærkt.
Materialer, der har denne kvalitet kaldes ferromagnetisk. De er få: jern, nikkel, cobalt, gadolinium og nogle legeringer af det samme.
Resten af elementerne i det periodiske system mangler disse udtalt magnetiske effekter. De falder ind under kategorien paramagnetisk eller diamagnetisk.
Faktisk er diamagnetisme en egenskab for alle materialer, der oplever en lille frastødning i nærvær af et eksternt magnetfelt. Bismuth er det element med den mest fremhævede diamagnetisme.
På den anden side består paramagnetisme af en mindre intens magnetisk reaktion end ferromagnetisme, men lige så attraktiv. Paramagnetiske stoffer er for eksempel aluminium, luft og nogle jernoxider såsom goethit.
Magnetisme er en del af de grundlæggende naturkræfter. Da mennesker også er en del af det, er de tilpasset eksistensen af magnetiske fænomener såvel som resten af livet på planeten. For eksempel bruger nogle dyr Jordens magnetfelt til at orientere sig geografisk..
Faktisk antages det, at fugle udfører deres lange vandringer takket være, at de i deres hjerner har en slags organisk kompas, der giver dem mulighed for at opfatte og bruge det geomagnetiske felt.
Mens mennesker mangler et kompas som dette, har de i stedet evnen til at ændre miljøet på mange flere måder end resten af dyreriget. Således har medlemmer af vores art brugt magnetisme til deres fordel fra det øjeblik, den første græske hyrde opdagede lodstenen..
Siden da er der mange anvendelser af magnetisme. Her er et par:
- Det førnævnte kompas, der bruger Jordens geomagnetiske felt til at orientere sig geografisk.
- Gamle skærme med fjernsyn, computere og oscilloskoper, baseret på katodestrålerøret, der bruger spoler, der genererer magnetfelter. Disse er ansvarlige for at aflede elektronstrålen, så den rammer bestemte steder på skærmen og dermed danner billedet.
- Massespektrometre, der bruges til at studere forskellige typer molekyler og med mange anvendelser inden for biokemi, kriminologi, antropologi, historie og andre discipliner. De bruger elektriske og magnetiske felter til at afbøje ladede partikler i baner, der afhænger af deres hastighed..
- Magnetohydrodynamisk fremdrift, hvor en magnetisk kraft driver en havstråle (en god leder) baglæns, så ved et Newtons tredje lov får et køretøj eller en båd en fremadrettet impuls.
- Magnetisk resonansbilleddannelse, en ikke-invasiv metode til at opnå billeder af det indre af menneskekroppen. Dybest set bruger den et meget intenst magnetfelt og analyserer reaktionen fra hydrogenkernerne (protoner), der er til stede i vævene, som har den ovennævnte egenskab af spin..
Disse applikationer er allerede etableret, men i fremtiden antages det, at magnetisme også kan bekæmpe sygdomme som brystkræft gennem teknikkerne hypertermisk, der producerer magnetisk induceret varme.
Ideen er at injicere væskemagnetit direkte i tumoren. Takket være varmen produceret af de magnetisk inducerede strømme ville jernpartiklerne blive varme nok til at ødelægge de ondartede celler..
Når du tænker på brugen af en bestemt type energi, kræver det konvertering til en eller anden form for bevægelse såsom en turbine, en elevator eller et køretøj, for eksempel; Eller at det omdannes til elektrisk energi, der tænder en eller anden enhed: telefoner, fjernsyn, en pengeautomat og lignende..
Energi er en størrelse med flere manifestationer, der kan modificeres på mange måder. Kan energien fra en lille magnet forstærkes, så den kontinuerligt bevæger sig mere end et par mønter??
For at være anvendelig skal energien have et stort område og komme fra en meget rig kilde.
Sådanne energier findes i naturen, hvorfra de andre typer produceres. De er kendt som primære energier:
- Solenergi.
- Atomenergi.
- Geotermisk energi.
- Vindkraft.
- Biomasse energi.
- Energi fra fossile brændstoffer og mineraler.
Sekundære energier, såsom elektricitet og varme, produceres ud fra disse. Hvor er den magnetiske energi her?
Elektricitet og magnetisme er ikke to separate fænomener. Faktisk er de to sammen kendt som elektromagnetiske fænomener. Så længe en af dem eksisterer, vil den anden eksistere.
Hvor der er elektrisk energi, vil der være magnetisk energi i en eller anden form. Men dette er en sekundær energi, som kræver forudgående transformation af nogle af de primære energier.
Fordelene eller ulemperne ved at bruge en slags energi fastlægges efter mange kriterier. Disse inkluderer, hvor let og billigt produktionen er, og også hvor meget processen er i stand til at påvirke miljøet og mennesker negativt..
Noget vigtigt at tage i betragtning er, at energier transformeres mange gange, før de kan bruges..
Hvor mange transformationer skal der have fundet sted for at fremstille magneten, som indkøbslisten fastgøres til køleskabsdøren? Hvor mange skal man bygge en elbil? Sikkert nok.
Og hvor ren er den magnetiske eller elektromagnetiske energi? Der er dem, der mener, at konstant eksponering for elektromagnetiske felter af menneskelig oprindelse forårsager sundheds- og miljøproblemer.
I øjeblikket er der adskillige forskningslinjer dedikeret til at studere disse felters indflydelse på sundhed og miljø, men ifølge prestigefyldte internationale organisationer er der indtil videre ingen afgørende bevis for, at de er skadelige.
En enhed, der tjener til at indeholde magnetisk energi, er kendt som en induktor. Det er en spole, der er dannet af vikling af kobbertråd med et tilstrækkeligt antal omdrejninger og er nyttig i mange kredsløb for at begrænse strømmen og forhindre, at den ændrer sig brat.
Ved at cirkulere en strøm gennem en spoles drejninger oprettes et magnetfelt inde i den..
Hvis strømmen ændres, gør magnetfeltlinjerne det også. Disse ændringer fremkalder en strøm i svingene, der modsætter sig dem, ifølge Faraday-Lenz-loven om induktion.
Når strømmen stiger eller formindskes pludseligt, modsætter spolen den, derfor kan den have beskyttende virkninger på kredsløbet.
Magnetisk energi lagres i det magnetiske felt, der er skabt i det volumen, der er afgrænset af spolens drejninger, som betegnes som ELLERB og det afhænger af:
- Intensiteten af magnetfeltet B.
- Spolens tværsnitsareal TIL.
- Spolelængde l.
- Vakuumets permeabilitet μeller.
Det beregnes som følger:
Denne ligning er gyldig i ethvert område af rummet, hvor der er et magnetfelt. Hvis lydstyrken er kendt V i denne region, dens permeabilitet og intensiteten af feltet, er det muligt at beregne, hvor meget magnetisk energi den besidder.
Magnetfeltet inde i en luftfyldt spole med en diameter på 2,0 cm og en længde på 26 cm er 0,70 T. Hvor meget energi er der lagret i dette felt?
Faktum: vakuumets permeabilitet er μeller = 4π. 10-7 T.m / A
De numeriske værdier er erstattet i den foregående ligning, idet man sørger for at konvertere værdierne til enhederne i det internationale system.
.0.7%5E%7B2%7D.%5Cpi&space;.%5Cleft&space;(%5Cfrac%7B2.10%5E%7B-2%7D%7D%7B4%7D&space;%5Cright&space;).26.10%5E%7B%5E%7B-2%7D%7D%5C,&space;J=15.93%5C,&space;J)
Endnu ingen kommentarer