Magnetisme magnetische eigenschappen van materialen, gebruik

Hij magnetisme o Magnetische energie is een natuurkracht geassocieerd met de beweging van elektrische ladingen en in staat om aantrekkingskracht of afstoting te produceren in bepaalde stoffen. Magneten zijn goed bekende bronnen van magnetisme.

Binnen worden deze interacties geproduceerd die zich vertalen in de aanwezigheid van magnetische velden, die hun invloed uitoefenen op kleine stukjes ijzer of nikkel, bijvoorbeeld.

De prachtige kleuren van het noorderlicht zijn te wijten aan het feit dat kosmische deeltjes energie uitzenden wanneer ze worden afgeleid door het magnetische veld van de aarde. Bron: Pixabay.

Het magnetische veld van een magneet wordt zichtbaar wanneer deze wordt geplaatst onder een papier waarop ijzerbestanden worden verspreid. Limieten zijn onmiddellijk georiënteerd langs de veldlijnen, waardoor een afbeelding hiervan in twee dimensies ontstaat.

Een andere goed bekende bron is de draden die de elektrische stroom transporteren; Maar in tegenstelling tot permanente magneten, verdwijnt het magnetisme wanneer de stroom ophoudt.

Wanneer een magnetisch veld ergens voorkomt, moest een agent werk doen. De in dit proces geïnvesteerde energie wordt opgeslagen in het gecreëerde magnetische veld en kan vervolgens worden beschouwd als magnetische energie.

De berekening van hoeveel magnetische energie in het veld wordt opgeslagen, hangt hiervan af en de geometrie van het apparaat of het gebied waar het is gemaakt.

Spoel.

[TOC]

Geschiedenis en ontdekking

Oude toepassingen

De legendes verteld door Plinius over het oude Griekenland spreken over pastor Magnes, die meer dan 2000 jaar geleden een mysterieus mineraal vond dat in staat was om ijzeren stukken aan te trekken, maar geen andere materialen. Het was magnetiet, een ijzeroxide met sterke magnetische eigenschappen.

De reden voor de magnetische aantrekkingskracht bleef honderden jaren verborgen. In het beste geval werd het toegeschreven aan bovennatuurlijke feiten. Hoewel niet om die reden zijn ze niet meer interessante toepassingen voor het vinden van het vinden, zoals het kompas.

Het door de Chinezen uitgevonden kompas maakt gebruik van het magnetisme van het land zelf, zodat de gebruiker tijdens de navigatie is georiënteerd.

Eerste wetenschappelijke studies

De studie van magnetische fenomenen had een grote vooruitgang dankzij William Gilbert (1544 - 1603). Deze Engelse wetenschapper uit het Elizabethaanse tijdperk bestudeerde het magnetische veld van een sferische magneet en concludeerde dat de aarde zijn eigen magnetische veld zou moeten hebben.

Uit zijn studie van de magneten merkte hij ook dat hij geen afzonderlijke magnetische polen kon verkrijgen. Wanneer een magneet in tweeën wordt verdeeld, hebben de nieuwe magneten ook beide polen.

Het was echter aan het begin van de 19e eeuw toen wetenschappers het bestaan ​​van de relatie tussen elektrische stroom en magnetisme opmerkten.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), geboren in Denemarken, had in 1820 het optreden van het passeren van een elektrische stroom door een bestuurder en het effect van het effect van een kompas waargenomen. Het kompas werd omgeleid en toen de stroom niet meer streefde, wees het kompas opnieuw zoals altijd naar het noorden.

Dit fenomeen kan worden gecontroleerd door het kompas naar een van de kabels te brengen die de auto -batterij verlaten, terwijl de start is geactiveerd.

Op het moment van het sluiten van het circuit moet de naald een waarneembare afbuiging ervaren, omdat auto's batterijen stromen hoog genoeg kunnen leveren zodat het kompas kan afwijken.

Kan u van dienst zijn: Pleiaden: geschiedenis, oorsprong en compositie

Op deze manier was het duidelijk dat bewegende aanklachten degenen zijn die aanleiding geven tot magnetisme.

Modern onderzoek

Een paar jaar na de experimenten van Oersted, markeerde de Britse onderzoeker Michael Faraday (1791 - 1867) een andere mijlpaal bij het ontdekken dat de variabele magnetische velden op hun beurt aanleiding geven tot elektrische stromingen.

Beide fenomenen, elektrisch en magnetisch, zijn nauw verbonden met elkaar, omdat het een van de ander kan leiden. Betent hen werd in opdracht van de discipel van Faraday, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), in de vergelijkingen die zijn naam dragen.

Deze vergelijkingen bevatten en vatten de elektromagnetische theorie samen en zijn nog steeds geldig binnen de relativistische fysica.

Magnetische eigenschappen van materialen

Waarom vertonen sommige materialen magnetische eigenschappen of verwerven magnetisme gemakkelijk? We weten dat het magnetische veld te wijten is aan bewegende belastingen, daarom moeten er in de magneet onzichtbare elektrische stromen zijn die aanleiding geven tot magnetisme.

Alle materie bevat elektronen die rond de atoomkern draaien. Het elektron kan worden vergeleken met de aarde, die een vertaalbeweging rond de zon heeft en ook een rotatie op zijn eigen as.

Klassieke fysica schrijft vergelijkbare bewegingen toe aan het elektron, hoewel de analogie niet helemaal exact is. Het punt is echter dat beide eigenschappen van het elektron ervoor zorgen dat het zich gedraagt ​​als een kleine spira die een magnetisch veld creëert.

De eigenschap die het meest bijdraagt, draagt ​​bij aan het magnetische veld van het atoom is het elektron. In atomen met veel elektronen zijn deze gegroepeerd in paren en met tegenovergestelde stekels. Zo worden de magnetische velden met elkaar geannuleerd. Dit is wat er in veel van de materialen gebeurt.

Er zijn echter enkele mineralen en verbindingen waarin een elektron is verdwenen. Op deze manier is het netto magnetische veld niet ongeldig. Dit creëert een Magnetisch moment, Een vector waarvan de grootte het product van de stroom is door het circuitgebied.

De aaneengesloten magnetische momenten werken met elkaar op en vormen regio's genoemd Magnetische domeinen, waarin veel spins in dezelfde richting zijn uitgelijnd. Het resulterende magnetische veld is erg intens.

Ferromagnetisme, paramagnetisme en diamagnetisme

De materialen die deze kwaliteit hebben, worden genoemd Ferromagnetisch. Er zijn er een paar: ijzer, nikkel, kobalt, gadolinio en enkele legeringen van hen.

De rest van de elementen in het periodiek systeem mist deze uitgesproken magnetische effecten. Vallen in de categorie van paramagnetisch of diamagnetisch.

In feite is diamagnetisme een eigenschap van alle materialen, die een lichte afstoting ervaren in aanwezigheid van een extern magnetisch veld. De bismut is het element met het meest geaccentueerde diamagnetisme.

Van zijn kant bestaat paramagnetisme uit een minder intense magnetische respons dan ferromagnetisme maar even attractie. Paramagnetische stoffen zijn bijvoorbeeld aluminium, lucht en sommige ijzeroxiden zoals Goetita.

Gebruik van magnetische energie

Magnetisme maakt deel uit van de fundamentele natuurkrachten. Omdat mensen er ook deel van uitmaken, zijn ze aangepast aan het bestaan ​​van magnetische fenomenen, evenals de rest van het leven op de planeet. Sommige dieren gebruiken bijvoorbeeld het magnetische veld van de aarde om geografisch te leiden.

Kan u van dienst zijn: dimensionale analyse

In feite wordt aangenomen dat vogels hun lange migraties uitvoeren dankzij het feit dat ze in hun hersenen een soort organisch kompas hebben waarmee ze het geomagnetische veld kunnen waarnemen en gebruiken.

Hoewel mensen zo'n kompas missen, hebben ze in plaats daarvan de mogelijkheid om de omgeving van veel meer manieren te wijzigen dan de rest van het dierenrijk. De leden van onze soort hebben dus magnetisme gebruikt voor hun voordeel van hetzelfde moment waarop de eerste Griekse pastor de steen ontdekte.

Sommige magnetische energietoepassingen

Vanaf dat moment zijn er veel toepassingen van magnetisme. Hier zijn een paar:

- Het reeds genoemde kompas, dat gebruik maakt van het geomagnetische veld van de aarde om geografisch te begeleiden.

- Oude televisies, computers en oscilloscopen, gebaseerd op de kathodestraalbuis, die spoelen gebruiken die magnetische velden genereren. Deze zijn verantwoordelijk voor het afleiden van de elektronenstraal om bepaalde plaatsen op het scherm te beïnvloeden, waardoor het beeld wordt gevormd.

- Massaspectrometers, gebruikt om verschillende soorten moleculen te bestuderen en met veel toepassingen in biochemie, criminologie, antropologie, geschiedenis en andere disciplines. Ze maken gebruik van elektrische en magnetische velden om de deeltjes af te leiden die zijn geladen in trajecten die afhankelijk zijn van hun snelheid.

- Magnetohydrodynamische voortstuwing, waarin een magnetische kracht een straal van zeewater (goede bestuurder) terug bevordert, zodat een voertuig of boot door de derde wet van Newton een impuls ontvangt.

- Magnetische resonantie, een niet -invasieve methode om beelden uit het interieur van het menselijk lichaam te verkrijgen. In principe gebruikt het een zeer intens magnetisch veld en de reactie van de in de weefsels aanwezige waterstofkernen (protonen) wordt geanalyseerd, die de bovengenoemde eigenschap van de spin hebben.

Deze toepassingen zijn al vastgesteld, maar in de toekomst wordt aangenomen dat magnetisme ook door technieken kan bestrijden, zoals borstkanker, zoals borstkanker hypertermisch, die magnetisch geïnduceerde warmte produceren.

Het idee is om vloeistofmagnetiet rechtstreeks in de tumor te injecteren. Dankzij de warmte geproduceerd door magnetisch geïnduceerde stromen, zouden ijzerdeeltjes voldoende verwarmen om kwaadaardige cellen te vernietigen.

Voor-en nadelen

Bij het nadenken over het gebruik van een bepaald type energie, is de conversie ervan vereist in een soort bewegingen, zoals die van een turbine, een lift of een voertuig, bijvoorbeeld; of dat het wordt omgezet in elektrische energie die een apparaat inschakelt: televisie, televisie, een geldautomaten en dat soort dingen.

Energie is een grootte met meerdere manifestaties die op veel manieren kunnen worden aangepast. Kan de energie van een kleine magneet versterkt om meer dan een paar munten continu te verplaatsen?

Om bruikbaar te zijn, moet energie een groot bereik hebben en doorgaan met een zeer overvloedige bron.

Primaire en secundaire energieën

In de natuur zijn dergelijke energieën, waaruit de andere typen worden geproduceerd. Ze staan ​​bekend als primaire energieën:

- Zonne energie.

- Atoom Energie.

- Geothermische energie.

- Windkracht.

- Biomassa-energie.

- Fossiele en minerale brandstofergie.

Secundaire energieën, zoals elektriciteit en warmte, komen hiervan voor. Waar is de magnetische energie hier?

Elektriciteit en magnetisme zijn niet twee afzonderlijke fenomenen. Beide United staan ​​in feite bekend als elektromagnetische fenomenen. Op voorwaarde dat er een van hen is, zal de andere bestaan.

Kan u van dienst zijn: wederzijdse inductantie: formule/coëfficiënt, toepassingen, oefeningen

Waar elektriciteit is, zal er op een bepaalde manier magnetische energie zijn. Maar dit is een secundaire energie, die de voorafgaande transformatie van enkele van de primaire energieën vereist.

Kenmerken van primaire en secundaire energieën

De voor- of nadelen van het gebruik van een soort energie worden volgens veel criteria vastgesteld. Onder hen is hoe gemakkelijk en goedkoop hun productie is, en ook hoeveel het in staat is om het proces in de omgeving en mensen negatief te beïnvloeden.

Iets belangrijks om rekening mee te houden is dat energieën vele malen worden getransformeerd voordat ze kunnen worden gebruikt.

Hoeveel transformaties moeten er gebeuren om de magneet te produceren waarmee de boodschappenlijst de koelkastdeur verlaat? Hoeveel om een ​​elektrische auto te bouwen? Zeker genoeg.

En hoe schoon is magnetische of elektromagnetische energie? Er zijn mensen die geloven dat constante blootstelling aan elektromagnetische velden van menselijke oorsprong gezondheid en milieuproblemen veroorzaakt.

Er zijn momenteel tal van onderzoekslijnen gewijd aan het bestuderen van de invloed van deze gebieden op gezondheid en milieu, maar volgens prestigieuze internationale organisaties is er geen overtuigend bewijs dat ze schadelijk zijn.

Voorbeelden van magnetische energie

Een apparaat dat dient om magnetische energie te bevatten, staat bekend als inductor. Het is een spoel die wordt gevormd door het rollen van koperdraad met voldoende aantal beurten, en is nuttig in veel circuits om de stroom te beperken en te voorkomen dat deze scherp verandert.

Koperen spoel. Bron: Pixabay.

Door een stroom te circuleren door de bochten van een spoel, wordt er een magnetisch veld gemaakt.

Als de stroom verandert, doen het magnetische veldlijnen dat ook. Deze veranderingen veroorzaken een stroom die zich verzet, volgens de inductierecht van Faraday-Lenz.

Wanneer de stroom toeneemt of plotseling afneemt, verzet de spoel zich ertegen, daarom kan het beschermende effecten op het circuit hebben.

De magnetische energie van een spoel

In het magnetische veld dat wordt gecreëerd in het volume gescheiden door de beurten van de spoel, wordt de magnetische energie opgeslagen, die zal worden aangeduid als OF_B En dat hangt af van:

- De intensiteit van het magnetische veld B.

- Het gebied van de dwarsdoorsnede van de spoel NAAR.

- De lengte van de spoel l.

- Vacuümpermeabiliteit μ_of.

Het wordt als volgt berekend:

Het product NAAR.l Het is gelijk aan het volume dat door de spoel is vergrendeld.

Deze vergelijking is geldig in elke ruimte met ruimte waar een magnetisch veld is. Als het volume bekend is V van genoemde regio, de permeabiliteit en de intensiteit van het veld, het is mogelijk om te berekenen hoeveel magnetische energie het heeft.

Oefening opgelost

Het magnetische veld in een spoel vol lucht van 2.0 cm in diameter en 26 cm lang is 0.70 t. Hoeveel energie wordt op dit gebied opgeslagen?

Gegevens: de permeabiliteit van vacuüm is μ_of = 4π . 10^-7 T.m/a

Oplossing

Numerieke waarden worden vervangen in de vorige vergelijking, waardoor de waarden worden omgezet in de internationale systeemeenheden.

Referenties

1. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. Zesde editie. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Natuurkunde 12. Pearson. 135-146.