Τι είναι η απεικόνιση;

Το μαγνήτιση, που ονομάζεται επίσης μαγνητισμός ή μαγνητική πόλωση, είναι η πυκνότητα μαγνητικών διπολικών ροπών που προκαλούνται σε ένα μαγνητικό υλικό όταν τοποθετούνται κοντά σε έναν μαγνήτη.

Τα μαγνητικά αποτελέσματα ενός υλικού μπορούν επίσης να προκληθούν με τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος διαμέσου του υλικού.

Το μαγνητικό αποτέλεσμα προκαλείται από την κίνηση ηλεκτρονίων στα άτομα ή από την περιστροφή ηλεκτρονίων ή πυρήνων (Magnetization and Magnetic Intensity, 2016).

Από μια απλή άποψη, είναι η μετατροπή ενός υλικού (συνήθως σιδήρου) σε ένα μαγνήτη. Η μαγνητοποίηση του ονόματος προέρχεται από τη γαλλική λέξη στόχευση που μεταφράζεται σε μαγνήτη.

Όταν τοποθετείται σε ένα ανομοιογενές πεδίο, η ύλη προσελκύεται ή απωθείται προς την κατεύθυνση της κλίσης του πεδίου. Αυτή η ιδιότητα περιγράφεται από τη μαγνητική επιδεκτικότητα της ύλης και εξαρτάται από το βαθμό μαγνητισμού της ύλης στο πεδίο.

Η μαγνητισμός εξαρτάται από το μέγεθος των στιγμών διπόλου των ατόμων σε μια ουσία και από τον βαθμό στον οποίο οι διπολικές ροπές ευθυγραμμίζονται μεταξύ τους.

Ορισμένα υλικά, όπως ο σίδηρος, παρουσιάζουν πολύ ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες, λόγω της ευθυγράμμισης των μαγνητικών στιγμών των ατόμων τους σε ορισμένες μικρές περιοχές που ονομάζονται τομείς.

Υπό κανονικές συνθήκες, διαφορετικές περιοχές έχουν πεδία που ακυρώνουν ο ένας τον άλλο, αλλά μπορούν επίσης να ευθυγραμμιστούν για να παράγουν εξαιρετικά μεγάλα μαγνητικά πεδία.

Αρκετά κράματα, όπως το NdFeB (κράμα νεοδυμίου, σιδήρου και βορίου), διατηρούν τα πεδία τους ευθυγραμμισμένα και χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μόνιμων μαγνητών.

Το ισχυρό μαγνητικό πεδίο που παράγεται από ένα τυπικό μαγνήτη πάχους τριών χιλιοστών αυτού του υλικού είναι συγκρίσιμο με έναν ηλεκτρομαγνήτη κατασκευασμένο από έναν βρόχο χαλκού που φέρει ρεύμα αρκετών χιλιάδων αμπέρ. Σε σύγκριση, το ρεύμα σε έναν τυπικό λαμπτήρα είναι 0,5 αμπέρ.

Δεδομένου ότι η ευθυγράμμιση των περιοχών ενός υλικού παράγει έναν μαγνήτη, η αποδιοργάνωση της διατεταγμένης ευθυγράμμισης καταστρέφει τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού.

Η θερμική ανάδευση που προκύπτει από τη θέρμανση ενός μαγνήτη σε υψηλή θερμοκρασία καταστρέφει τις μαγνητικές του ιδιότητες (Edwin Kashy, 2017).

Ορισμός και χαρακτηριστικά μαγνητισμού

Η μαγνήτιση ή μαγνήτιση Μ ενός διηλεκτρικού ορίζεται από:

Όπου N είναι ο αριθμός των μαγνητικών διπόλων ανά μονάδα όγκου και μ είναι η διπολική μαγνητική ροπή ανά δίπολο (Griffiths, 1998). Η μαγνήτιση μπορεί επίσης να γραφτεί ως:

Όπου β είναι η δυνατότητα μαγνητισμού.

Η επίδραση της μαγνήτισης είναι να επάγει συνδυασμένες πυκνότητες ρεύματος μέσα σε ένα υλικό

Και ένα επιφανειακό ρεύμα ενωμένο στην επιφάνειά του

Πού βρίσκεται η μονάδα προς τα έξω κανονικά (Weisstein, 2007).

Γιατί ορισμένα υλικά μπορούν να μαγνητιστούν ενώ άλλα δεν μπορούν?

Οι μαγνητικές ιδιότητες των υλικών συνδέονται με το ζεύγος περιστροφών στα άτομα ή τα μόρια τους. Αυτό είναι ένα φαινόμενο της κβαντικής μηχανικής.

Στοιχεία όπως το νικέλιο, ο σίδηρος, το κοβάλτιο και μερικές από τις σπάνιες γαίες (δυσπρόσιο, γαδολίνιο) παρουσιάζουν μια μοναδική μαγνητική συμπεριφορά που ονομάζεται σιδηρομαγνητισμός, ο σίδηρος είναι το πιο κοινό και πιο δραματικό παράδειγμα.

Αυτά τα σιδηρομαγνητικά υλικά παρουσιάζουν ένα φαινόμενο παραγγελίας σε μεγάλη απόσταση στο ατομικό επίπεδο που προκαλεί την ευθυγράμμιση των περιστροφών των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων παράλληλα μεταξύ τους σε μια περιοχή που ονομάζεται περιοχή.

Εντός του πεδίου, το μαγνητικό πεδίο είναι έντονο, αλλά σε ένα ογκώδες δείγμα, το υλικό δεν θα μαγνητίσει κανονικά επειδή οι πολλές περιοχές θα είναι τυχαία προσανατολισμένες σε σχέση με το άλλο.

Ο σιδηρομαγνητισμός εκδηλώνεται στο γεγονός ότι ένα μικρό μαγνητικό πεδίο που επιβάλλεται εξωτερικά, π.χ. από ένα σωληνοειδές, μπορεί να προκαλέσει την ευθυγράμμιση των μαγνητικών πεδίων μεταξύ τους και λέγεται ότι το υλικό είναι μαγνητισμένο.

Το μαγνητικό πεδίο οδήγησης θα αυξηθεί έπειτα από έναν μεγάλο παράγοντα ο οποίος κανονικά εκφράζεται ως σχετική διαπερατότητα για το υλικό. Υπάρχουν πολλές πρακτικές εφαρμογές των σιδηρομαγνητικών υλικών, όπως ο ηλεκτρομαγνήτης (Ferromagnetism, S.F.).

Από το 1950, και ιδιαίτερα από το 1960, ανακαλύφθηκε ότι αρκετές ιονικά δεσμευμένες ενώσεις είναι σιδηρομαγνητικές, μερικές από τις οποίες είναι ηλεκτρικοί μονωτήρες. Άλλοι έχουν μια αγωγιμότητα μεγέθους χαρακτηριστική των ημιαγωγών.

Πάνω από το σημείο Curie (που ονομάζεται επίσης θερμοκρασία Curie), η αυθόρμητη μαγνήτιση του σιδηρομαγνητικού υλικού εξαφανίζεται και γίνεται παραμαγνητική (δηλαδή παραμένει ασθενώς μαγνητική).

Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμική ενέργεια είναι επαρκής για να ξεπεράσει τις δυνάμεις της εσωτερικής ευθυγράμμισης του υλικού.

Οι θερμοκρασίες Curie για ορισμένα σημαντικά σιδηρομαγνητικά υλικά είναι: σίδηρος, 1043 K; Κοβάλτιο, 1394 Κ; Νικέλιο, 631 Κ; Και το γαδολίνιο, 293 Κ (Encyclopædia Britannica, 2014).

Τα υλικά που δεν έχουν μαγνητικές ιδιότητες καλούνται διαμαγνητικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εμφανίζουν ένα ζεύγος περιστροφής στα τροχιακά τροχιακά μοριακά τροχιακά τους.

Τρόποι μαγνητισμού ενός υλικού

1 - Τρίψτε ένα μέταλλο με έναν ισχυρό μαγνήτη

1. Συγκεντρώστε τα απαραίτητα υλικά. Για να μαγνητίσετε το μέταλλο με αυτή τη μέθοδο, χρειάζεστε μόνο έναν ισχυρό μαγνήτη και ένα κομμάτι μετάλλου με γνωστή περιεκτικότητα σε σίδηρο. Τα μέταλλα χωρίς σίδηρο δεν θα είναι μαγνητικά.
2. Προσδιορίστε τον Βόρειο Πόλο του μαγνήτη. Κάθε μαγνήτης έχει δύο πόλους, έναν βόρειο και έναν νότιο πόλο. Ο βόρειος πόλος είναι η αρνητική πλευρά, ενώ ο νότιος πόλος είναι η θετική πλευρά. Μερικοί μαγνήτες έχουν τους πόλους που έχουν επισημανθεί απευθείας πάνω τους.
3. Τρίψτε το βόρειο πόλο από το κέντρο του μετάλλου μέχρι το τέλος. Με σταθερή πίεση, εκτελέστε γρήγορα το μαγνήτη μέσα από το μέταλλο. Η πράξη τριβής του μαγνήτη μέσω του μετάλλου βοηθά τα άτομα σιδήρου να ευθυγραμμιστούν προς μία κατεύθυνση. Η επανειλημμένη μετακίνηση του μετάλλου δίνει στα άτομα μεγαλύτερη ευκαιρία να ευθυγραμμιστούν.
4. Δοκιμάστε το μαγνητισμό. Αγγίξτε το μέταλλο για μια δέσμη κλιπ ή δοκιμάστε να το κολλήσετε στο ψυγείο σας. Εάν τα κλιπ κολλήσουν ή παραμείνουν στο ψυγείο, το μέταλλο έχει γίνει αρκετά μαγνητισμένο. Αν το μέταλλο δεν μαγνητίζει, συνεχίστε να τρίβετε τον μαγνήτη προς την ίδια κατεύθυνση μέσω του μετάλλου.
5. Συνεχίστε να τρίβετε το μαγνήτη στο αντικείμενο για να αυξήσετε το μαγνητισμό. Βεβαιωθείτε ότι τρίβετε τον μαγνήτη προς την ίδια κατεύθυνση κάθε φορά. Μετά από δέκα εγκεφαλικά επεισόδια, ελέγξτε ξανά το μαγνητισμό. Επαναλάβετε έως ότου ο μαγνήτης είναι αρκετά ισχυρός για να σηκώσετε τους συνδετήρες. Αν το τρίψετε προς την αντίθετη κατεύθυνση με τον Βόρειο Πόλο, θα απομαγνητίσει πραγματικά το μέταλλο (How to Magnetize Metal, S.F.).

2- Δημιουργήστε έναν ηλεκτρομαγνήτη

1. Για να φτιάξετε έναν ηλεκτρομαγνήτη, θα χρειαστείτε ένα μονωμένο σύρμα χαλκού, ένα μέταλλο με γνωστό περιεχόμενο σιδήρου, μια μπαταρία 12 βολτ (ή άλλη πηγή ρεύματος συνεχούς ρεύματος), διαχωριστές σύρματος και ηλεκτρικά κόφτες και μονωτική ταινία..
2. Τυλίξτε το μονωμένο καλώδιο γύρω από το μεταλλικό κομμάτι. Πάρτε το σύρμα και αφήστε μια ουρά περίπου μια ίντσα, τυλίξτε το σύρμα γύρω από το μέταλλο μερικές δεκάδες φορές. Όσο περισσότερες φορές το πηνίο είναι τυλιγμένο, τόσο ισχυρότερο θα είναι ο μαγνήτης. Αφήστε επίσης μια ουρά στο άλλο άκρο του σύρματος.
3. Αφαιρέστε τα άκρα του σύρματος χαλκού. Χρησιμοποιώντας τους τεμαχιστές συρμάτων, αφαιρέστε τουλάχιστον ¼ ίντσα έως ½ ίντσα από τα δύο άκρα του σύρματος. Ο χαλκός πρέπει να είναι εκτεθειμένος έτσι ώστε να μπορεί να έρθει σε επαφή με την τροφοδοσία ρεύματος και να παράσχει ηλεκτρική ενέργεια στο σύστημα.
4. Συνδέστε τα καλώδια στην μπαταρία. Πάρτε ένα γυμνό άκρο καλωδίου και τυλίξτε το γύρω από τον αρνητικό ακροδέκτη της μπαταρίας. Χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική ταινία, ασφαλίστε τη στη θέση της και βεβαιωθείτε ότι το μεταλλικό σύρμα αγγίζει το καλώδιο του τερματικού. Με το άλλο καλώδιο, τυλίξτε το και ασφαλίστε το γύρω από τον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας.
5. Δοκιμάστε το μαγνητισμό. Όταν η μπαταρία είναι σωστά συνδεδεμένη θα παρέχει ένα ηλεκτρικό ρεύμα που προκαλεί τα άτομα σιδήρου να ευθυγραμμιστούν δημιουργώντας μαγνητικούς πόλους. Αυτό οδηγεί στο μέταλλο που είναι μαγνητισμένο. Αγγίξτε το μέταλλο ενάντια σε κάποιους κλιπ και δείτε εάν μπορείτε να τα παραλάβετε (Ludic Science, 2015).

Αναφορές

1. Edwin Kashy, S. Β. (2017, 25 Ιανουαρίου). Μαγνητισμός. Ανάκτηση από britannica.com.
2. Encyclopædia Britannica. (2014, 2 Μαρτίου). Ferromagnetism. Ανάκτηση από britannica.com.
3. Ferromagnetism. (S.F.). Ανακτήθηκε από hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
4. Griffiths, D. J. (1998). Εισαγωγή στην Ηλεκτροδυναμική, 3η έκδοση ... Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
5. Πώς να μαγνητίσετε το μέταλλο. (S.F.). Ανακτήθηκε από το wikihow.com.
6. Ludic Science. (2015, 8 Μαΐου). Μαγνητισμός με ηλεκτρική ενέργεια. Ανάκτηση από το YouTube.
7. Μαγνητισμός και μαγνητική ένταση. (2016, 6 Οκτωβρίου). Ανακτήθηκε από το byjus.com.
8. Weisstein, Ε. W. (2007). Μαγνήτιση. Ανακτήθηκε από το scienceworld.wolfram.com.