Magnetism och elektromagnetism

Naturliga och konstgjorda magneter

Bland de järnmalmer som bryts för den metallurgiska industrin finns en malm som kallas magnetisk järnmalm. Denna malm har egenskapen att dra till sig järnföremål.

En bit av sådan järnmalm kallas en naturlig magnet, och egenskapen för attraktion den uppvisar är magnetism.

Nuförtiden används fenomenet magnetism extremt brett i olika elektriska installationer. Men nu använder de inte naturliga, utan så kallade konstgjorda magneter.

Konstgjorda magneter är gjorda av specialstål. Ett stycke av sådant stål magnetiseras på ett speciellt sätt, varefter det får magnetiska egenskaper, det vill säga det blir permanentmagnet.

Formen på permanentmagneter kan vara mycket olika, beroende på deras syfte.

I en permanentmagnet är det bara dess poler som har gravitationskrafter. Den norrvända änden av magneten är överens om att kallas nordpolsmagneten, och den södervända änden är sydpolsmagneten. Varje permanentmagnet har två poler: norr och söder. En magnets nordpol indikeras med bokstaven C eller N, sydpolen med bokstaven Yu eller S.

Magneten drar till sig järn, stål, gjutjärn, nickel, kobolt. Alla dessa kroppar kallas magnetiska kroppar. Alla andra kroppar som inte attraheras av en magnet kallas icke-magnetiska kroppar.

Magnetens struktur. Magnetisering

Varje kropp, inklusive den magnetiska, består av de minsta partiklarna - molekyler. Till skillnad från molekylerna i icke-magnetiska kroppar har molekylerna i en magnetisk kropp magnetiska egenskaper, som representerar molekylära magneter. Inuti en magnetisk kropp är dessa molekylära magneter anordnade med sina axlar i olika riktningar, vilket gör att kroppen själv inte uppvisar några magnetiska egenskaper. Men om dessa magneter tvingas rotera kring sina axlar så att deras nordpoler vänder åt ena hållet och deras sydpoler i den andra, då kommer kroppen att förvärva magnetiska egenskaper, det vill säga att den blir en magnet.

Processen genom vilken en magnetisk kropp får egenskaperna hos en magnet kallas magnetisering... Vid tillverkning av permanentmagneter sker magnetisering med hjälp av en elektrisk ström. Men man kan magnetisera kroppen på ett annat sätt, med hjälp av en vanlig permanentmagnet.

Om en rätlinjig magnet skärs längs en neutral linje, kommer två oberoende magneter att erhållas, och polariteten hos magnetens ändar kommer att bevaras, och motsatta poler kommer att visas vid ändarna som erhålls som ett resultat av skärning.

Var och en av de resulterande magneterna kan också delas upp i två magneter, och oavsett hur mycket vi fortsätter denna uppdelning kommer vi alltid att få oberoende magneter med två poler. Det är omöjligt att få en stång med en magnetisk pol. Detta exempel bekräftar positionen att den magnetiska kroppen består av många molekylära magneter.

Magnetiska kroppar skiljer sig från varandra i graden av rörlighet hos de molekylära magneterna. Det finns kroppar som snabbt magnetiseras och lika snabbt avmagnetiseras. Omvänt finns det kroppar som magnetiserar långsamt men behåller sina magnetiska egenskaper under lång tid.

Järn magnetiseras alltså snabbt under inverkan av en extern magnet, men lika snabbt avmagnetiseras, det vill säga att det förlorar sina magnetiska egenskaper när magneten tas bort.Stål, efter att ha magnetiserats, behåller sina magnetiska egenskaper under lång tid, dvs. , blir det en permanent magnet.

Järns egenskap att snabbt magnetisera och avmagnetisera förklaras av det faktum att järnets molekylära magneter är extremt rörliga, de roterar lätt under påverkan av yttre magnetiska krafter, men återgår lika snabbt till sin tidigare oordnade position när den magnetiserande kroppen är borttagen.

I järn förblir emellertid en liten del av magneterna, och efter avlägsnandet av permanentmagneten, ännu en tid i den position som de intog vid magnetiseringstillfället. Därför, efter magnetisering, behåller järn mycket svaga magnetiska egenskaper. Detta bekräftas av det faktum att när järnplattan togs bort från magnetens pol, föll inte allt sågspån från dess ände - en liten del av det förblev attraherad av plattan.

Stålets egenskap att förbli magnetiserat under lång tid förklaras av det faktum att stålets molekylära magneter knappast roterar i önskad riktning under magnetiseringen, men de behåller sin stabila position under lång tid även efter borttagandet av magnetiseringskroppen.

Förmågan hos en magnetisk kropp att uppvisa magnetiska egenskaper efter magnetisering kallas restmagnetism.

Fenomenet restmagnetism orsakas av att det i en magnetisk kropp finns en så kallad retarderande kraft som håller molekylmagneterna i det läge de intar under magnetiseringen.

I järn är verkan av den retarderande kraften mycket svag, med resultatet att den snabbt avmagnetiseras och har mycket liten restmagnetism.

Järnets egenskap att snabbt magnetisera och avmagnetisera är extremt flitigt använt inom elektroteknik. Det räcker med att säga att kärnorna i varje elektromagneterde som används i elektriska apparater är gjorda av specialjärn med extremt låg restmagnetism.

Stål har en stor hållkraft, på grund av vilken egenskapen magnetism bevaras i det. det är därför permanentmagneter är gjorda av specialstållegeringar.

Permanentmagneternas egenskaper påverkas negativt av stötar, stötar och plötsliga temperaturfluktuationer. Om till exempel en permanentmagnet värms upp till rött och sedan får svalna, då förlorar den helt sina magnetiska egenskaper. På samma sätt, om du utsätter en permanent magnet för stötar, kommer dess attraktionskraft att minska avsevärt.

Detta förklaras av det faktum att med stark uppvärmning eller stötar övervinns verkan av en retarderande kraft och därmed störs det ordnade arrangemanget av molekylmagneterna. Därför måste permanentmagneter och permanentmagnetanordningar hanteras med försiktighet.

Magnetiska kraftlinjer. Interaktion mellan magneternas poler

Runt varje magnet finns en sk magnetiskt fält.

Ett magnetfält kallas det utrymme i vilket magnetiska krafter... Det magnetiska fältet för en permanentmagnet är den del av rymden där fälten hos en rätlinjig magnet och magnetens magnetiska krafter verkar.

Magnetfältets magnetiska krafter verkar i vissa riktningar... De magnetiska krafternas verkningsriktningar kom överens om att kallas magnetiska kraftlinjer... Denna term används flitigt i studiet av elektroteknik, men det måste komma ihåg att magnetiska kraftlinjer inte är materiella: detta är en konventionell term som introduceras endast för att underlätta förståelsen av magnetfältets egenskaper.

Formen på magnetfältet, det vill säga placeringen av magnetfältslinjerna i rymden beror på själva magnetens form.

Magnetiska fältlinjer har ett antal egenskaper: de är alltid stängda, korsar aldrig, tenderar att ta den kortaste vägen och stöter bort varandra om de pekar i samma riktning. Det är allmänt accepterat att kraftlinjer går ut från nordpolen av magneten och gå in i dess sydpol; inuti magneten har de en riktning från sydpolen till norr.

Liksom magnetiska poler avvisar, till skillnad från magnetiska poler attraherar.

Det är lätt att övertyga sig själv om riktigheten av båda slutsatserna i praktiken. Ta en kompass och ta till den en av polerna på en rätlinjig magnet, till exempel nordpolen. Du kommer att se att pilen omedelbart kommer att vända sin södra ände till magnetens nordpol. Om du snabbt vrider magneten 180 °, kommer den magnetiska nålen omedelbart att vända 180 °, det vill säga dess norra ände kommer att vara vänd mot magnetens sydpol.

Magnetisk induktion. Magnetiskt flöde

Verkningskraften (attraktionen) av en permanentmagnet på en magnetisk kropp minskar när avståndet mellan magnetens pol och denna kropp ökar. En magnet uppvisar den största attraktionskraften direkt vid sina poler, det vill säga exakt där de magnetiska kraftlinjerna är tätast placerade. När man rör sig bort från polen minskar kraftlinjernas täthet, de hittas mer och mer sällan, tillsammans med detta försvagas också magnetens attraktionskraft.

Således är attraktionskraften för en magnet vid olika punkter i magnetfältet inte densamma och kännetecknas av tätheten hos kraftlinjerna. För att karakterisera magnetfältet vid dess olika punkter introduceras en storhet som kallas magnetfältsinduktion.

Den magnetiska induktionen av fältet är numeriskt lika med antalet kraftlinjer som passerar genom ett område på 1 cm2, placerat vinkelrätt mot deras riktning.

Detta betyder att ju större tätheten av fältlinjer vid en given punkt i fältet, desto större är den magnetiska induktionen vid den punkten.

Det totala antalet magnetiska kraftlinjer som passerar genom någon region kallas det magnetiska flödet.

Magnetiskt flöde betecknas med bokstaven F och är relaterat till magnetisk induktion genom följande förhållande:

Ф = BS,

där F är det magnetiska flödet, V är den magnetiska induktionen av fältet; S är det område som penetreras av ett givet magnetiskt flöde.

Denna formel är endast giltig om arean S är vinkelrät mot det magnetiska flödets riktning. Annars kommer storleken på det magnetiska flödet också att bero på vinkeln i vilken området S ligger, och då kommer formeln att anta en mer komplex form.

Det magnetiska flödet hos en permanentmagnet bestäms av det totala antalet kraftlinjer som passerar genom magnetens tvärsnitt.Ju större det magnetiska flödet hos en permanentmagnet, desto mer attraktiv är den magneten.

Det magnetiska flödet hos en permanentmagnet beror på kvaliteten på stålet som magneten är gjord av, storleken på själva magneten och graden av dess magnetisering.

Magnetisk permeabilitet

Egenskapen hos en kropp att tillåta magnetiskt flöde genom sig själv kallas magnetisk permeabilitet... Det är lättare för magnetiskt flöde att passera genom luft än genom en icke-magnetisk kropp.

Att kunna jämföra olika ämnen efter deras magnetisk permeabilitet, är det vanligt att betrakta luftens magnetiska permeabilitet som lika med enhet.

De kallas ämnen med mindre magnetisk permeabilitet än unity diamagnetisk... De inkluderar koppar, bly, silver, etc.

Aluminium, platina, tenn, etc. De har en magnetisk permeabilitet något större än enhet och kallas paramagnetiska ämnen.

Ämnen med en magnetisk permeabilitet som är mycket större än en (mätt i tusentals) kallas ferromagnetiska. Dessa inkluderar nickel, kobolt, stål, järn, etc. Alla typer av magnetiska och elektromagnetiska enheter och delar av olika elektriska maskiner tillverkas av dessa ämnen och deras legeringar.

Av praktiskt intresse för kommunikationsteknik är speciella järn-nickellegeringar som kallas permaloid.