Магнетизам и електромагнетизам

Природни и вештачки магнети

Међу рудама гвожђа које се копају за металуршку индустрију налази се руда која се зове магнетна руда гвожђа. Ова руда има својство да привлачи гвоздене предмете на себе.

Комад такве гвоздене руде назива се природни магнет, а својство привлачења које показује је магнетизам.

Данас се феномен магнетизма изузетно широко користи у различитим електричним инсталацијама. Међутим, сада користе не природне, већ такозване вештачке магнете.

Вештачки магнети су направљени од специјалних челика. Комад таквог челика се магнетизује на посебан начин, након чега добија магнетна својства, односно постаје трајни магнет.

Облик трајних магнета може бити веома разнолик, у зависности од њихове намене.

У сталном магнету само његови полови имају гравитационе силе. Договорено је да се крај магнета окренут северу назива магнет северног пола, а крај окренут према југу је магнет јужног пола. Сваки стални магнет има два пола: северни и јужни. Северни пол магнета је означен словом Ц или Н, јужни пол словом Иу или С.

Магнет привлачи на себе гвожђе, челик, ливено гвожђе, никл, кобалт. Сва ова тела се називају магнетна тела. Сва друга тела која не привлаче магнет називају се немагнетна тела.

Структура магнета. Магнетизација

Свако тело, па и магнетно, састоји се од најмањих честица – молекула. За разлику од молекула немагнетних тела, молекули магнетног тела имају магнетна својства, представљајући молекуларне магнете. Унутар магнетног тела, ови молекуларни магнети су распоређени са својим осама у различитим правцима, тако да само тело не показује никаква магнетна својства. Али ако се ови магнети принуде да се ротирају око својих осе тако да се њихови северни полови окрећу у једном правцу, а јужни у другом, тада ће тело добити магнетна својства, односно постаће магнет.

Процес којим магнетно тело стиче својства магнета назива се магнетизација... У производњи трајних магнета магнетизација се врши уз помоћ електричне струје. Али можете магнетизирати тело на други начин, користећи обичан трајни магнет.

Ако се праволинијски магнет пресече дуж неутралне линије, добиће се два независна магнета, а поларитет крајева магнета ће се сачувати, а на крајевима добијеним сечењем ће се појавити супротни полови.

Сваки од добијених магнета се такође може поделити на два магнета, и колико год да наставимо ову поделу, увек ћемо добити независне магнете са два пола. Немогуће је добити шипку са једним магнетним полом. Овај пример потврђује став да се магнетно тело састоји од много молекуларних магнета.

Магнетна тела се међусобно разликују по степену покретљивости молекуларних магнета. Постоје тела која се брзо магнетишу и исто тако брзо демагнетишу. Насупрот томе, постоје тела која се магнетишу споро, али задржавају своја магнетна својства дуго времена.

Дакле, гвожђе се под дејством спољашњег магнета брзо магнетизује, али се исто тако брзо демагнетизује, односно губи магнетна својства када се магнет уклони.Челик након намагнетисања дуго задржава своја магнетна својства, тј. , постаје трајни магнет.

Својство гвожђа да се брзо магнетизује и демагнетизује се објашњава чињеницом да су молекуларни магнети гвожђа изузетно покретни, лако се ротирају под утицајем спољашњих магнетних сила, али се исто тако брзо враћају у свој претходни неуређени положај када се магнетизирајуће тело уклоњена .

У гвожђу, међутим, мали део магнета, и након уклањања трајног магнета, још неко време остаје у положају који су заузимали у време магнетизације. Стога, након магнетизације, гвожђе задржава веома слаба магнетна својства. То потврђује чињеница да када је гвоздена плоча уклоњена са пола магнета, није сва пиљевина пала са њеног краја — мали део је остао привучен плочи.

Својство челика да дуго остане магнетизован објашњава се чињеницом да се молекуларни магнети челика тешко ротирају у жељеном правцу током магнетизације, али задржавају стабилан положај дуго времена чак и након уклањања магнетизирајућег тела.

Способност магнетног тела да покаже магнетна својства након магнетизације назива се резидуални магнетизам.

Феномен резидуалног магнетизма је узрокован чињеницом да у магнетном телу постоји такозвана сила успоравања која држи молекуларне магнете у положају који заузимају током магнетизације.

У гвожђу, дејство силе успоравања је веома слабо, што доводи до тога да се брзо демагнетизује и има врло мало заосталог магнетизма.

Својство гвожђа да се брзо магнетизује и демагнетизује изузетно се широко користи у електротехници. Довољно је рећи да језгра сваког електромагнетиони који се користе у електричним уређајима су направљени од специјалног гвожђа са изузетно ниским резидуалним магнетизмом.

Челик има велику моћ држања, због чега је у њему очувано својство магнетизма. зато трајни магнети израђени су од специјалних челичних легура.

На својства трајних магнета негативно утичу удари, удари и нагле температурне флуктуације. Ако се, на пример, трајни магнет загреје до црвене боје, а затим остави да се охлади, онда ће потпуно изгубити своја магнетна својства. Исто тако, ако подвргнете трајни магнет ударцима, онда ће се његова сила привлачења значајно смањити.

Ово се објашњава чињеницом да се снажним загревањем или ударима превазилази дејство силе успоравања и тиме се нарушава уредан распоред молекуларних магнета. Због тога се са трајним магнетима и уређајима са трајним магнетима треба пажљиво руковати.

Магнетне линије силе. Интеракција полова магнета

Око сваког магнета налази се тзв магнетно поље.

Магнетним пољем се назива простор у коме делују магнетне силе... Магнетно поље сталног магнета је онај део простора у коме делују поља праволинијског магнета и магнетне силе овог магнета.

Магнетне силе магнетног поља делују у одређеним правцима... Правци деловања магнетних сила су се сложили да се зову магнетне линије силе... Овај термин се широко користи у проучавању електротехнике, али се мора запамтити. да магнетне линије силе нису материјалне: ово је конвенционални термин уведен само да би се олакшало разумевање својстава магнетног поља.

Облик магнетног поља, односно положај линија магнетног поља у простору зависи од облика самог магнета.

Линије магнетног поља имају низ својстава: увек су затворене, никада се не укрштају, теже да иду најкраћим путем и одбијају једна другу ако су усмерене у истом правцу.Опште је прихваћено да линије силе излазе са северног пола. магнета и ући у његов јужни пол; унутар магнета, имају правац од јужног пола ка северу.

Као што се магнетни полови одбијају, за разлику од магнетних полова привлаче.

Лако се у пракси уверити у исправност оба закључка. Узмите компас и доведите до њега један од полова праволинијског магнета, на пример, северни пол. Видећете да ће стрелица моментално окренути свој јужни крај ка северном полу магнета. Ако брзо окренете магнет за 180 °, онда ће се магнетна игла одмах окренути за 180 °, односно њен северни крај ће бити окренут према јужном полу магнета.

Магнетна индукција. Магнетни флукс

Сила дејства (привлачења) сталног магнета на магнетно тело опада како се растојање између пола магнета и овог тела повећава. Магнет показује највећу силу привлачења директно на својим половима, односно тачно тамо где су линије магнетне силе најгушће лоциране. Удаљавајући се од пола, густина линија силе се смањује, налазе се све ређе, а уз то слаби и привлачна сила магнета.

Дакле, сила привлачења магнета у различитим тачкама магнетног поља није иста и карактерише је густина линија силе. Да би се окарактерисало магнетно поље у његовим различитим тачкама, уводи се величина која се зове индукција магнетног поља.

Магнетна индукција поља је нумерички једнака броју линија силе које пролазе кроз површину од 1 цм2, које се налазе окомито на њихов правац.

То значи да што је већа густина линија поља у датој тачки поља, то је већа магнетна индукција у тој тачки.

Укупан број магнетних линија силе које пролазе кроз било који регион назива се магнетни флукс.

Магнетни флукс је означен словом Ф и повезан је са магнетном индукцијом кроз следећи однос:

Ф = БС,

где је Ф магнетни флукс, В је магнетна индукција поља; С је површина кроз коју продире дати магнетни флукс.

Ова формула важи само ако је површина С окомита на смер магнетног флукса. Иначе, величина магнетног флукса ће зависити и од угла под којим се налази површина С и тада ће формула попримити сложенији облик.

Магнетски флукс сталног магнета одређен је укупним бројем линија силе које пролазе кроз попречни пресек магнета.Што је већи магнетни флукс трајног магнета, то је тај магнет привлачнији.

Магнетни флукс трајног магнета зависи од квалитета челика од којег је магнет направљен, величине самог магнета и степена његове магнетизације.

Магнетна пермеабилност

Својство тела да пропушта магнетни ток кроз себе назива се магнетна пермеабилност... Магнетном флуксу је лакше да прође кроз ваздух него кроз немагнетно тело.

Да би могли да упореде различите супстанце према њиховим магнетна пермеабилност, уобичајено је сматрати да је магнетна пропустљивост ваздуха једнака јединици.

Називају се супстанце са магнетном пропустљивошћу мањом од унити дијамагнетне... Укључују бакар, олово, сребро итд.

Алуминијум, платина, калај итд. Имају магнетну пермеабилност нешто већу од јединице и називају се парамагнетне супстанце.

Супстанце чија је магнетна пермеабилност много већа од један (мерено у хиљадама) називају се феромагнетне. То укључује никл, кобалт, челик, гвожђе итд. Од ових супстанци и њихових легура производе се све врсте магнетних и електромагнетних уређаја и делови разних електричних машина.

Од практичног интереса за комуникационе технологије су специјалне легуре гвожђа и никла које се називају пермалоид.