Manyetizma ve Elektromanyetizma

Doğal ve yapay mıknatıslar

Metalürji endüstrisi için çıkarılan demir cevherleri arasında manyetik demir cevheri adı verilen bir cevher de bulunuyor. Bu cevher demir nesneleri kendine çekme özelliğine sahiptir.

Böyle bir demir cevherinin bir parçasına doğal mıknatıs denir ve sergilediği çekim özelliği manyetizmadır.

Günümüzde manyetizma olgusu, çeşitli elektrik tesisatlarında son derece yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, şimdi doğal değil, sözde yapay mıknatıslar kullanıyorlar.

Yapay mıknatıslar özel çeliklerden yapılmıştır. Bu tür bir çelik parçası özel bir şekilde mıknatıslanır, ardından manyetik özellikler kazanır, yani olur. kalıcı mıknatıs.

Kalıcı mıknatısların şekli, amaçlarına bağlı olarak çok çeşitli olabilir.

Kalıcı bir mıknatısta, sadece kutupları yerçekimi kuvvetlerine sahiptir. Mıknatısın kuzeye bakan ucunun kuzey kutbu mıknatısı, güneye bakan ucunun da güney kutbu mıknatısı olduğu kabul edilir. Her kalıcı mıknatısın iki kutbu vardır: kuzey ve güney. Bir mıknatısın kuzey kutbu C veya N harfiyle, güney kutbu Yu veya S harfiyle gösterilir.

Mıknatıs demir, çelik, dökme demir, nikel, kobaltı kendine çeker. Bütün bu cisimlere manyetik cisimler denir. Bir mıknatıs tarafından çekilmeyen diğer tüm cisimlere manyetik olmayan cisimler denir.

Mıknatısın yapısı. manyetizasyon

Manyetik olan da dahil olmak üzere her cisim en küçük parçacıklardan oluşur - moleküller. Manyetik olmayan cisimlerin moleküllerinden farklı olarak, manyetik bir cismin molekülleri, moleküler mıknatısları temsil eden manyetik özelliklere sahiptir. Manyetik bir gövdenin içinde, bu moleküler mıknatıslar eksenleri farklı yönlerde olacak şekilde düzenlenir, bunun sonucunda gövdenin kendisi herhangi bir manyetik özellik sergilemez. Ancak bu mıknatıslar, kuzey kutupları bir yöne, güney kutupları diğer yöne dönecek şekilde kendi eksenleri etrafında dönmeye zorlanırsa, o zaman vücut manyetik özellik kazanır, yani bir mıknatıs olur.

Manyetik bir cismin mıknatıs özelliklerini kazandığı sürece mıknatıslanma denir... Kalıcı mıknatısların üretiminde, mıknatıslanma bir elektrik akımı yardımıyla gerçekleştirilir. Ancak sıradan bir kalıcı mıknatıs kullanarak bedeni başka bir şekilde mıknatıslayabilirsiniz.

Doğrusal bir mıknatıs nötr bir çizgi boyunca kesilirse, o zaman iki bağımsız mıknatıs elde edilecek ve mıknatısın uçlarının polaritesi korunacak ve kesme sonucu elde edilen uçlarda zıt kutuplar görünecektir.

Ortaya çıkan mıknatısların her biri de iki mıknatısa bölünebilir ve bu bölmeye ne kadar devam edersek edelim her zaman iki kutuplu bağımsız mıknatıslar elde ederiz. Bir manyetik kutbu olan bir çubuk elde etmek imkansızdır. Bu örnek, manyetik gövdenin birçok moleküler mıknatıstan oluştuğu konumunu doğrular.

Manyetik cisimler, moleküler mıknatısların hareketlilik derecesinde birbirinden farklıdır. Hızlı bir şekilde mıknatıslanan ve aynı hızla manyetikliği giderilen cisimler var. Tersine, yavaş mıknatıslanan ancak manyetik özelliklerini uzun süre koruyan cisimler vardır.

Böylece demir, harici bir mıknatısın etkisi altında hızla mıknatıslanır, ancak aynı hızla manyetikliği giderilir, yani mıknatıs çıkarıldığında manyetik özelliklerini kaybeder Çelik, mıknatıslandıktan sonra manyetik özelliklerini uzun süre korur, yani kalıcı bir mıknatıs haline gelir.

Demirin hızlı bir şekilde mıknatıslanma ve manyetikliği giderme özelliği, demirin moleküler mıknatıslarının son derece hareketli olmaları, dış manyetik kuvvetlerin etkisi altında kolayca dönmeleri, ancak mıknatıslama gövdesi hareket ettiğinde önceki düzensiz konumlarına aynı hızla geri dönmeleri gerçeğiyle açıklanır. kaldırıldı .

Bununla birlikte, demirde, mıknatısların küçük bir kısmı ve kalıcı mıknatısın çıkarılmasından sonra, bir süre daha mıknatıslanma anında işgal ettikleri pozisyonda kalırlar. Bu nedenle, mıknatıslanmadan sonra demir çok zayıf manyetik özelliklerini korur. Bu, demir plaka mıknatısın kutbundan çıkarıldığında, talaşın tamamının ucundan düşmediği gerçeğiyle doğrulanır - küçük bir kısmı plakaya doğru çekilmeye devam eder.

Çeliğin uzun süre manyetize kalma özelliği, çeliğin moleküler mıknatıslarının mıknatıslanma sırasında istenen yönde zorlukla dönmesi, ancak mıknatıslayıcı gövdenin çıkarılmasından sonra bile uzun süre sabit konumlarını korumaları gerçeğiyle açıklanır.

Manyetik bir cismin manyetizasyondan sonra manyetik özellikler sergileme yeteneğine artık manyetizma denir.

Artık manyetizma fenomeni, manyetik bir cisimde moleküler mıknatısları mıknatıslanma sırasında işgal ettikleri pozisyonda tutan sözde geciktirici bir kuvvetin varlığından kaynaklanır.

Demirde, geciktirme kuvvetinin etkisi çok zayıftır, bunun sonucunda hızla manyetikliği giderir ve çok az artık manyetizmaya sahiptir.

Demirin hızlı bir şekilde mıknatıslanma ve manyetikliği giderme özelliği, elektrik mühendisliğinde son derece yaygın olarak kullanılmaktadır. Her birinin çekirdeğinin olduğunu söylemek yeterli elektromıknatıslarelektrikli cihazlarda kullanılanlar, son derece düşük artık manyetizmaya sahip özel demirden yapılmıştır.

Çelik, içinde manyetizma özelliğinin korunduğu için büyük bir tutma gücüne sahiptir. bu yüzden kalıcı mıknatıslar özel çelik alaşımlarından yapılmıştır.

Kalıcı mıknatısların özellikleri şok, darbe ve ani sıcaklık dalgalanmalarından olumsuz etkilenir. Örneğin, kalıcı bir mıknatıs kırmızıya ısıtılır ve sonra soğumaya bırakılırsa, o zaman manyetik özelliklerini tamamen kaybeder. Aynı şekilde, kalıcı bir mıknatısı şoklara maruz bırakırsanız, çekim gücü önemli ölçüde azalır.

Bu, güçlü ısıtma veya şoklarla, geciktirici bir kuvvetin etkisinin üstesinden gelinmesi ve böylece moleküler mıknatısların düzenli düzeninin bozulması gerçeğiyle açıklanır. Bu nedenle kalıcı mıknatıslar ve sabit mıknatıslı cihazlar dikkatle kullanılmalıdır.

Manyetik kuvvet çizgileri. Mıknatıs kutuplarının etkileşimi

Her mıknatısın etrafında bir sözde var manyetik alan.

Manyetik alan, manyetik kuvvetlerin... Kalıcı bir mıknatısın manyetik alanı, uzayın, doğrusal bir mıknatısın alanlarının ve bu mıknatısın manyetik kuvvetlerinin hareket ettiği kısmıdır.

Manyetik alanın manyetik kuvvetleri belirli yönlerde hareket eder... Manyetik kuvvetlerin hareket yönlerine manyetik kuvvet çizgileri adı verilir... Bu terim elektrik mühendisliği çalışmalarında yaygın olarak kullanılır, ancak hatırlanması gerekir manyetik kuvvet çizgileri maddi değildir: bu, yalnızca manyetik alan özelliklerinin anlaşılmasını kolaylaştırmak için kullanılan geleneksel bir terimdir.

Manyetik alanın şekli, yani manyetik alan çizgilerinin uzaydaki konumu, mıknatısın kendisinin şekline bağlıdır.

Manyetik alan çizgilerinin bir takım özellikleri vardır: her zaman kapalıdırlar, asla kesişmezler, en kısa yolu tutma eğilimindedirler ve aynı yönü gösteriyorlarsa birbirlerini iterler.Genellikle kuvvet çizgilerinin kuzey kutbundan çıktığı kabul edilir. mıknatısın ve güney kutbuna girin; mıknatısın içinde güney kutbundan kuzeye doğru bir yönleri vardır.

Manyetik kutupların birbirini itmesi gibi, manyetik kutupların aksine birbirini çeker.

Pratikte her iki sonucun da doğruluğuna kendinizi ikna etmek kolaydır. Bir pusula alın ve ona doğrusal bir mıknatısın kutuplarından birini, örneğin kuzey kutbunu getirin. Okun güney ucunu anında mıknatısın kuzey kutbuna çevirdiğini göreceksiniz. Mıknatısı hızlı bir şekilde 180 ° döndürürseniz, manyetik iğne hemen 180 ° dönecektir, yani kuzey ucu mıknatısın güney kutbuna bakacaktır.

Manyetik indüksiyon. manyetik akı

Kalıcı bir mıknatısın manyetik bir cisim üzerindeki etki kuvveti (çekimi), mıknatısın kutbu ile bu cisim arasındaki mesafe arttıkça azalır. Bir mıknatıs, en büyük çekim kuvvetini doğrudan kutuplarında, yani tam olarak manyetik kuvvet çizgilerinin en yoğun olduğu yerde gösterir. Kutuptan uzaklaştıkça kuvvet çizgilerinin yoğunluğu azalır, giderek daha nadir bulunurlar, bununla birlikte mıknatısın çekim kuvveti de zayıflar.

Bu nedenle, bir mıknatısın manyetik alanın farklı noktalarındaki çekim kuvveti aynı değildir ve kuvvet çizgilerinin yoğunluğu ile karakterize edilir. Manyetik alanı çeşitli noktalarında karakterize etmek için, manyetik alan indüksiyonu adı verilen bir nicelik tanıtılır.

Alanın manyetik indüksiyonu, yönlerine dik yerleştirilmiş 1 cm2'lik bir alandan geçen kuvvet çizgilerinin sayısına sayısal olarak eşittir.

Bu, alandaki belirli bir noktada alan çizgilerinin yoğunluğu ne kadar büyükse, o noktadaki manyetik indüksiyonun o kadar büyük olduğu anlamına gelir.

Herhangi bir bölgeden geçen manyetik kuvvet çizgilerinin toplam sayısına manyetik akı denir.

Manyetik akı, F harfi ile gösterilir ve aşağıdaki ilişki yoluyla manyetik indüksiyonla ilişkilidir:

Ф = BS,

burada F, manyetik akı, V, alanın manyetik indüksiyonudur; S, belirli bir manyetik akının nüfuz ettiği alandır.

Bu formül, yalnızca S alanı manyetik akının yönüne dik olduğunda geçerlidir. Aksi takdirde, manyetik akının büyüklüğü S alanının bulunduğu açıya da bağlı olacak ve formül daha karmaşık bir biçim alacaktır.

Kalıcı bir mıknatısın manyetik akısı, mıknatısın enine kesitinden geçen kuvvet çizgilerinin toplam sayısı ile belirlenir.Kalıcı bir mıknatısın manyetik akısı ne kadar büyükse, o mıknatıs o kadar çekicidir.

Kalıcı bir mıknatısın manyetik akısı, mıknatısın yapıldığı çeliğin kalitesine, mıknatısın boyutuna ve mıknatıslanma derecesine bağlıdır.

Manyetik geçirgenlik

Bir cismin kendi içinden manyetik akıya izin verme özelliğine denir manyetik geçirgenlik... Manyetik akının havadan geçmesi, manyetik olmayan bir cisimden geçmesine göre daha kolaydır.

Farklı maddeleri özelliklerine göre karşılaştırabilme manyetik geçirgenlik, havanın manyetik geçirgenliğinin bire eşit olduğunu düşünmek gelenekseldir.

Manyetik geçirgenliği birim diyamanyetikten daha az olan maddeler olarak adlandırılırlar. Bakır, kurşun, gümüş vb.

Alüminyum, platin, kalay vb. Birlikten biraz daha büyük bir manyetik geçirgenliğe sahiptirler ve paramanyetik maddeler olarak adlandırılırlar.

Manyetik geçirgenliği birden fazla olan (binlerle ölçülen) maddelere ferromanyetik denir. Bunlar nikel, kobalt, çelik, demir vb. Bu maddelerden ve alaşımlarından her türlü manyetik ve elektromanyetik cihazlar ve çeşitli elektrikli makinelerin parçaları üretilir.

İletişim teknolojileri için pratik ilgi, permaloid adı verilen özel demir-nikel alaşımlarıdır.