لا يعرف الكثير من الناس، ولكن قبل اكتشاف قوة مغناطيس النيوديميوم، حاول العلماء استخدام الخصائص المغناطيسية لمجموعة واسعة من المعادن.

قليلا من التاريخ

أول محاولة جادة "لترويض" الطاقة الكهرومغناطيسية قام بها العلماء في بداية القرن الماضي، حيث بدأوا في استخدام الفولاذ، الذي كانت خصائصه المفيدة بالكاد ملحوظة.

يعتبر الاختراق التالي في هذا الاتجاه هو سبائك الألومنيوم والنيكل والكوبالت. لقد كان أكثر كفاءة عدة مرات من الفولاذ، ولكن إذا قارنا مغناطيس النيوديميوم مع AlNiCo، فإن قوة السحب في الحالة الأخيرة أعلى بعشر مرات.

بحلول عام 50، حدثت ثورة صناعية أخرى - ظهرت الفريت، والتي كانت أقوى بحوالي مرة ونصف من الجيل السابق من المغناطيس. ولكن ميزتها الرئيسية ليست في هذا، ولكن تكلفتها. لقد جعل انخفاض سعر الفريت من الممكن استخدام الأجزاء المصنوعة منها في كل مكان، الأمر الذي أعطى زخما غير مسبوق لتطوير صناعة الإلكترونيات والطب والعديد من المجالات الأخرى. وكانت التكلفة المنخفضة على وجه التحديد هي التي سمحت للسبائك "بالبقاء" حتى يومنا هذا، وفي بعض المناطق لتحل محل مغناطيس النيوديميوم الأقوى.

وفي السنوات اللاحقة، جرب المهندسون الخواص المغناطيسية لمواد مختلفة، بما في ذلك سبيكة السماريوم والكوبالت وحتى البلاتين. ولكن نظرا لارتفاع تكلفتها، فإن هذه المواد لم تتقدم إلى ما هو أبعد من المختبرات العلمية. اليوم، إذا تم استخدامها، فمن النادر جدًا، على سبيل المثال، في بيئات عدوانية بشكل خاص.

مغناطيس النيوديميوم - قوة الالتصاق وغيرها من المعالم

أصبح الاختراق الحقيقي التالي ممكنًا بفضل اكتشاف الخصائص المفيدة للنيوديميوم. تم العثور على رواسب هذا العنصر الأرضي النادر في عدد قليل من البلدان، بما في ذلك الصين وأستراليا وكندا وروسيا. بالإضافة إلى أن نسبة المعدن في الكتلة الكلية للصخور قليلة جداً مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفته. ومقابل كيلوغرام واحد من المادة النقية يدفعون حوالي 100 دولار في السوق العالمية.

من خلال الجمع بين عنصر أرضي نادر مع الحديد والبورون، تمكن العلماء من إنشاء مغناطيس النيوديميوم، الذي كان مجاله المغناطيسي أقوى عدة مرات من نظرائه من الفريت وأقوى بعشرات المرات من أول الأجهزة المغناطيسية المصنوعة. من الفولاذ. حتى الآن، لا توجد مادة يمكن مقارنتها بهذا النوع من السبائك من حيث قوة اللصق. وبالإضافة إلى ذلك، كانت تتمتع بميزة أخرى مهمة - وهي مقاومة عالية بشكل غير مسبوق لإزالة المغناطيسية، وضعفها بما يزيد قليلاً عن 10% على مدى 100 عام.

من المثير للدهشة، على الرغم من المعلمات المثيرة للإعجاب، أن مغناطيس النيوديميوم القوي كان غير مكلف نسبيًا، وهو ما قدّره الصناعيون بسرعة. حيثما أمكن ذلك، بدأوا في استبدال الأجيال السابقة من المغناطيس بالنيوديميوم، وبالتالي زيادة كفاءة المعدات.

هذا النوع من السبائك المغناطيسية له أيضًا عيوبه. هذه هي، أولا وقبل كل شيء، الاستقرار الحراري المنخفض نسبيا، والهشاشة والقابلية الخطيرة للتآكل.

في معظم الحالات، يتم الحفاظ على المجال المغناطيسي لمغناطيس النيوديميوم فقط عند درجة حرارة لا تزيد عن +80 درجة مئوية، ولكن من ناحية أخرى، كان من الممكن تطوير درجات من السبائك التي يمكن أن تعمل اليوم بالفعل عند درجة حرارة +200 درجة مئوية. الأمر نفسه ينطبق على خصائص القوة. تم زيادتها، أولاً، عن طريق إضافة شوائب البوليمر، التي تضفي مرونة على المادة، وثانيًا، بفضل الطلاءات الواقية التي تحمي من الرقائق والبيئات العدوانية. لم تؤثر جميع المنتجات على مجال مغناطيس النيوديميوم، ولكنها أدت إلى إطالة عمر خدمة كل منتج بشكل كبير.

العلامات التجارية لمنتجات النيوديميوم

يتم تقسيم مغناطيس NdFeB إلى عدة فئات وفقًا لما يلي:

• خصائص الوزن والحجم.
• خصائص السبائك
• درجة حرارة التشغيل؛
• شكل؛
• ناقل المغنطة.
• معلمات أخرى.

دعنا نقول بضع كلمات عن السمات المميزة للأجهزة في كل فئة.

الكتلة هي أهم صفة تحدد مدى فعالية مغناطيس النيوديميوم؛ فالمغناطيس ذو القوة الأعلى سيكون دائمًا أكبر حجمًا ووزنًا، وعلى العكس من ذلك، نادرًا ما تظهر المنتجات الصغيرة قدرات مثيرة للإعجاب.. يزن القرص الشهير مقاس 50x30 وزنه 442 جرام وقوة إقلاعه 116 كجم. في الوقت نفسه، فإن قرص 5 × 3 بنسب مماثلة، ويزن 0.4 جرام، لديه قوة قبضة تبلغ نصف كيلوغرام فقط، على الرغم من أن هذا الشيء الصغير يعد رقمًا مثيرًا للإعجاب.

درجة السبائك هي العامل الثاني الذي يؤثر على مدى قوة مغناطيس النيوديميوم (قوة الجذب). وفقًا لمعلماتها الكهرومغناطيسية، يتم تقسيم السبائك إلى عدة فئات ويتم تحديدها بأرقام من 35 إلى 52. ويعني الرقم الأعلى كفاءة أكبر للمنتج، ولكن أيضًا تكلفة أعلى. الجزء الأكبر من منتجات Polyus-Magnit مصنوع من سبيكة N-42. سواء من حيث مؤشرات الطاقة أو السعر، فهو عبارة عن مغناطيس نيوديميوم متوسط، وقوة اللصق مقبولة تمامًا للاستخدام في الظروف المحلية.

كما لاحظت أعلاه، يتم تحديد العلامات التجارية لمنتجاتنا ليس فقط بالأرقام، ولكن أيضًا بالحروف. على وجه الخصوص، يشير الحرف "N" إلى أنه يمكن تشغيل جزء معين عند درجات حرارة تصل إلى +80 درجة مئوية، على التوالي، "M" - حتى +100 درجة مئوية، "H" - 120 درجة مئوية، وما إلى ذلك. تعتبر فئة EH الأكثر مقاومة للحرارة، وتفترض أن مغنطة مغناطيس النيوديميوم لا تضيع حتى عند مائتي درجة.

دعنا نقول بضع كلمات عن شكل البضائع. اليوم، تنتج الشركات شباك الجر المغناطيسية، والخواتم، والأقراص، والمستطيلات، والقضبان، وأنواع مختلفة من أدوات التثبيت. بالإضافة إلى ذلك، في السوق، يمكنك العثور على أجهزة لمحركات البحث، وكذلك Neocubes. وأخيرًا، تقدم بعض الشركات خدمة إنشاء منتجات مخصصة. وهذا يعني أنه يمكنك توفير رسم، وسيقوم المصنع بإنتاج مغناطيس نيوديميوم بناء عليه، وسيكون التصاقه كافيا لحل مشاكلك.

تُعطى منتجات النيوديميوم القياسية واحدًا من ثلاثة أنواع من المغنطة: محوري، أو شعاعي، أو محوري. هذا يعني، على سبيل المثال، أن غسالة الأتربة النادرة الخاصة بك سوف تجذب الأشياء بسطحها العلوي أو السفلي أو السطح الجانبي المحدب. غالبًا ما يوجد النوع الشعاعي من المغنطة في الحلقات التي تحتوي دائرتها الخارجية على شحنة موجبة والدائرة الداخلية لها شحنة سالبة. عند اختيار مغناطيس النيوديميوم المقوى، انتبه أيضًا إلى هذا العامل.

موقعنا يحتوي على مجموعة متنوعة من المنتجات. يمكنك اختيار الشكل أو الحجم المطلوب، بالإضافة إلى المعلمات الأخرى للمنتج.

ضع راحة يدك اليسرى بحيث يبدو أن خطوط الحث المغناطيسي تدخل إليها، وتشير أربعة أصابع ممدودة، مطوية بالتوازي مع بعضها البعض، إلى اتجاه الحركة الإيجابية. ونتيجة لذلك، فإن إبهام اليد اليسرى، عازمة بزاوية 90، سيشير إلى اتجاه قوة لورنتز. إذا تم تطبيق قاعدة الثقب على الشحنات السالبة، فإن أربعة أصابع ممدودة تحدد سرعة حركة الشحنات المشحونة.

يمكن إيجاد تحريض المجال المغناطيسي، وهو القوة المميزة للمجال الناتج عن تيار كهربائي، باستخدام الصيغة المعطاة. هنا rₒ هو ناقل نصف القطر. إنه يشير إلى النقطة التي نجد عندها قوة المجال المغناطيسي. Dl هو طول المقطع الذي يشكل المجال المغناطيسي، وبالتالي فإن I هي قوة التيار. في نظام SI، μₒ هو ثابت مغناطيسي يساوي حاصل ضرب 4π في 10 v - .

حدد معامل قوة لورنتز كمنتج للكميات التالية: معامل شحن الناقل، وسرعة الحركة المطلوبة للحامل على طول الموصل، ومعامل تحريض المجال المغناطيسي، والزاوية بين متجهات السرعة المشار إليها والحث المغناطيسي. وهذا صحيح بالنسبة لجميع قيم السرعة المشحونة.

اكتب التعبير وقم بإجراء الحسابات اللازمة.

فيديو حول الموضوع

ملحوظة

إذا تحرك جسيم مشحون في مجال مغناطيسي يتميز بالتوحيد، فعندما تعمل عليه قوة لورنتز، فإن ناقل سرعة هذا الجسيم سوف يقع في مستوى متعامد مع ناقل الحث المغناطيسي. ونتيجة لذلك، فإن الجسم المشحون سوف يتحرك في دائرة. في مثل هذه الحالات، تصبح القوة المغناطيسية لورنتز قوة جاذبة مركزية.

نصائح مفيدة

اتجاه قوة لورنتز متعامد مع اتجاه السرعة ومتجهات الحث المغناطيسي. في لحظة حركة جسيم مشحون في مجال مغناطيسي، لا تبذل هذه القوة أي شغل. وبالتالي، يتم الحفاظ على حجم متجه السرعة في هذا الوقت، ويتغير اتجاه هذا المتجه فقط.

مصادر:

• التفاعل المغناطيسي للتيارات

نصيحة 2: شدة المجال المغناطيسي وخصائصه الرئيسية

المجال المغناطيسي هو أحد أشكال المادة، الواقع الموضوعي. وهي غير مرئية للعين البشرية، ولكن يتجلى وجودها في شكل قوى مغناطيسية تؤثر على الجسيمات المشحونة والمغناطيس الدائم.

التمثيل البياني للمجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي غير مرئي بطبيعته. ولتسهيل الأمر، تم تطوير طريقة لتمثيلها بيانياً على شكل خطوط قوة. يجب أن يتزامن اتجاهها مع اتجاه قوى المجال المغناطيسي. خطوط القوة ليس لها بداية ونهاية: فهي مغلقة. وهذا يعكس إحدى معادلات ماكسويل في نظرية التفاعل الكهرومغناطيسي. من المقبول لدى المجتمع العلمي أن خطوط القوة "تبدأ" عند القطب الشمالي للمغناطيس و"تنتهي" عند الجنوب. تم إجراء هذه الإضافة فقط لتحديد اتجاه متجه قوة المجال المغناطيسي بشكل مشروط.

يمكن التحقق من قرب خطوط المجال المغناطيسي باستخدام تجربة بسيطة. أنت بحاجة إلى مغناطيس دائم والمنطقة المحيطة به برادة الحديد. سيتم وضعهم بطريقة يمكنك من خلالها رؤية خطوط القوة بأنفسهم.

قوة المجال المغناطيسي

ناقل شدة المجال المغناطيسي هو نفس المتجه الموصوف في القسم السابق. إن اتجاهه هو الذي يجب أن يتطابق مع اتجاه خطوط القوة. هذه هي القوة التي يؤثر بها المجال على المغناطيس الدائم الموضوع فيه. التوتر يميز تفاعل المجال المغناطيسي مع المادة المحيطة. هناك قانون خاص يمكنك من خلاله تحديد معامل ناقله في أي نقطة في الفضاء (قانون Biot-Savart-Laplace). لا يعتمد التوتر على الخواص المغناطيسية للوسط ويتم قياسه بوحدة الأورستد (في نظام CGS) ووحدة A/m (SI).

تحريض المجال المغناطيسي والتدفق المغناطيسي

يميز تحريض المجال المغناطيسي شدته، أي. القدرة على إنتاج العمل. كلما زادت هذه القدرة، كلما كان المجال أقوى وزاد تركيز خطوط المجال في 1 م2. التدفق المغناطيسي هو نتاج الحث والمنطقة المتأثرة بالمجال. من الناحية العددية، عادة ما تكون هذه القيمة مساوية لعدد خطوط القوة التي تخترق منطقة معينة. يكون التدفق الحد الأقصى إذا كان الموقع عموديًا على اتجاه ناقل التوتر. وكلما كانت هذه الزاوية أصغر، كان التأثير أضعف.

النفاذية المغناطيسية

يعتمد تأثير المجال المغناطيسي في وسط معين على نفاذيته المغناطيسية. تميز هذه القيمة حجم الحث في الوسط. الهواء وبعض المواد لها نفاذية مغناطيسية للفراغ (القيمة مأخوذة من جدول الثوابت الفيزيائية). وفي المغناطيسات الحديدية يكون أكبر بآلاف المرات.

هذه الصفحة حاليا باللغة الروسية فقط.

1. المغناطيسية

2. المجال المغناطيسي

3. المغناطيس الدائم

1. المغناطيسية- شكل من أشكال التفاعل بين الشحنات الكهربائية المتحركة، والذي يتم على مسافة من خلال مجال مغناطيسي. والذرات والجزيئات، وعلى المستوى العياني - التيار الكهربائي والمغناطيس الدائم. جنبا إلى جنب مع الكهرباء، تعد المغناطيسية أحد مظاهر التفاعل الكهرومغناطيسي. السمة الرئيسية للمجال المغناطيسي هي ناقل الحث، والذي يتزامن في الفراغ مع ناقل شدة المجال المغناطيسي.

العزم المغناطيسي، العزم المغناطيسي ثنائي القطب- الكمية الرئيسية التي تميز الخواص المغناطيسية للمادة. مصدر المغناطيسية، وفقا للنظرية الكلاسيكية للظواهر الكهرومغناطيسية، هو التيارات الكهربائية الكلية والصغرى. يعتبر المصدر الأولي للمغناطيسية تيارًا مغلقًا. تتمتع الجسيمات الأولية والنوى الذرية والأغلفة الإلكترونية للذرات والجزيئات بعزم مغناطيسي. إن العزم المغناطيسي للجسيمات الأولية (الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها)، كما هو موضح في ميكانيكا الكم، يرجع إلى وجود العزم الميكانيكي الخاص بها - الدوران. يتم قياس العزم المغناطيسي بـ A*m2 أو J/T (SI).

صيغ لحساب العزم المغناطيسي
في حالة الدائرة المسطحة ذات التيار الكهربائي، يتم حساب العزم المغناطيسي على النحو التالي:
، حيث I هي القوة الحالية في الدائرة، S هي منطقة الدائرة، ن- وحدة متجه عمودية على المستوى الكنتوري. عادة ما يتم العثور على اتجاه العزم المغناطيسي وفقًا لقاعدة المثقاب: إذا قمت بتدوير مقبض المثقاب في اتجاه التيار، فإن اتجاه العزم المغناطيسي سوف يتزامن مع اتجاه الحركة الانتقالية للمثقاب.

أين ص- متجه نصف القطر مرسوم من نقطة الأصل إلى عنصر طول الكفاف دل

أين ي- الكثافة الحالية في عنصر الحجم dV.

2. المجال المغناطيسي- أحد مكونات المجال الكهرومغناطيسي الذي يظهر في وجود مجال كهربائي متغير مع الزمن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة تيار من الجسيمات المشحونة، أو بواسطة العزوم المغناطيسية للإلكترونات في الذرات (المغناطيس الدائم). السمة الرئيسية للمجال المغناطيسي هي قوته، التي يحددها ناقل الحث المغناطيسي ب. في SI، يتم قياس الحث المغناطيسي في تسلا (T).

المجال المغناطيسي هو نوع خاص من المادة يحدث من خلاله تفاعل بين الجسيمات أو الأجسام المشحونة المتحركة ذات عزم مغناطيسي.

يمكن للمرء أيضًا اعتبار المجال المغناطيسي مكونًا نسبيًا للمجال الكهربائي. وبشكل أكثر دقة، فإن المجالات المغناطيسية هي نتيجة ضرورية لوجود المجالات الكهربائية والنظرية النسبية الخاصة. وتشكل المجالات المغناطيسية والكهربائية معًا مجالًا كهرومغناطيسيًا، من مظاهره الضوء والموجات الكهرومغناطيسية الأخرى.

مظهر من المجال المغناطيسي
يتجلى المجال المغناطيسي في التأثير على اللحظات المغناطيسية للجسيمات والأجسام، على الجسيمات المشحونة المتحركة (أو الموصلات الحاملة للتيار). القوة المؤثرة على جسيم مشحون كهربائيًا يتحرك في مجال مغناطيسي تسمى قوة لورنتز، والتي تكون دائمًا متعامدة مع المتجه الخامس

أين أ- الزاوية بين اتجاه ناقل سرعة الجسيمات الخامس v واتجاه ناقل المجال المغناطيسي ب

أيضًا، يعمل المجال المغناطيسي على موصل يحمل تيارًا. القوة المؤثرة على الموصل سوف تسمى قوة أمبير. تتكون هذه القوة من القوى المؤثرة على شحنات فردية تتحرك داخل الموصل.

تفاعل اثنين من المغناطيس
المظهر الأكثر شيوعًا للمجال المغناطيسي هو تفاعل مغناطيسين: كما تتنافر الأقطاب، تتجاذب الأقطاب المقابلة. من المغري وصف التفاعل بين المغناطيس بأنه التفاعل بين قطبين، لكن هذه الفكرة لا تؤدي إلى وصف صحيح لهذه الظاهرة.

سيكون من الأصح أن نقول إن ثنائي القطب المغناطيسي الموضوع في مجال غير منتظم يخضع لقوة تميل إلى تدويره بحيث يتماشى العزم المغناطيسي لثنائي القطب مع المجال المغناطيسي.

القوة المؤثرة على ثنائي القطب المغناطيسي مع عزم مغناطيسي ميعبر عنها بالصيغة:

يمكن أيضًا تحديد القوة المؤثرة على مغناطيس من مجال مغناطيسي غير منتظم من خلال جمع كل القوى المؤثرة على ثنائيات القطب الأولية التي يتكون منها المغناطيس.

يمكن العثور على طاقة المجال المغناطيسي باستخدام الصيغة:

حيث: F - التدفق المغناطيسي، I - التيار، L - محاثة الملف أو الدوران مع التيار.

3. المغناطيس الدائم- منتج بأشكال مختلفة مصنوع من مادة صلبة ذات تحريض مغناطيسي عالي، مما يحافظ على حالة المغنطة لفترة طويلة. يتم استخدام المغناطيس الدائم كمصادر مستقلة (غير مستهلكة للطاقة) للمجال المغناطيسي.

يتم تحديد خصائص المغناطيس من خلال خصائص قسم إزالة المغناطيسية في حلقة التباطؤ المغناطيسي لمادة المغناطيس: كلما زاد الحث المتبقي Br والقوة القسرية Hc، زادت مغنطة واستقرار المغناطيس.

لا يمكن أن يتجاوز تحريض المغناطيس الدائم Br: المساواة Bd = Br ممكنة فقط إذا كان المغناطيس عبارة عن دائرة مغناطيسية مغلقة، أي أنه لا يحتوي على فجوة هوائية، ومع ذلك، عادةً ما يتم استخدام المغناطيس الدائم لإنشاء مغناطيس دائم المجال في فجوة الهواء (أو وسط آخر مملوء)، في هذه الحالة Bd
هناك أربع فئات رئيسية من المواد المستخدمة لإنتاج المغناطيس الدائم:

السيراميك (الفريت)


نيوديميوم-حديد-بورون (Nd-Fe-B، NdFeB، NIB)


كوبالت السماريوم (SmCo)


النيكو

مغناطيس الفريت هو الأكثر استخدامًا.

للتطبيقات في درجات الحرارة العادية، أقوى المغناطيس الدائم مصنوع من سبائك تحتوي على النيوديميوم. يتم استخدامها في مجالات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي ومحركات الأقراص الصلبة ومكبرات الصوت عالية الجودة.

عادة ما يتم عرض المغناطيس الدائم في دروس الفيزياء على شكل حدوة حصان، يتم تلوين قطبيها باللونين الأزرق والأحمر.

تُستخدم الكرات والأسطوانات الفردية ذات الخصائص المغناطيسية القوية كمجوهرات/ألعاب عالية التقنية - حيث يتم تجميعها في سلاسل بدون أدوات تثبيت إضافية يمكن ارتداؤها كسوار. هناك أيضًا مجموعات بناء معروضة للبيع تتكون من مجموعة من العصي المغناطيسية الأسطوانية والكرات الفولاذية. من بينها يمكنك تجميع العديد من الهياكل، وخاصة من نوع الجمالون.

بالإضافة إلى ذلك، هناك مغناطيسات مسطحة مرنة على قاعدة بوليمر مع إضافات مغناطيسية، والتي تستخدم، على سبيل المثال، لصناعة مغناطيس زخرفي للثلاجات والديكور وغيرها من الأعمال. يتم إنتاجها على شكل أشرطة وصفائح، عادة مع طبقة لاصقة مطبقة وفيلم يحميها. المجال المغناطيسي لمثل هذا المغناطيس المسطح مخطط - تتناوب الأقطاب الموجبة والسالبة بزيادات تبلغ حوالي 2 ملم عبر السطح بأكمله.

قوة الجذب للمغناطيس الدائم(أو قوة المغناطيس الدائم) تعتمد على العديد من العوامل مثل.

ليس للمغناطيس أي تأثير على مواد مثل الخشب والورق والبلاستيك وحتى بعض المعادن مثل الألومنيوم المستخدم في علب المشروبات. إذا تم وضع المغناطيس بالقرب من الأشياء التي تحتوي على الحديد، فإنه يجذبها نحو نفسه بقوة غير مرئية. عندما يكون مغناطيسين قريبين من بعضهما البعض، يمكن أن يتجاذبا (يميلان إلى الاقتراب من بعضهما البعض) أو يتنافران (يبتعدان عن بعضهما البعض).

ما هو المغناطيس؟

المغناطيس هو جسم ينتج قوة تسمى المغناطيسية. المجال المغناطيسي هو المنطقة التي توجد فيها القوى المغناطيسية. تتجلى أعظم المغناطيسية في مكانين من المغناطيس - عند قطبيه. أحدهما يسمى شمالًا أو زائدًا والآخر يسمى جنوبًا أو ناقصًا. القطب الشمالي لأحد المغناطيسات يتنافر مع القطب الشمالي لمغناطيس آخر، لكنه يجذب الجنوب. ينص القانون الأساسي للمغناطيسية على أن الأقطاب المتشابهة تتنافر والأقطاب المتضادة تتجاذب.

المغناطيس النموذجي على شكل شريط مصنوع من الفولاذ. تمتد خطوط قوتها المغناطيسية على شكل قوس من قطب إلى آخر. يمكن أن يكون للمغناطيس شكل آخر: على سبيل المثال، على شكل حدوة حصان - مع عمود في كل طرف؛ على شكل قرص - مع عمود من كل جانب؛ على شكل حلقة - ذات قطب واحد في جزئها الخارجي (الحافة) والقطب الآخر في جزئها الداخلي.

كيف يتم تشكيل المغناطيسية؟

وهي تنشأ من حركة نفس الجسيمات التي تنتج الكهرباء، وهي إلكترونات الذرات. تتحرك الإلكترونات حول نوى الذرات وحول نفسها، وتدور نوى الذرات أيضًا. عادة ما تدور الإلكترونات بشكل عشوائي وبزوايا مختلفة. لكن في المغناطيس، على ما يبدو، يتم تنظيم دوران الإلكترونات، وتضاف قوىها الصغيرة، مما يخلق قوة مشتركة - المغناطيسية.

ما هي المواد المغناطيس؟

أبسط مغناطيس، أي المادة التي ينجذب إليها المغناطيس، هو الحديد. يحتوي الفولاذ على نسبة كبيرة من الحديد، مما يعني أنه مغناطيسي أيضًا. المعادن الأقل شيوعًا مثل النيكل والكوبالت والمعادن النادرة النيوديميوم والجودولينيوم والديسبروسيوم تظهر خصائص مغناطيسية لا تذكر.

صخرة غنية بالحديد وتسمى الماجنتيت أو خام الحديد المغناطيسي، لها مغناطيسية طبيعية. تم استخدام قطع طويلة ورفيعة من هذه الصخرة في البوصلات المغناطيسية الأولى.

تستخدم الأقراص الخزفية الموضوعة فوق بعضها البعض كعوازل. وهذا يساعد على منع فقدان الطاقة الكهربائية القوية في خطوط الجهد العالي، أي منع التسربات أو النقل المفاجئ للطاقة إلى الأرض. أما إذا كانت قوة الكهرباء عالية 0.5 مليون. فولت (V) أو أكثر، وكان الهواء رطباً جداً (الماء موصل جيد للكهرباء)، فيمكن أن تتسرب الكهرباء على شكل شرارة إلى الأرض.

الجذب المغناطيسي

الأرض مثل المغناطيس

كوكبنا مغناطيس ضخم. داخل باطن الأرض، الذي يتكون من صخور تحتوي على نسبة كبيرة من الحديد، يوجد ضغط مرتفع للغاية ودرجة حرارة عالية. تدور الأرض باستمرار، وبالتالي فإن الصخور المنصهرة في قلبها تتدفق دون توقف. وهي الكتل المتحركة التي تحتوي على الحديد والتي تشكل المجال المغناطيسي الذي يصل إلى سطح الأرض ويستمر حولها في الفضاء. مثل أي مجال مغناطيسي، فإنه يضعف على مسافات كبيرة. لا تتطابق الأقطاب المغناطيسية للأرض مع الأقطاب الجغرافية وتقع على مسافة ما من القطبين الشمالي والجنوبي. ويمر المحور الجغرافي الذي تدور حوله الأرض عبر هذه الأقطاب الجغرافية.

تنشأ المغناطيسية الطبيعية للأرض في قلبها. لكن المجال المغناطيسي يمتد لمئات الكيلومترات في الفضاء. يقع القطب الشمالي المغناطيسي بالقرب من جزيرة باثورست في شمال كندا، على بعد 1000 كيلومتر من القطب الشمالي الجغرافي. يقع القطب الجنوبي المغناطيسي في المحيط بالقرب من ويلكس لاند (القارة القطبية الجنوبية)، على بعد 2000 كيلومتر من القطب الجنوبي الجغرافي.

يُستخدم المغناطيس بشكل شائع في المحركات، والدينامو، والثلاجات، وبطاقات الائتمان والخصم، والعديد من الأجهزة الإلكترونية مثل التقاطات الجيتار الكهربائي، ومكبرات صوت الاستريو، والأقراص الصلبة للكمبيوتر. يمكن أن يكون المغناطيس دائمًا ويتكون من مواد مغناطيسية طبيعية (حديد أو سبائك)، أو يمكن أن يكون مغناطيسًا كهربائيًا. في المغناطيس الكهربائي، يتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق تمرير مجال كهربائي من خلال ملف من الأسلاك ملفوفة حول قلب الحديد. هناك عدة عوامل تؤثر على قوة المجال المغناطيسي، ويمكن تغيير هذه القوة بعدة طرق. يتم وصف هذه العوامل والأساليب في هذه المقالة.

خطوات

تحديد العوامل التي تؤثر على قوة المجال المغناطيسي

دعونا نلقي نظرة على خصائص المغناطيس.يتم وصف خصائص المغناطيس بالمعلمات التالية:

فكر في المادة التي يتكون منها المغناطيس الدائم.عادة ما يتم تصنيع المغناطيس الدائم من المواد التالية:

• سبيكة من النيوديميوم والحديد والبورون. تتمتع هذه المادة بأعلى حث مغناطيسي (12,800 غاوس)، وقوة مجال مغناطيسي قسري (12,300 أورستد)، وكثافة تدفق مغناطيسي قصوى (40). كما أن لديها أدنى درجة حرارة تشغيل قصوى ودرجة حرارة كوري (150 و310 درجة مئوية، على التوالي)، ومعامل درجة الحرارة هو -0.12.
• وتحتل سبيكة السماريوم مع الكوبالت المرتبة الثانية من حيث قهر المجال المغناطيسي، وهو 9200 أورستد. إنها تنتج حثًا مغناطيسيًا يبلغ 10500 غاوس وكثافة تدفق مغناطيسي قصوى تبلغ 26. درجة حرارة التشغيل القصوى أعلى بكثير من سبائك النيوديميوم والحديد والبورون، والتي تبلغ 300 درجة مئوية، ودرجة حرارة كوري 750 درجة مئوية. معامل درجة الحرارة لهذا المنتج هو 0.04.
• النيكو عبارة عن سبيكة من الألومنيوم والنيكل والكوبالت. إن تحريض المجال المغناطيسي الخاص بها (12500 غاوس) قريب من ذلك الموجود في سبائك النيوديميوم والحديد والبورون، ومع ذلك فهو يحتوي على مجال مغناطيسي أقل بكثير (640 أورستد) وبالتالي الحد الأقصى لكثافة التدفق المغناطيسي أقل (5.5). بالمقارنة مع سبيكة السماريوم والكوبالت، تتمتع هذه المادة بدرجة حرارة تشغيل قصوى أعلى (540 درجة مئوية) ودرجة حرارة كوري أعلى (860 درجة مئوية). معامل درجة الحرارة هو 0.02.
• تتمتع مغناطيسات السيراميك والفريت بقيم أقل بكثير لتحريض المجال المغناطيسي والحد الأقصى لكثافة التدفق المغناطيسي، فهي 3900 غاوس و3.5 على التوالي. ومع ذلك، فإن قوة المجال المغناطيسي لديهم أعلى بكثير من النيكو، حيث تصل إلى 3200 أورستد. وتشبه درجة حرارة التشغيل القصوى سبائك السماريوم والكوبالت، في حين أن درجة حرارة كوري أقل بكثير (460 درجة مئوية). معامل درجة الحرارة لهذه المواد هو -0.2، أي مع زيادة درجة الحرارة، تتناقص قوة مجالها المغناطيسي بشكل أسرع بكثير من المواد الأخرى.

1. حساب عدد لفات الملف الكهرومغناطيسي.كلما زاد عدد اللفات لكل وحدة طول للملف، زادت قوة المجال المغناطيسي. تم تجهيز المغناطيسات الكهربائية القياسية بنواة ضخمة إلى حد ما مصنوعة من إحدى المواد الموصوفة أعلاه، والتي توجد حولها المنعطفات الكبيرة. ومع ذلك، من السهل أن تصنع مغناطيسًا كهربائيًا بسيطًا بنفسك: ما عليك سوى إحضار مسمار ولفه بسلك وتوصيل طرفيه ببطارية 1.5 فولت.

   تحقق من التيار المتدفق من خلال لف المغناطيس الكهربائي.استخدم مقياسًا متعددًا لهذا الغرض. كلما زاد التيار، كلما كان المجال المغناطيسي الذي يخلقه أقوى.

   • وحدة أخرى لقياس شدة المجال المغناطيسي في النظام المتري هي الأمبير. تحدد هذه القيمة مقدار زيادة شدة المجال المغناطيسي مع زيادة التيار و/أو عدد اللفات.

   تقييم المجال المغناطيسي باستخدام مشابك الورق

   1. اصنع حاملاً للمغناطيس الدائم على شكل قضيب.للقيام بذلك، يمكنك استخدام مشبك الملابس وكوب من الورق أو البلاستيك. هذه الطريقة مناسبة تمامًا لتوضيح عمل المجال المغناطيسي لأطفال المدارس الابتدائية.

      • استخدم الشريط اللاصق لربط أحد الأطراف الطويلة لمشبك الغسيل بأسفل الزجاج.
      • ضع الزجاج مع مشابك الغسيل المرفقة به رأسًا على عقب على الطاولة.

   2. قم بثني مشبك الورق لعمل خطاف.للقيام بذلك، يمكنك ببساطة ثني الحافة الخارجية لمشبك الورق. هذا الخطاف هو المكان الذي ستعلق فيه مشابك الورق الأخرى.

      لقياس قوة المجال المغناطيسي، قم بإضافة مشابك ورق أخرى.قم بتوصيل مشبك ورق كروشيه بأحد أقطاب المغناطيس. في هذه الحالة، يجب أن يتدلى المكان المنحني بخطاف بحرية. قم بتعليق مشابك الورق الأخرى من الخطاف. استمر في إضافة مشابك الورق حتى يرفع وزن مشابك الورق الخطاف بعيدًا عن المغناطيس وتسقط جميع مشابك الورق على الطاولة.

      لاحظ عدد مشابك الورق التي يخرج عندها الخطاف من المغناطيس.بمجرد إضافة ما يكفي من مشابك الورق وخروج مشبك الورق العلوي من المغناطيس، قم بإحصاء عدد مشابك الورق التي حدث فيها ذلك بعناية واكتبها.

      ضع شريطًا عازلًا على القطب السفلي للمغناطيس.قم بتوصيل ثلاث شرائح صغيرة من الشريط الكهربائي بعمود المغناطيس وقم بتعليق مشبك الورق المعقوف مرة أخرى.

      أضف مشابك الورق إلى الخطاف حتى يخرج من المغناطيس مرة أخرى.كرر الإجراء السابق وقم بتعليق مشابك الورق من الخطاف حتى تخرج في النهاية من المغناطيس مرة أخرى وتسقط على الطاولة.

      اكتب عدد مشابك الورق المطلوبة هذه المرة.بالإضافة إلى عدد مشابك الورق، اكتب أيضًا عدد شرائط الشريط الكهربائي التي وضعتها على عمود المغناطيس.

      كرر الخطوة السابقة عدة مرات مع كل شيء ياالمزيد من شرائط الشريط العازل.في كل مرة، سجل عدد المرات التي انفصلت فيها مشابك الورق عن المغناطيس وعدد شرائط الشريط الكهربائي. ومع زيادة عدد الشرائط، ستكون هناك حاجة إلى عدد أقل من مشابك الورق لتمزيقها بعيدًا عن المغناطيس.

   قياس المجال المغناطيسي باستخدام مقياس غاوسميتر

   1. تحديد القاعدة، أو الجهد الأولي.يمكن القيام بذلك باستخدام مقياس غاوسميتر، والذي يُسمى أيضًا مقياس المغناطيسية أو كاشف القوة الدافعة الكهربائية. هذا جهاز محمول يسمح لك بقياس قوة واتجاه المجال المغناطيسي. يمكن شراء مقياس Gaussmeter من متجر الإلكترونيات وهو سهل الاستخدام. هذه الطريقة مناسبة لإظهار عمل المجال المغناطيسي لطلاب وطلاب المدارس الثانوية. للبدء، قم بما يلي:

      • اضبط الحد الأقصى للجهد على 10 فولت، DC (التيار المباشر).
      • لاحظ القراءة على شاشة الجهاز عندما تكون بعيدة عن المغناطيس. سيكون هذا هو الجهد الأساسي أو الأولي V0.