Magnetizam i elektromagnetizam

Prirodni i umjetni magneti

Među željeznim rudama koje se iskopavaju za metaluršku industriju nalazi se ruda koja se zove magnetska željezna ruda. Ova ruda ima svojstvo da k sebi privlači željezne predmete.

Komad takve željezne rude naziva se prirodni magnet, a svojstvo privlačnosti koje pokazuje je magnetizam.

Danas se fenomen magnetizma izuzetno široko koristi u raznim električnim instalacijama. Međutim, sada ne koriste prirodne, već takozvane umjetne magnete.

Umjetni magneti izrađeni su od specijalnih čelika. Komad takvog čelika magnetizira se na poseban način, nakon čega dobiva magnetska svojstva, odnosno postaje trajni magnet.

Oblik permanentnih magneta može biti vrlo raznolik, ovisno o njihovoj namjeni.

U permanentnom magnetu gravitacijske sile djeluju samo na njegove polove. Kraj magneta koji je okrenut prema sjeveru dogovoreno je da se zove magnet sjevernog pola, a kraj okrenut prema jugu je magnet južnog pola. Svaki permanentni magnet ima dva pola: sjeverni i južni. Sjeverni pol magneta označen je slovom C ili N, a južni pol slovom Yu ili S.

Magnet privlači k sebi željezo, čelik, lijevano željezo, nikal, kobalt. Sva ta tijela nazivamo magnetska tijela. Sva ostala tijela koja magnet ne privlači nazivamo nemagnetskim tijelima.

Struktura magneta. Magnetizacija

Svako tijelo, pa tako i magnetsko, sastoji se od najmanjih čestica – molekula. Za razliku od molekula nemagnetskih tijela, molekule magnetskog tijela imaju magnetska svojstva i predstavljaju molekularne magnete. Unutar magnetskog tijela, ovi molekularni magneti su raspoređeni sa svojim osima u različitim smjerovima, tako da samo tijelo ne pokazuje nikakva magnetska svojstva. Ali ako se ti magneti natjeraju da se okreću oko svoje osi tako da im se sjeverni polovi okreću u jednom smjeru, a južni u drugom, tada će tijelo dobiti magnetska svojstva, odnosno postat će magnet.

Proces kojim magnetsko tijelo poprima svojstva magneta naziva se magnetiziranje... U proizvodnji permanentnih magneta magnetiziranje se provodi uz pomoć električne struje. Ali možete magnetizirati tijelo na drugi način, pomoću običnog trajnog magneta.

Ako se pravocrtni magnet izreže duž neutralne linije, tada će se dobiti dva neovisna magneta, a polaritet krajeva magneta će se sačuvati, a na krajevima dobivenim rezanjem pojavit će se suprotni polovi.

Svaki od dobivenih magneta također se može podijeliti na dva magneta, a koliko god nastavljali tu podjelu, uvijek ćemo dobiti neovisne magnete s dva pola. Nemoguće je dobiti šipku s jednim magnetskim polom. Ovaj primjer potvrđuje stav da se magnetsko tijelo sastoji od mnogo molekularnih magneta.

Magnetska tijela se međusobno razlikuju po stupnju pokretljivosti molekularnih magneta. Postoje tijela koja se brzo magnetiziraju i isto tako brzo razmagnetiziraju. Obrnuto, postoje tijela koja se sporo magnetiziraju, ali dugo zadržavaju svoja magnetska svojstva.

Tako se željezo pod djelovanjem vanjskog magneta brzo magnetizira, ali isto tako brzo i demagnetizira, odnosno gubi magnetska svojstva kad se magnet ukloni.Čelik nakon magnetiziranja dugo zadržava svoja magnetska svojstva, tj. , postaje stalni magnet.

Svojstvo željeza da se brzo magnetizira i demagnetizira objašnjava se činjenicom da su molekularni magneti željeza izuzetno pokretljivi, lako se okreću pod utjecajem vanjskih magnetskih sila, ali se jednako brzo vraćaju u svoj prijašnji neuređeni položaj kada se tijelo magnetizira. uklonjeno .

U željezu, međutim, mali dio magneta, i nakon uklanjanja trajnog magneta, još neko vrijeme ostaje u položaju koji su zauzimali u trenutku magnetiziranja. Stoga željezo nakon magnetiziranja zadržava vrlo slaba magnetska svojstva. To potvrđuje činjenica da kad je željezna ploča uklonjena s pola magneta, nije sva piljevina pala s njezina kraja — mali dio ostao je privučen pločom.

Svojstvo čelika da dugo ostane magnetiziran objašnjava se činjenicom da se molekularni magneti čelika teško okreću u željenom smjeru tijekom magnetiziranja, ali zadržavaju svoj stabilan položaj dugo vremena čak i nakon uklanjanja magnetizirajućeg tijela.

Sposobnost magnetskog tijela da pokazuje magnetska svojstva nakon magnetizacije naziva se rezidualni magnetizam.

Fenomen rezidualnog magnetizma uzrokovan je činjenicom da u magnetskom tijelu postoji takozvana sila usporavanja koja zadržava molekularne magnete u položaju koji zauzimaju tijekom magnetiziranja.

U željezu je djelovanje sile usporavanja vrlo slabo, što rezultira njegovom brzom demagnetizacijom i vrlo malim rezidualnim magnetizmom.

Svojstvo željeza da se brzo magnetizira i demagnetizira izuzetno se široko koristi u elektrotehnici. Dovoljno je reći da jezgre svake elektromagnetioni koji se koriste u električnim uređajima izrađeni su od posebnog željeza s izrazito niskim rezidualnim magnetizmom.

Čelik ima veliku moć držanja, zbog čega je u njemu očuvano svojstvo magnetizma. zato stalni magneti izrađeni su od specijalnih čeličnih legura.

Na svojstva trajnih magneta nepovoljno utječu udarci, udarci i nagle temperaturne fluktuacije. Ako se, na primjer, permanentni magnet zagrije do crvene boje i zatim pusti da se ohladi, tada će potpuno izgubiti svoja magnetska svojstva. Isto tako, ako stalni magnet izložite udarcima, tada će se njegova sila privlačenja značajno smanjiti.

To se objašnjava činjenicom da se jakim zagrijavanjem ili udarima svladava djelovanje sile usporavanja i time se remeti uredan raspored molekularnih magneta. Stoga se s trajnim magnetima i uređajima s trajnim magnetima mora pažljivo rukovati.

Magnetske linije sile. Međudjelovanje polova magneta

Oko svakog magneta nalazi se tzv magnetsko polje.

Magnetskim poljem nazivamo prostor u kojem magnetske silnice... Magnetsko polje stalnog magneta je onaj dio prostora u kojem djeluju polja pravocrtnog magneta i magnetske silnice tog magneta.

Magnetske silnice magnetskog polja djeluju u određenim smjerovima... Smjerovi djelovanja magnetskih silnica složili su se da se nazivaju magnetske silnice... Ovaj se izraz naširoko koristi u proučavanju elektrotehnike, ali se mora zapamtiti da magnetske linije sile nisu materijalne: ovo je konvencionalni pojam uveden samo kako bi se olakšalo razumijevanje svojstava magnetskog polja.

Oblik magnetskog polja, odnosno položaj silnica magnetskog polja u prostoru ovisi o obliku samog magneta.

Linije magnetskog polja imaju niz svojstava: uvijek su zatvorene, nikada se ne križaju, teže ići najkraćim putem i odbijaju se jedna od druge ako su usmjerene u istom smjeru. Općenito je prihvaćeno da linije sile izlaze iz sjevernog pola magneta i ući u njegov južni pol; unutar magneta imaju smjer od južnog pola prema sjevernom.

Kao što se magnetski polovi odbijaju, za razliku od magnetskih polova privlače.

Lako se u praksi uvjeriti u ispravnost oba zaključka. Uzmite kompas i prinesite mu jedan od polova pravocrtnog magneta, na primjer, sjeverni pol. Vidjet ćete da će strelica odmah okrenuti svoj južni kraj prema sjevernom polu magneta. Ako brzo okrenete magnet za 180 °, tada će se magnetska igla odmah okrenuti za 180 °, odnosno njen sjeverni kraj bit će okrenut prema južnom polu magneta.

Magnetska indukcija. Magnetski tok

Sila djelovanja (privlačenja) trajnog magneta na magnetsko tijelo smanjuje se s povećanjem udaljenosti između pola magneta i tog tijela. Magnet ispoljava najveću silu privlačenja izravno na svojim polovima, to jest točno tamo gdje su linije magnetske sile najgušće smještene. Udaljavajući se od pola, gustoća linija sile se smanjuje, nalaze se sve rjeđe, uz to slabi i privlačna sila magneta.

Dakle, sila privlačenja magneta u različitim točkama magnetskog polja nije ista i karakterizirana je gustoćom linija sile. Za karakterizaciju magnetskog polja u njegovim različitim točkama, uvodi se veličina koja se naziva indukcija magnetskog polja.

Magnetska indukcija polja brojčano je jednaka broju linija sile koje prolaze kroz površinu od 1 cm2, okomito na njihov smjer.

To znači da što je veća gustoća linija polja u određenoj točki polja, veća je magnetska indukcija u toj točki.

Ukupan broj magnetskih linija sile koje prolaze kroz bilo koje područje naziva se magnetski tok.

Magnetski tok se označava slovom F i povezan je sa magnetskom indukcijom kroz sljedeći odnos:

F = BS,

gdje je F magnetski tok, V je magnetska indukcija polja; S je područje kroz koje prolazi određeni magnetski tok.

Ova formula vrijedi samo ako je površina S okomita na smjer magnetskog toka. Inače će veličina magnetskog toka ovisiti i o kutu pod kojim se nalazi područje S i tada će formula poprimiti složeniji oblik.

Magnetski tok trajnog magneta određen je ukupnim brojem linija sile koje prolaze kroz presjek magneta.Što je veći magnetski tok trajnog magneta, to je magnet privlačniji.

Magnetski tok trajnog magneta ovisi o kvaliteti čelika od kojeg je magnet izrađen, veličini samog magneta i stupnju njegove magnetizacije.

Magnetska propusnost

Svojstvo tijela da kroz sebe propušta magnetski tok naziva se magnetska permeabilnost... Magnetski tok lakše prolazi kroz zrak nego kroz nemagnetsko tijelo.

Kako bi mogli usporediti različite tvari prema njihovoj magnetska permeabilnost, uobičajeno je smatrati da je magnetska propusnost zraka jednaka jedinici.

Nazivaju se tvarima s magnetskom permeabilnošću manjom od jedinične dijamagnetske... Uključuju bakar, olovo, srebro itd.

Aluminij, platina, kositar itd. Imaju magnetsku propusnost nešto veću od jedinice i nazivaju se paramagnetskim tvarima.

Tvari s magnetskom propusnošću mnogo većom od jedan (mjereno u tisućama) nazivamo feromagneticima. To uključuje nikal, kobalt, čelik, željezo itd. Od ovih tvari i njihovih legura proizvode se sve vrste magnetskih i elektromagnetskih uređaja i dijelovi raznih električnih strojeva.

Od praktičnog interesa za komunikacijske tehnologije su posebne legure željeza i nikla zvane permaloid.