Magnetizmus a elektromagnetizmus

Prírodné a umelé magnety

Medzi železnými rudami ťaženými pre hutnícky priemysel patrí ruda nazývaná magnetická železná ruda. Táto ruda má vlastnosť priťahovať železné predmety k sebe.

Kúsok takejto železnej rudy sa nazýva prírodný magnet a vlastnosťou príťažlivosti, ktorú vykazuje, je magnetizmus.

Fenomén magnetizmu je v súčasnosti mimoriadne široko využívaný v rôznych elektrických inštaláciách. Teraz však nepoužívajú prírodné, ale takzvané umelé magnety.

Umelé magnety sú vyrobené zo špeciálnych ocelí. Kus takejto ocele je magnetizovaný špeciálnym spôsobom, po ktorom získava magnetické vlastnosti, to znamená, že sa stáva permanentný magnet.

Tvar permanentných magnetov môže byť veľmi rôznorodý v závislosti od ich účelu.

V permanentnom magnete majú gravitačné sily iba jeho póly. Severne orientovaný koniec magnetu sa nazýva magnet severného pólu a južný koniec je magnet južného pólu. Každý permanentný magnet má dva póly: severný a južný. Severný pól magnetu je označený písmenom C alebo N, južný pól písmenom Yu alebo S.

Magnet k sebe priťahuje železo, oceľ, liatinu, nikel, kobalt. Všetky tieto telesá sa nazývajú magnetické telesá. Všetky ostatné telesá, ktoré magnet nepriťahuje, sa nazývajú nemagnetické telesá.

Štruktúra magnetu. Magnetizácia

Každé teleso, vrátane magnetického, pozostáva z najmenších častíc – molekúl. Na rozdiel od molekúl nemagnetických telies majú molekuly magnetického telesa magnetické vlastnosti, ktoré predstavujú molekulárne magnety. Vo vnútri magnetického telesa sú tieto molekulárne magnety usporiadané svojimi osami v rôznych smeroch, čo má za následok, že samotné teleso nevykazuje žiadne magnetické vlastnosti. Ale ak sú tieto magnety nútené otáčať sa okolo svojich osí tak, že ich severné póly sa otáčajú jedným smerom a ich južné póly druhým smerom, potom telo získa magnetické vlastnosti, to znamená, že sa stane magnetom.

Proces, ktorým magnetické teleso nadobúda vlastnosti magnetu, sa nazýva magnetizácia... Pri výrobe permanentných magnetov sa magnetizácia uskutočňuje pomocou elektrického prúdu. Ale magnetizovať telo môžete aj inak, pomocou obyčajného permanentného magnetu.

Ak je priamočiary magnet rezaný pozdĺž neutrálnej čiary, získajú sa dva nezávislé magnety a polarita koncov magnetu sa zachová a na koncoch získaných rezom sa objavia opačné póly.

Každý z výsledných magnetov je možné rozdeliť aj na dva magnety a nech budeme v tomto delení akokoľvek pokračovať, vždy nám vzniknú nezávislé magnety s dvoma pólmi. Nie je možné získať tyč s jedným magnetickým pólom. Tento príklad potvrdzuje pozíciu, že magnetické telo pozostáva z mnohých molekulárnych magnetov.

Magnetické telesá sa navzájom líšia v stupni pohyblivosti molekulárnych magnetov. Existujú telesá, ktoré sa rýchlo zmagnetizujú a rovnako rýchlo demagnetizujú. Naopak, existujú telesá, ktoré magnetizujú pomaly, no svoje magnetické vlastnosti si zachovávajú po dlhú dobu.

Železo sa teda pôsobením vonkajšieho magnetu rýchlo zmagnetizuje, ale rovnako rýchlo aj demagnetizuje, to znamená, že po odstránení magnetu stratí svoje magnetické vlastnosti Oceľ si po zmagnetizovaní zachová svoje magnetické vlastnosti po dlhú dobu, tzn. , stáva sa permanentným magnetom.

Vlastnosť železa rýchlo magnetizovať a demagnetizovať sa vysvetľuje skutočnosťou, že molekulárne magnety železa sú extrémne mobilné, ľahko sa otáčajú vplyvom vonkajších magnetických síl, ale rovnako rýchlo sa vrátia do svojej predchádzajúcej neusporiadanej polohy, keď je magnetizujúce teleso odstránené .

V železe však malá časť magnetov a po odstránení permanentného magnetu zostáva ešte nejaký čas v polohe, ktorú zaujímali v čase magnetizácie. Preto si železo po magnetizácii zachováva veľmi slabé magnetické vlastnosti. Potvrdzuje to skutočnosť, že keď bola železná platňa odstránená z pólu magnetu, nie všetky piliny spadli z jej konca - ich malá časť zostala pritiahnutá k platni.

Vlastnosť ocele zostať zmagnetizovaná po dlhú dobu sa vysvetľuje tým, že molekulárne magnety ocele sa pri magnetizácii takmer neotáčajú v požadovanom smere, no svoju stabilnú polohu si zachovajú dlho aj po odstránení magnetizačného telesa.

Schopnosť magnetického telesa vykazovať magnetické vlastnosti po magnetizácii sa nazýva zvyškový magnetizmus.

Fenomén zvyškového magnetizmu je spôsobený tým, že v magnetickom telese pôsobí takzvaná retardačná sila, ktorá udržuje molekulárne magnety v polohe, ktorú pri magnetizácii zaujímajú.

V železe je pôsobenie spomaľovacej sily veľmi slabé, čo má za následok, že sa rýchlo demagnetizuje a má veľmi malý zvyškový magnetizmus.

Vlastnosť železa rýchlo magnetizovať a demagnetizovať je v elektrotechnike mimoriadne široko používaná. Stačí povedať, že jadrá každého elektromagnetytie, ktoré sa používajú v elektrických zariadeniach, sú vyrobené zo špeciálneho železa s extrémne nízkym zvyškovým magnetizmom.

Oceľ má veľkú prídržnú silu, vďaka čomu je v nej zachovaná vlastnosť magnetizmu. preto permanentné magnety sú vyrobené zo špeciálnych oceľových zliatin.

Vlastnosti permanentných magnetov nepriaznivo ovplyvňujú otrasy, nárazy a prudké teplotné výkyvy. Ak sa napríklad permanentný magnet zahreje do červena a potom sa nechá vychladnúť, potom úplne stratí svoje magnetické vlastnosti. Podobne, ak permanentný magnet vystavíte otrasom, jeho príťažlivá sila sa výrazne zníži.

Vysvetľuje sa to tým, že pri silnom zahriatí alebo otrasoch sa prekoná pôsobenie spomaľovacej sily a tým sa naruší usporiadané usporiadanie molekulárnych magnetov. Preto treba s permanentnými magnetmi a zariadeniami s permanentnými magnetmi zaobchádzať opatrne.

Magnetické siločiary. Interakcia pólov magnetov

Okolo každého magnetu sa nachádza tzv magnetické pole.

Magnetické pole sa nazýva priestor, v ktorom magnetické sily... Magnetické pole permanentného magnetu je tá časť priestoru, v ktorej pôsobia polia priamočiareho magnetu a magnetické sily tohto magnetu.

Magnetické sily magnetického poľa pôsobia v určitých smeroch... Smery pôsobenia magnetických síl sa zhodli na tom, že sa budú nazývať magnetické siločiary... Tento výraz je široko používaný pri štúdiu elektrotechniky, no treba si ho zapamätať že magnetické siločiary nie sú hmotné: toto je konvenčný termín zavedený len na uľahčenie pochopenia vlastností magnetického poľa.

Tvar magnetického poľa, teda umiestnenie siločiar magnetického poľa v priestore, závisí od tvaru samotného magnetu.

Magnetické siločiary majú množstvo vlastností: sú vždy uzavreté, nikdy sa nekrížia, majú tendenciu ísť najkratšou cestou a navzájom sa odpudzujú, ak smerujú rovnakým smerom. Všeobecne sa uznáva, že siločiary vychádzajú zo severného pólu magnetu a vstúpiť do jeho južného pólu; vo vnútri magnetu majú smer od južného pólu k severu.

Ako sa magnetické póly odpudzujú, na rozdiel od magnetických pólov sa priťahujú.

O správnosti oboch záverov sa dá v praxi ľahko presvedčiť. Vezmite kompas a priveďte k nemu jeden z pólov priamočiareho magnetu, napríklad severný pól. Uvidíte, že šípka okamžite otočí svoj južný koniec k severnému pólu magnetu. Ak rýchlo otočíte magnet o 180 °, magnetická ihla sa okamžite otočí o 180 °, to znamená, že jej severný koniec bude smerovať k južnému pólu magnetu.

Magnetická indukcia. Magnetický tok

Sila pôsobenia (priťahovania) permanentného magnetu na magnetické teleso sa zmenšuje so zväčšujúcou sa vzdialenosťou medzi pólom magnetu a týmto telesom. Magnet vykazuje najväčšiu príťažlivú silu priamo na svojich póloch, teda presne tam, kde sú magnetické siločiary najhustejšie. Pohybom od pólu sa hustota siločiar znižuje, vyskytujú sa čoraz zriedkavejšie, spolu s tým sa oslabuje aj príťažlivá sila magnetu.

Príťažlivá sila magnetu v rôznych bodoch magnetického poľa teda nie je rovnaká a je charakterizovaná hustotou siločiar. Na charakterizáciu magnetického poľa v jeho rôznych bodoch sa zavádza veličina nazývaná indukcia magnetického poľa.

Magnetická indukcia poľa sa číselne rovná počtu siločiar prechádzajúcich oblasťou 1 cm2, umiestnených kolmo na ich smer.

To znamená, že čím väčšia je hustota siločiar v danom bode poľa, tým väčšia je v tomto bode magnetická indukcia.

Celkový počet magnetických siločiar prechádzajúcich cez ktorúkoľvek oblasť sa nazýva magnetický tok.

Magnetický tok je označený písmenom F a súvisí s magnetickou indukciou prostredníctvom nasledujúceho vzťahu:

Ф = BS,

kde F je magnetický tok, V je magnetická indukcia poľa; S je plocha, ktorou preniká daný magnetický tok.

Tento vzorec platí len vtedy, ak je plocha S kolmá na smer magnetického toku. V opačnom prípade bude veľkosť magnetického toku závisieť aj od uhla, v ktorom sa nachádza oblasť S, a potom vzorec nadobudne zložitejšiu formu.

Magnetický tok permanentného magnetu je určený celkovým počtom siločiar prechádzajúcich prierezom magnetu.Čím väčší je magnetický tok permanentného magnetu, tým je magnet príťažlivejší.

Magnetický tok permanentného magnetu závisí od kvality ocele, z ktorej je magnet vyrobený, veľkosti samotného magnetu a stupňa jeho magnetizácie.

Magnetická priepustnosť

Vlastnosť telesa prepúšťať magnetický tok cez seba sa nazýva magnetická permeabilita... Magnetický tok ľahšie prechádza vzduchom ako nemagnetickým telesom.

Vedieť porovnávať rôzne látky podľa ich magnetická permeabilita, je zvykom považovať magnetickú permeabilitu vzduchu za rovnú jednote.

Nazývajú sa látky s magnetickou permeabilitou menšou ako jednota diamagnetické... Patrí medzi ne meď, olovo, striebro atď.

Hliník, platina, cín atď. Majú magnetickú permeabilitu o niečo väčšiu ako jednota a nazývajú sa paramagnetické látky.

Látky s magnetickou permeabilitou oveľa väčšou ako jedna (merané v tisícoch) sa nazývajú feromagnetické. Patria sem nikel, kobalt, oceľ, železo atď. Z týchto látok a ich zliatin sa vyrábajú všetky druhy magnetických a elektromagnetických zariadení a častí rôznych elektrických strojov.

Prakticky zaujímavé pre komunikačné technológie sú špeciálne zliatiny železa a niklu nazývané permaloid.