Magnētisms un elektromagnētisms

Dabiskie un mākslīgie magnēti

Starp metalurģijas rūpniecībai iegūtajām dzelzs rūdām ir rūda, ko sauc par magnētisko dzelzsrūdu. Šai rūdai ir īpašība piesaistīt sev dzelzs priekšmetus.

Šādas dzelzsrūdas gabalu sauc par dabisko magnētu, un tā pievilcības īpašība ir magnētisms.

Mūsdienās magnētisma fenomenu ārkārtīgi plaši izmanto dažādās elektroinstalācijās. Tomēr tagad viņi izmanto nevis dabiskos, bet tā sauktos mākslīgos magnētus.

Mākslīgie magnēti ir izgatavoti no īpašiem tēraudiem. Šāda tērauda gabals tiek magnetizēts īpašā veidā, pēc tam tas iegūst magnētiskas īpašības, tas ir, kļūst pastāvīgais magnēts.

Pastāvīgo magnētu forma var būt ļoti dažāda atkarībā no to mērķa.

Pastāvīgā magnētā tikai tā poliem ir gravitācijas spēki. Uz ziemeļiem vērsto magnēta galu pieņemts saukt par ziemeļpola magnētu, bet uz dienvidiem vērsto galu – par dienvidu pola magnētu. Katram pastāvīgajam magnētam ir divi stabi: ziemeļu un dienvidu. Magnēta ziemeļpolu apzīmē ar burtu C vai N, dienvidu polu ar burtu Yu vai S.

Magnēts pievelk pie sevis dzelzi, tēraudu, čugunu, niķeli, kobaltu. Visus šos ķermeņus sauc par magnētiskajiem ķermeņiem. Visus pārējos ķermeņus, kurus magnēts nepievelk, sauc par nemagnētiskiem ķermeņiem.

Magnēta struktūra. Magnetizācija

Katrs ķermenis, arī magnētiskais, sastāv no mazākajām daļiņām – molekulām. Atšķirībā no nemagnētisko ķermeņu molekulām, magnētiskā ķermeņa molekulām ir magnētiskas īpašības, kas pārstāv molekulāros magnētus. Magnētiskā ķermeņa iekšpusē šie molekulārie magnēti ir izvietoti ar to asīm dažādos virzienos, kā rezultātā ķermenim pašam nav magnētisku īpašību. Bet, ja šie magnēti ir spiesti griezties ap savām asīm tā, lai to ziemeļpoli grieztos vienā virzienā, bet dienvidu – otrā, tad ķermenis iegūs magnētiskas īpašības, tas ir, kļūs par magnētu.

Procesu, kurā magnētiskais ķermenis iegūst magnēta īpašības, sauc par magnetizāciju... Pastāvīgo magnētu ražošanā magnetizāciju veic ar elektriskās strāvas palīdzību. Bet jūs varat magnetizēt ķermeni citā veidā, izmantojot parasto pastāvīgo magnētu.

Ja taisnu magnētu griež pa neitrālu līniju, tad tiks iegūti divi neatkarīgi magnēti, un magnēta galu polaritāte tiks saglabāta, un griešanas rezultātā iegūtajos galos parādīsies pretēji stabi.

Katru no iegūtajiem magnētiem var arī sadalīt divos magnētos, un neatkarīgi no tā, cik daudz mēs turpinātu šo dalījumu, mēs vienmēr iegūsim neatkarīgus magnētus ar diviem poliem. Nav iespējams iegūt stieni ar vienu magnētisko polu. Šis piemērs apstiprina pozīciju, ka magnētiskais ķermenis sastāv no daudziem molekulāriem magnētiem.

Magnētiskie ķermeņi atšķiras viens no otra ar molekulāro magnētu mobilitātes pakāpi. Ir ķermeņi, kas tiek ātri magnetizēti un tikpat ātri demagnetizēti. Un otrādi, ir ķermeņi, kas magnetizējas lēni, bet saglabā savas magnētiskās īpašības ilgu laiku.

Tātad dzelzs tiek ātri magnetizēts ārēja magnēta iedarbībā, bet tikpat ātri atmagnetizējas, tas ir, magnētu noņemot, tas zaudē savas magnētiskās īpašības.Tērauds pēc magnetizēšanas saglabā savas magnētiskās īpašības ilgu laiku, tas ir, , tas kļūst par pastāvīgo magnētu.

Dzelzs īpašība ātri magnetizēties un demagnetizēties ir izskaidrojama ar to, ka dzelzs molekulārie magnēti ir ārkārtīgi mobili, tie viegli griežas ārējo magnētisko spēku ietekmē, bet tikpat ātri atgriežas savā iepriekšējā nesakārtotajā stāvoklī, kad magnetizējošs ķermenis ir noņemts.

Tomēr dzelzs gadījumā neliela daļa magnētu un pēc pastāvīgā magnēta noņemšanas kādu laiku joprojām paliek tādā stāvoklī, kādā tie ieņēma magnetizācijas brīdī. Tāpēc pēc magnetizācijas dzelzs saglabā ļoti vājas magnētiskās īpašības. To apliecina fakts, ka, noņemot dzelzs plāksni no magnēta pola, visas zāģskaidas no tās gala nobira — neliela daļa palika pievilkta pie plāksnes.

Tērauda īpašība ilgstoši palikt magnetizētam ir izskaidrojama ar to, ka tērauda molekulārie magnēti magnetizācijas laikā gandrīz negriežas vēlamajā virzienā, taču tie ilgstoši saglabā savu stabilo stāvokli arī pēc magnetizējošā korpusa noņemšanas.

Magnētiskā ķermeņa spēju uzrādīt magnētiskās īpašības pēc magnetizācijas sauc par atlikušo magnētismu.

Atlikušā magnētisma fenomenu izraisa fakts, ka magnētiskajā ķermenī ir tā sauktais bremzējošais spēks, kas notur molekulāros magnētus tādā stāvoklī, kādu tie ieņem magnetizācijas laikā.

Dzelzs bremzējošā spēka darbība ir ļoti vāja, kā rezultātā tas ātri demagnetizējas un tam ir ļoti mazs atlikušais magnētisms.

Dzelzs īpašība ātri magnetizēties un atmagnetizēties tiek ārkārtīgi plaši izmantota elektrotehnikā. Pietiek pateikt, ka katra kodols elektromagnētitie, ko izmanto elektriskās ierīcēs, ir izgatavoti no īpaša dzelzs ar ārkārtīgi zemu atlikušo magnētismu.

Tēraudam ir liela turēšanas spēja, kuras dēļ tajā tiek saglabāta magnētisma īpašība. tāpēc pastāvīgie magnēti ir izgatavoti no īpašiem tērauda sakausējumiem.

Pastāvīgo magnētu īpašības nelabvēlīgi ietekmē triecieni, triecieni un pēkšņas temperatūras svārstības. Ja, piemēram, pastāvīgo magnētu uzkarsē līdz sarkanam un pēc tam ļauj tam atdzist, tad tas pilnībā zaudēs savas magnētiskās īpašības. Tāpat, ja jūs pakļaujat pastāvīgo magnētu triecieniem, tad tā pievilkšanās spēks ievērojami samazināsies.

Tas izskaidrojams ar to, ka ar spēcīgu karsēšanu vai triecieniem tiek pārvarēta bremzējošā spēka darbība un tādējādi tiek traucēta molekulāro magnētu sakārtotība. Tāpēc ar pastāvīgajiem magnētiem un pastāvīgo magnētu ierīcēm jārīkojas uzmanīgi.

Magnētiskās spēka līnijas. Magnētu polu mijiedarbība

Ap katru magnētu ir ts magnētiskais lauks.

Par magnētisko lauku sauc telpu, kurā iedarbojas magnētiskie spēki... Pastāvīgā magnēta magnētiskais lauks ir tā telpas daļa, kurā darbojas taisnvirziena magnēta lauki un šī magnēta magnētiskie spēki.

Magnētiskā lauka magnētiskie spēki iedarbojas noteiktos virzienos... Magnētisko spēku darbības virzienus vienojās saukt par magnētiskajām spēka līnijām... Šo terminu plaši izmanto elektrotehnikas pētījumos, taču tas ir jāatceras ka magnētiskās spēka līnijas nav materiālas: tas ir nosacīts termins, kas ieviests tikai, lai atvieglotu magnētiskā lauka īpašību izpratni.

Magnētiskā lauka forma, tas ir, magnētiskā lauka līniju atrašanās vieta telpā ir atkarīga no paša magnēta formas.

Magnētiskā lauka līnijām ir vairākas īpašības: tās vienmēr ir slēgtas, nekad nešķērsojas, mēdz iet pa īsāko ceļu un atgrūž viena otru, ja tās ir vērstas vienā virzienā. Ir vispārpieņemts, ka spēka līnijas iziet no ziemeļpola no magnēta un ievadiet tā dienvidu polu; magnēta iekšpusē tiem ir virziens no dienvidu pola uz ziemeļiem.

Tāpat kā magnētiskie stabi atgrūž, atšķirībā no magnētiskajiem stabiem pievelk.

Praksē ir viegli pārliecināties par abu secinājumu pareizību. Paņemiet kompasu un pievelciet tam vienu no taisna magnēta poliem, piemēram, ziemeļpolu. Jūs redzēsiet, ka bultiņa acumirklī pagriezīs savu dienvidu galu pret magnēta ziemeļpolu. Ja magnētu ātri pagriežat par 180 °, magnētiskā adata nekavējoties pagriezīsies par 180 °, tas ir, tās ziemeļu gals būs vērsts pret magnēta dienvidu polu.

Magnētiskā indukcija. Magnētiskā plūsma

Pastāvīgā magnēta iedarbības (pievilkšanas) spēks uz magnētisko ķermeni samazinās, palielinoties attālumam starp magnēta polu un šo ķermeni. Magnēts uzrāda vislielāko pievilkšanas spēku tieši pie saviem poliem, tas ir, tieši tur, kur magnētiskās spēka līnijas atrodas visblīvāk. Attālinoties no pola, spēka līniju blīvums samazinās, tās sastopamas arvien retāk, līdz ar to vājinās arī magnēta pievilkšanas spēks.

Tādējādi magnēta pievilkšanās spēks dažādos magnētiskā lauka punktos nav vienāds, un to raksturo spēka līniju blīvums. Lai raksturotu magnētisko lauku dažādos tā punktos, tiek ieviests lielums, ko sauc par magnētiskā lauka indukciju.

Lauka magnētiskā indukcija ir skaitliski vienāda ar spēka līniju skaitu, kas iet caur 1 cm2 laukumu, kas atrodas perpendikulāri to virzienam.

Tas nozīmē, ka jo lielāks ir lauka līniju blīvums noteiktā lauka punktā, jo lielāka ir magnētiskā indukcija šajā punktā.

Kopējo magnētisko spēka līniju skaitu, kas iet caur jebkuru reģionu, sauc par magnētisko plūsmu.

Magnētiskā plūsma tiek apzīmēta ar burtu F un ir saistīta ar magnētisko indukciju, izmantojot šādu attiecību:

Ф = BS,

kur F ir magnētiskā plūsma, V ir lauka magnētiskā indukcija; S ir laukums, ko caurstrāvo noteikta magnētiskā plūsma.

Šī formula ir derīga tikai tad, ja laukums S ir perpendikulārs magnētiskās plūsmas virzienam. Pretējā gadījumā magnētiskās plūsmas lielums būs atkarīgs arī no leņķa, kurā atrodas apgabals S, un tad formula iegūs sarežģītāku formu.

Pastāvīgā magnēta magnētisko plūsmu nosaka kopējais spēka līniju skaits, kas iet caur magnēta šķērsgriezumu.Jo lielāka pastāvīgā magnēta magnētiskā plūsma, jo pievilcīgāks ir šis magnēts.

Pastāvīgā magnēta magnētiskā plūsma ir atkarīga no tērauda, ​​no kura izgatavots magnēts, kvalitātes, paša magnēta izmēra un tā magnetizācijas pakāpes.

Magnētiskā caurlaidība

Ķermeņa īpašību izlaist magnētisko plūsmu caur sevi sauc par magnētisko caurlaidību... Magnētiskajai plūsmai ir vieglāk iziet cauri gaisam nekā caur nemagnētisku ķermeni.

Lai varētu salīdzināt dažādas vielas pēc to magnētiskā caurlaidība, ir pieņemts uzskatīt, ka gaisa magnētiskā caurlaidība ir vienāda ar vienotību.

Tos sauc par vielām, kuru magnētiskā caurlaidība ir mazāka par vienību diamagnētiskām... Tajos ietilpst varš, svins, sudrabs utt.

Alumīnijs, platīns, alva utt. To magnētiskā caurlaidība ir nedaudz lielāka par vienotību, un tos sauc par paramagnētiskām vielām.

Vielas, kuru magnētiskā caurlaidība ir daudz lielāka par vienu (mēra tūkstošos), sauc par feromagnētiskām. Tie ietver niķeli, kobaltu, tēraudu, dzelzi utt. No šīm vielām un to sakausējumiem tiek ražotas visa veida magnētiskās un elektromagnētiskās ierīces un dažādu elektrisko mašīnu daļas.

Komunikāciju tehnoloģijās praktiski interesē īpaši dzelzs-niķeļa sakausējumi, ko sauc par permaloīdu.