Magnetisme en elektromagnetisme

Natuurlijke en kunstmatige magneten

Onder de ijzerertsen die voor de metallurgische industrie worden gewonnen, bevindt zich een erts dat magnetisch ijzererts wordt genoemd. Dit erts heeft de eigenschap ijzeren voorwerpen naar zich toe te trekken.

Een stuk van zo'n ijzererts wordt een natuurlijke magneet genoemd en de eigenschap van aantrekkingskracht die het vertoont is magnetisme.

Tegenwoordig wordt het fenomeen magnetisme zeer veel gebruikt in verschillende elektrische installaties. Nu gebruiken ze echter geen natuurlijke, maar zogenaamde kunstmatige magneten.

Kunstmatige magneten zijn gemaakt van speciaal staal. Een stuk van zo'n staal wordt op een speciale manier gemagnetiseerd, waarna het magnetische eigenschappen krijgt, dat wil zeggen, het wordt permanente magneet.

De vorm van permanente magneten kan zeer divers zijn, afhankelijk van hun doel.

In een permanente magneet hebben alleen de polen zwaartekracht. Het naar het noorden gerichte uiteinde van de magneet wordt de noordpoolmagneet genoemd en het naar het zuiden gerichte uiteinde is de zuidpoolmagneet. Elke permanente magneet heeft twee polen: noord en zuid. De noordpool van een magneet wordt aangegeven met de letter C of N, de zuidpool met de letter Yu of S.

De magneet trekt ijzer, staal, gietijzer, nikkel, kobalt naar zich toe. Al deze lichamen worden magnetische lichamen genoemd. Alle andere lichamen die niet door een magneet worden aangetrokken, worden niet-magnetische lichamen genoemd.

De structuur van de magneet. Magnetisatie

Elk lichaam, ook het magnetische, bestaat uit de kleinste deeltjes - moleculen. In tegenstelling tot de moleculen van niet-magnetische lichamen, hebben de moleculen van een magnetisch lichaam magnetische eigenschappen, die moleculaire magneten vertegenwoordigen. Binnen een magnetisch lichaam zijn deze moleculaire magneten met hun assen in verschillende richtingen gerangschikt, waardoor het lichaam zelf geen magnetische eigenschappen vertoont. Maar als deze magneten gedwongen worden om hun as te draaien zodat hun noordpolen in de ene richting draaien en hun zuidpolen in de andere richting, dan krijgt het lichaam magnetische eigenschappen, dat wil zeggen, het wordt een magneet.

Het proces waarbij een magnetisch lichaam de eigenschappen van een magneet verkrijgt, wordt magnetisatie genoemd... Bij de productie van permanente magneten wordt magnetisatie uitgevoerd met behulp van een elektrische stroom. Maar je kunt het lichaam op een andere manier magnetiseren, met een gewone permanente magneet.

Als een rechtlijnige magneet langs een neutrale lijn wordt gesneden, worden twee onafhankelijke magneten verkregen en blijft de polariteit van de uiteinden van de magneet behouden, en verschijnen er tegenovergestelde polen aan de uiteinden die zijn verkregen als gevolg van het snijden.

Elk van de resulterende magneten kan ook in twee magneten worden verdeeld, en het maakt niet uit hoeveel we deze deling voortzetten, we krijgen altijd onafhankelijke magneten met twee polen. Het is onmogelijk om een ​​staaf te verkrijgen met één magnetische pool. Dit voorbeeld bevestigt de stelling dat het magnetische lichaam uit veel moleculaire magneten bestaat.

Magnetische lichamen verschillen van elkaar in de mate van mobiliteit van de moleculaire magneten. Er zijn lichamen die snel worden gemagnetiseerd en net zo snel worden gedemagnetiseerd. Omgekeerd zijn er lichamen die langzaam magnetiseren maar hun magnetische eigenschappen lang behouden.

IJzer wordt dus snel gemagnetiseerd onder invloed van een externe magneet, maar net zo snel gedemagnetiseerd, dat wil zeggen het verliest zijn magnetische eigenschappen wanneer de magneet wordt verwijderd.Staal behoudt na te zijn gemagnetiseerd zijn magnetische eigenschappen nog lang, dat wil zeggen , wordt het een permanente magneet.

De eigenschap van ijzer om snel te magnetiseren en te demagnetiseren wordt verklaard door het feit dat de moleculaire magneten van ijzer extreem mobiel zijn, ze roteren gemakkelijk onder invloed van externe magnetische krachten, maar keren net zo snel terug naar hun vorige ongeordende positie wanneer het magnetiserende lichaam wordt verwijderd.

Bij ijzer blijft echter een klein deel van de magneten, en na het verwijderen van de permanente magneet, nog enige tijd in de positie die ze innamen op het moment van magnetisatie. Daarom behoudt ijzer na magnetisatie zeer zwakke magnetische eigenschappen. Dit wordt bevestigd door het feit dat toen de ijzeren plaat van de pool van de magneet werd verwijderd, niet al het zaagsel van het uiteinde viel - een klein deel ervan bleef aangetrokken door de plaat.

De eigenschap van staal om lang gemagnetiseerd te blijven, wordt verklaard doordat de moleculaire magneten van staal tijdens het magnetiseren nauwelijks in de gewenste richting draaien, maar ook na het verwijderen van het magnetiserende lichaam lang hun stabiele positie behouden.

Het vermogen van een magnetisch lichaam om na magnetisatie magnetische eigenschappen te vertonen, wordt restmagnetisme genoemd.

Het fenomeen restmagnetisme wordt veroorzaakt doordat er in een magnetisch lichaam een ​​zogenaamde vertragende kracht aanwezig is die de moleculaire magneten in de positie houdt die ze innemen tijdens magnetisatie.

Bij ijzer is de werking van de vertragende kracht erg zwak, met als resultaat dat het snel demagnetiseert en zeer weinig restmagnetisme heeft.

De eigenschap van ijzer om snel te magnetiseren en te demagnetiseren wordt zeer veel gebruikt in de elektrotechniek. Het volstaat te zeggen dat de kernen van elk elektromagnetendie gebruikt in elektrische apparaten zijn gemaakt van speciaal ijzer met extreem laag restmagnetisme.

Staal heeft een grote houdkracht, waardoor de eigenschap van magnetisme erin behouden blijft. Dat is waarom permanente magneten zijn gemaakt van speciale staallegeringen.

De eigenschappen van permanente magneten worden nadelig beïnvloed door schokken, stoten en plotselinge temperatuurschommelingen. Als bijvoorbeeld een permanente magneet rood wordt opgewarmd en daarna afkoelt, verliest hij zijn magnetische eigenschappen volledig. Evenzo, als u een permanente magneet blootstelt aan schokken, zal de aantrekkingskracht ervan aanzienlijk afnemen.

Dit wordt verklaard door het feit dat bij sterke verhitting of schokken de werking van een vertragende kracht wordt overwonnen en daarmee de ordelijke opstelling van de moleculaire magneten wordt verstoord. Daarom moeten permanente magneten en apparaten met permanente magneten voorzichtig worden behandeld.

Magnetische krachtlijnen. Interactie van de polen van magneten

Rond elke magneet zit een zgn magnetisch veld.

Een magnetisch veld wordt de ruimte genoemd waarin magnetische krachten... Het magnetische veld van een permanente magneet is dat deel van de ruimte waarin de velden van een rechtlijnige magneet en de magnetische krachten van deze magneet werken.

De magnetische krachten van het magnetische veld werken in bepaalde richtingen... De werkingsrichtingen van de magnetische krachten worden overeengekomen magnetische krachtlijnen te worden genoemd... Deze term wordt veel gebruikt in de studie van elektrotechniek, maar het moet onthouden worden dat magnetische krachtlijnen niet materieel zijn: dit is een conventionele term die alleen is geïntroduceerd om het begrip van magnetische veldeigenschappen te vergemakkelijken.

De vorm van het magnetische veld, dat wil zeggen de locatie van de magnetische veldlijnen in de ruimte, hangt af van de vorm van de magneet zelf.

Magnetische veldlijnen hebben een aantal eigenschappen: ze zijn altijd gesloten, kruisen elkaar nooit, nemen de kortste weg en stoten elkaar af als ze in dezelfde richting wijzen.Het is algemeen aanvaard dat krachtlijnen de noordpool verlaten van de magneet en voer de zuidpool in; in de magneet hebben ze een richting van de zuidpool naar het noorden.

Zoals magnetische polen elkaar afstoten, trekken magnetische polen elkaar niet aan.

Van de juistheid van beide conclusies in de praktijk kunt u zich gemakkelijk overtuigen. Neem een ​​kompas en breng er een van de polen van een rechtlijnige magneet naartoe, bijvoorbeeld de noordpool. Je zult zien dat de pijl onmiddellijk zijn zuidkant naar de noordpool van de magneet zal draaien. Als u de magneet snel 180 ° draait, draait de magnetische naald onmiddellijk 180 °, dat wil zeggen dat het noordelijke uiteinde naar de zuidpool van de magneet wijst.

Magnetische inductie. Magnetische flux

De werkingskracht (aantrekkingskracht) van een permanente magneet op een magnetisch lichaam neemt af naarmate de afstand tussen de pool van de magneet en dit lichaam groter wordt. Een magneet vertoont de grootste aantrekkingskracht direct aan zijn polen, dat wil zeggen precies daar waar de magnetische krachtlijnen het dichtst zijn. Door van de pool af te bewegen, neemt de dichtheid van de krachtlijnen af, ze worden steeds zeldzamer gevonden, daarnaast verzwakt ook de aantrekkingskracht van de magneet.

De aantrekkingskracht van een magneet op verschillende punten van het magnetische veld is dus niet hetzelfde en wordt gekenmerkt door de dichtheid van de krachtlijnen. Om het magnetische veld op zijn verschillende punten te karakteriseren, wordt een grootheid geïntroduceerd die magnetische veldinductie wordt genoemd.

De magnetische inductie van het veld is numeriek gelijk aan het aantal krachtlijnen dat door een gebied van 1 cm2 gaat, loodrecht op hun richting.

Dit betekent dat hoe groter de dichtheid van veldlijnen op een bepaald punt in het veld, hoe groter de magnetische inductie op dat punt.

Het totale aantal magnetische krachtlijnen dat door een gebied gaat, wordt de magnetische flux genoemd.

Magnetische flux wordt aangeduid met de letter F en is gerelateerd aan magnetische inductie door de volgende relatie:

Ф = BS,

waar F de magnetische flux is, is V de magnetische inductie van het veld; S is het gebied dat wordt gepenetreerd door een gegeven magnetische flux.

Deze formule is alleen geldig als het gebied S loodrecht staat op de richting van de magnetische flux. Anders zal de grootte van de magnetische flux ook afhangen van de hoek waaronder het gebied S zich bevindt, en dan zal de formule een complexere vorm aannemen.

De magnetische flux van een permanente magneet wordt bepaald door het totale aantal krachtlijnen dat door de dwarsdoorsnede van de magneet gaat.Hoe groter de magnetische flux van een permanente magneet, hoe aantrekkelijker die magneet is.

De magnetische flux van een permanente magneet hangt af van de kwaliteit van het staal waaruit de magneet is gemaakt, de grootte van de magneet zelf en de mate van magnetisatie.

Magnetische permeabiliteit

De eigenschap van een lichaam om magnetische flux door zichzelf heen te laten, wordt magnetische permeabiliteit genoemd... Het is gemakkelijker voor magnetische flux om door lucht te gaan dan door een niet-magnetisch lichaam.

Verschillende stoffen kunnen vergelijken op basis van hun magnetische permeabiliteit, is het gebruikelijk om de magnetische permeabiliteit van lucht gelijk te stellen aan één.

Ze worden stoffen genoemd met een magnetische permeabiliteit van minder dan één diamagnetisch. Ze omvatten koper, lood, zilver, enz.

Aluminium, platina, tin, enz. Ze hebben een magnetische permeabiliteit die iets groter is dan één en worden paramagnetische stoffen genoemd.

Stoffen met een magnetische permeabiliteit die veel groter is dan één (gemeten in duizenden) worden ferromagnetisch genoemd. Deze omvatten nikkel, kobalt, staal, ijzer, enz. Alle soorten magnetische en elektromagnetische apparaten en onderdelen van verschillende elektrische machines worden gemaakt van deze stoffen en hun legeringen.

Van praktisch belang voor communicatietechnologieën zijn speciale ijzer-nikkellegeringen die permaloïde worden genoemd.