Pek çok kişi bilmiyor ama neodimyum mıknatısın gücü keşfedilmeden önce bilim insanları çok çeşitli metallerin manyetik özelliklerini kullanmaya çalıştı.

Biraz tarih

Elektromanyetik enerjiyi "evcilleştirmek" için ilk ciddi girişim, bilim adamları tarafından geçen yüzyılın başında yapıldı ve faydalı özellikleri neredeyse hiç fark edilmeyen çeliği kullanmaya başladı.

Bu yöndeki bir sonraki atılımın alüminyum-nikel-kobalt alaşımı olduğu düşünülmektedir. Çelikten birkaç kat daha verimliydi ancak neodimyum mıknatısları AlNiCo ile karşılaştırırsak, ikinci durumda çekme kuvveti 10 kat daha yüksek olur.

50 yılına gelindiğinde başka bir endüstri devrimi gerçekleşti - önceki nesil mıknatıslardan yaklaşık bir buçuk kat daha güçlü olan ferritler ortaya çıktı. Ancak asıl avantajları bu değil, maliyetleridir. Ferritlerin düşük fiyatı, onlardan yapılan parçaların her yerde kullanılmasını mümkün kılmış ve bu da elektronik endüstrisinin, tıbbın ve diğer birçok alanın gelişmesine benzeri görülmemiş bir ivme kazandırmıştır. Alaşımın bugüne kadar "hayatta kalmasını" ve bazı bölgelerde daha güçlü neodim mıknatısların yerini almasını sağlayan da tam olarak düşük maliyetti.

Sonraki yıllarda mühendisler, samaryum-kobalt alaşımı ve hatta platin dahil olmak üzere çeşitli malzemelerin manyetik özellikleri üzerinde deneyler yaptı. Ancak maliyetin yüksek olması nedeniyle bu tür malzemeler bilimsel laboratuvarların ötesine geçemedi. Bugün, örneğin özellikle agresif ortamlarda kullanılmaları oldukça nadirdir.

Neodimyum mıknatıslar - yapışma mukavemeti ve diğer parametreler

Bir sonraki gerçek atılım, neodimyumun faydalı özelliklerinin keşfi sayesinde mümkün oldu. Bu nadir toprak elementinin yatakları Çin, Avustralya, Kanada ve Rusya dahil sadece birkaç ülkede bulunuyor. Ayrıca toplam kaya kütlesindeki metal yüzdesi çok küçüktür ve bu da maliyetinin yüksek olmasına neden olur. Dünya pazarında bir kilogram saf madde için yaklaşık 100 dolar ödüyorlar.

Bilim adamları, nadir toprak elementini demir ve bor ile birleştirerek, manyetik alanı ferrit muadillerinden birkaç kat daha güçlü ve yapılan ilk manyetik cihazlardan onlarca kat daha güçlü bir neodimyum mıknatıs oluşturmayı başardılar. çelikten. Bugüne kadar yapışma mukavemeti açısından bu tür alaşımlarla karşılaştırılabilecek hiçbir malzeme yoktur. Buna ek olarak, başka bir önemli avantajı daha vardı: 100 yılda %10'dan biraz daha fazla zayıflayan, manyetikliğin giderilmesine karşı benzeri görülmemiş derecede yüksek bir direnç.

Şaşırtıcı bir şekilde, etkileyici parametrelere rağmen, güçlü bir neodimyum mıknatıs nispeten ucuzdu ve sanayiciler bunu hemen takdir etti. Mümkün olduğunda önceki nesil mıknatısları neodimyumla değiştirmeye başladılar, böylece ekipmanın verimliliği arttı.

Bu tür manyetik alaşımların dezavantajları da vardır. Bunlar öncelikle nispeten düşük termal stabilite, kırılganlık ve korozyona karşı ciddi hassasiyettir.

Çoğu durumda, bir neodimyum mıknatısın manyetik alanı yalnızca +80 o C'yi aşmayan bir sıcaklıkta korunur, ancak diğer yandan, bugün zaten +200 o C'de çalışabilen alaşım derecelerinin geliştirilmesi mümkün olmuştur. Aynı durum güç özellikleri için de geçerlidir. İlk olarak malzemeye esneklik kazandıran polimer safsızlıkları eklenerek ve ikinci olarak talaşlara ve agresif ortamlara karşı koruma sağlayan koruyucu kaplamalar sayesinde artırıldı. Tüm ürünler neodim mıknatısın alanını etkilemedi ancak her ürünün kullanım ömrünü önemli ölçüde uzattı.

Neodim ürünleri markaları

NdFeB mıknatıslar aşağıdakilere göre birkaç kategoriye ayrılır:

• Ağırlık ve boyut özellikleri;
• Alaşım özellikleri;
• Çalışma sıcaklığı;
• Şekil;
• Mıknatıslanma vektörü;
• Diğer parametreler.

Her kategorideki cihazların ayırt edici özellikleri hakkında birkaç söz söyleyelim.

Muazzamlık, neodim mıknatısların ne kadar etkili olacağını belirleyen en önemli niteliktir; gücü daha yüksek olan bir mıknatıs, boyut ve ağırlık bakımından neredeyse her zaman daha büyük olur ve tam tersine, küçük ürünler nadiren etkileyici yetenekler gösterir. Popüler 50x30 disk 442 ağırlığındadır. gramdır ve 116 kg'lık bir kaldırma kuvvetine sahiptir. Aynı zamanda, benzer oranlarda, 0,4 gram ağırlığa sahip 5x3'lük bir rondela, yalnızca yarım kilogramlık bir kavrama kuvvetine sahiptir, ancak bu kadar küçük bir şey için bu etkileyici bir rakamdır.

Alaşım kalitesi, neodimyum mıknatısların ne kadar güçlü olacağını (çekici kuvvet) etkileyen ikinci faktördür. Elektromanyetik parametrelerine göre alaşımlar birkaç kategoriye ayrılır ve 35'ten 52'ye kadar sayılarla gösterilir. Daha yüksek bir sayı, ürünün daha yüksek verimliliği anlamına gelir, aynı zamanda buna göre daha yüksek bir maliyet anlamına gelir. Polyus-Magnit ürünlerinin büyük bir kısmı N-42 alaşımından yapılmıştır. Hem enerji göstergeleri hem de fiyatı açısından bu, yapışma kuvveti ev koşullarında kullanım için oldukça kabul edilebilir olan ortalama bir neodim mıknatıstır.

Yukarıda da fark ettiğiniz gibi ürünlerimizin markaları sadece rakamlarla değil harflerle de belirtiliyor. Özellikle, "N" harfi belirli bir parçanın sırasıyla +80 o C'ye kadar sıcaklıklarda, "M" - +100 o C'ye kadar, "H" - 120 o C'ye kadar sıcaklıklarda çalıştırılabileceğini gösterir. EH sınıfı ısıya en dayanıklı sınıf olarak kabul edilir; bir neodimyum mıknatısın mıknatıslanmasının iki yüz derecede bile kaybolmadığını varsayar.

Malların şekli hakkında birkaç söz söyleyelim. Günümüzde işletmeler manyetik troller, halkalar, diskler, dikdörtgenler, çubuklar ve çeşitli bağlantı elemanları üretmektedir. Ayrıca piyasada arama motorlarına yönelik cihazların yanı sıra neocube'lar da bulabilirsiniz. Son olarak, bazı şirketler özel ürünler oluşturmaya yönelik bir hizmet sunmaktadır. Yani, bir çizim sağlayabilirsiniz ve tesis, buna göre yapışması sorunlarınızı çözmek için yeterli olacak bir neodimyum mıknatıs üretecektir.

Standart neodimyum ürünlere üç tip mıknatıslanmadan biri verilir: eksenel, radyal veya eksenel. Bu, örneğin nadir toprak yıkayıcınızın üst, alt düzlemi veya dışbükey yan yüzeyi ile nesneleri çekeceği anlamına gelir. Radyal mıknatıslanma türü daha çok dış çemberinin pozitif yüke ve iç çemberinin negatif yüke sahip olduğu halkalarda bulunur. Güçlendirilmiş neodimyum mıknatıs seçerken bu faktöre de dikkat edin.

Web sitemizde çok çeşitli ürünler bulunmaktadır. İstediğiniz şekli veya boyutu ve ürünün diğer parametrelerini seçebilirsiniz.

Sol elinizin avuç içini, manyetik indüksiyon çizgileri içine girecek ve birbirine paralel katlanmış dört uzatılmış parmak, pozitifin hareket yönünü gösterecek şekilde yerleştirin. Sonuç olarak, sol elin 90 açıyla bükülmüş başparmağı Lorentz kuvvetinin yönünü gösterecektir. Eğer gimlet kuralı negatif yüklere uygulanırsa, uzatılmış dört parmak yüklü olanların hareket hızını konumlandırır.

Bir elektrik akımının oluşturduğu alanın kuvvet karakteristiği olan manyetik alan indüksiyonu verilen formül kullanılarak bulunabilir. Burada rₒ yarıçap vektörüdür. Manyetik alanın gücünü bulduğumuz noktayı gösterir. Dl, manyetik alanı oluşturan bölümün uzunluğudur ve I buna göre akım gücüdür. SI sisteminde µₒ, 4π'nin 10 v - çarpımına eşit bir manyetik sabittir.

Lorentz kuvvet modülünü aşağıdaki büyüklüklerin ürünü olarak tanımlayın: taşıyıcı yük modülü, taşıyıcının iletken boyunca sıralı hareket hızı, manyetik alan indüksiyon modülü, belirtilen hızın vektörleri arasındaki açı ve manyetik indüksiyon. Bu, şarj edilen hızın tüm değerleri için geçerlidir.

İfadeyi yazın ve gerekli hesaplamaları yapın.

Konuyla ilgili video

Not

Yüklü bir parçacık, tekdüzelik ile karakterize edilen bir manyetik alanda hareket ederse, Lorentz kuvveti ona etki ettiğinde, bu parçacığın hız vektörü, manyetik indüksiyon vektörüne dik bir düzlemde yer alacaktır. Sonuç olarak, yüklü nesne bir daire içinde hareket edecektir. Bu gibi durumlarda Lorentz manyetik kuvveti merkezcil kuvvet haline gelir.

Yararlı tavsiye

Lorentz kuvvetinin yönü, hız ve manyetik indüksiyon vektörlerinin yönüne diktir. Yüklü bir parçacığın manyetik alanda hareket ettiği anda bu kuvvet herhangi bir iş yapmaz. Sonuç olarak hız vektörünün büyüklüğü bu anda korunur ve yalnızca bu vektörün yönü değişir.

Kaynaklar:

• Akımların manyetik etkileşimi

İpucu 2: Manyetik alan kuvveti ve temel özellikleri

Manyetik alan, maddenin biçimlerinden biri, nesnel gerçekliktir. İnsan gözüyle görülmez ancak varlığı, yüklü parçacıkları ve kalıcı mıknatısları etkileyen manyetik kuvvetler şeklinde kendini gösterir.

Manyetik alanın grafik gösterimi

Manyetik alan doğası gereği görünmezdir. Kolaylık sağlamak için, onu elektrik hatları şeklinde grafiksel olarak temsil eden bir yöntem geliştirildi. Yönleri manyetik alan kuvvetlerinin yönüyle örtüşmelidir. Kuvvet çizgilerinin başı ve sonu yoktur; kapalıdırlar. Bu, elektromanyetik etkileşim teorisindeki Maxwell denklemlerinden birini yansıtıyor. Kuvvet çizgilerinin mıknatısın kuzey kutbunda “başladığı” ve güney kutbunda “bittiği” bilim camiası tarafından kabul edilmektedir. Bu ekleme yalnızca manyetik alan kuvveti vektörünün yönünü koşullu olarak belirlemek için yapılmıştır.

Manyetik alan çizgilerinin kapalılığı basit bir deneyle doğrulanabilir. Kalıcı bir mıknatısa ve onun etrafındaki demir talaşlı alana ihtiyacınız var. Kuvvet çizgilerini görebileceğiniz şekilde konumlandırılacaklar.

Manyetik alan kuvveti

Manyetik alan kuvveti vektörü, önceki bölümde anlatılanla aynı vektördür. Kuvvet çizgilerinin yönüyle örtüşmesi gereken yöndür. Bu, alanın içine yerleştirilen kalıcı bir mıknatısa etki ettiği kuvvettir. Gerilim, manyetik alanın çevredeki maddeyle etkileşimini karakterize eder. Uzayın herhangi bir noktasında vektörünün modülünü belirleyebileceğiniz özel bir yasa vardır (Biot-Savart-Laplace yasası). Gerilim, ortamın manyetik özelliklerine bağlı değildir ve oersteds (CGS sisteminde) ve A/m (SI) cinsinden ölçülür.

Manyetik alan indüksiyonu ve manyetik akı

Manyetik alan indüksiyonu yoğunluğunu karakterize eder, yani. iş üretme yeteneği. Bu yetenek ne kadar yüksek olursa, alan o kadar güçlü olur ve 1 m2'deki alan çizgilerinin konsantrasyonu da o kadar yüksek olur. Manyetik akı, indüksiyonun ve alandan etkilenen alanın ürünüdür. Sayısal olarak bu değer genellikle belirli bir alana giren kuvvet çizgisi sayısına eşittir. Alan gerilim vektörünün yönüne dik olarak konumlandırıldığında akış maksimumdur. Bu açı ne kadar küçük olursa etki o kadar zayıf olur.

Manyetik geçirgenlik

Belirli bir ortamdaki manyetik alanın etkisi, manyetik geçirgenliğine bağlıdır. Bu değer ortamdaki indüksiyonun büyüklüğünü karakterize eder. Hava ve bazı maddeler manyetik bir vakum geçirgenliğine sahiptir (değer, fiziksel sabitler tablosundan alınmıştır). Ferromıknatıslarda bu binlerce kat daha fazladır.

Bu sayfa şu anda yalnızca Rusçadır.

1. Manyetizma

2. Manyetik alan

3. Kalıcı mıknatıs

1. Manyetizma- manyetik alan boyunca belli bir mesafede gerçekleştirilen, hareketli elektrik yükleri arasındaki etkileşimin bir biçimi. atomlar ve moleküller ve makroskobik ölçekte - elektrik akımı ve kalıcı mıknatıslar. Elektrikle birlikte manyetizma da elektromanyetik etkileşimin tezahürlerinden biridir. Bir manyetik alanın temel özelliği, boşlukta manyetik alan kuvvet vektörü ile çakışan indüksiyon vektörüdür.

Manyetik moment, manyetik dipol momenti- bir maddenin manyetik özelliklerini karakterize eden ana miktar. Klasik elektromanyetik olay teorisine göre manyetizmanın kaynağı, elektriksel makro ve mikro akımlardır. Manyetizmanın temel kaynağının kapalı bir akım olduğu kabul edilir. Temel parçacıklar, atom çekirdekleri ve atom ve moleküllerin elektronik kabukları manyetik bir momente sahiptir. Kuantum mekaniğinin gösterdiği gibi temel parçacıkların (elektronlar, protonlar, nötronlar ve diğerleri) manyetik momenti, kendi mekanik momentlerinin (spin) varlığından kaynaklanmaktadır. Manyetik moment A*m2 veya J/T (SI) cinsinden ölçülür.

Manyetik momenti hesaplamak için formüller
Elektrik akımına sahip düz bir devre olması durumunda manyetik moment şu şekilde hesaplanır:
, burada I devredeki akım gücüdür, S devre alanıdır, N- kontur düzlemine dik birim vektör. Manyetik momentin yönü genellikle burgu kuralına göre bulunur: jiletin sapını akım yönünde döndürürseniz, manyetik momentin yönü jiletin öteleme hareketinin yönü ile çakışacaktır.

Nerede R- orijinden kontur uzunluğu elemanına çizilen yarıçap vektörü dl

Nerede J- dV hacim elemanındaki akım yoğunluğu.

2. Manyetik alan- zamanla değişen bir elektrik alanının varlığında ortaya çıkan elektromanyetik alanın bir bileşeni. Ek olarak, yüklü parçacıkların akımı veya atomlardaki elektronların manyetik momentleri (kalıcı mıknatıslar) tarafından bir manyetik alan oluşturulabilir. Manyetik alanın ana özelliği, manyetik indüksiyon vektörü tarafından belirlenen gücüdür. B. SI'da manyetik indüksiyon Tesla (T) cinsinden ölçülür.

Manyetik alan, hareketli yüklü parçacıklar veya manyetik momentli cisimler arasında etkileşimin meydana geldiği özel bir madde türüdür.

Manyetik alan, elektrik alanın göreli bir bileşeni olarak da düşünülebilir. Daha doğrusu manyetik alanlar, elektrik alanlarının ve özel görelilik teorisinin varlığının zorunlu bir sonucudur. Manyetik ve elektrik alanlar birlikte, tezahürleri ışık ve diğer elektromanyetik dalgalar olan bir elektromanyetik alan oluşturur.

Manyetik alanın tezahürü
Manyetik alan, parçacıkların ve cisimlerin manyetik momentleri, hareketli yüklü parçacıklar (veya akım taşıyan iletkenler) üzerindeki etkisinde kendini gösterir. Manyetik bir alanda hareket eden elektrik yüklü bir parçacığa etki eden kuvvete Lorentz kuvveti denir ve bu kuvvet her zaman vektöre diktir. v

Nerede A- parçacık hız vektörünün yönü arasındaki açı v v ve manyetik alan vektörünün yönü B

Ayrıca, akım taşıyan bir iletkene manyetik alan etki eder. İletkene etki eden kuvvete Amper kuvveti adı verilecektir. Bu kuvvet, iletkenin içinde hareket eden bireysel yüklere etki eden kuvvetlerden oluşur.

İki mıknatısın etkileşimi
Manyetik alanın en yaygın tezahürü iki mıknatısın etkileşimidir: benzer kutuplar birbirini iter, zıt kutuplar birbirini çeker. Mıknatıslar arasındaki etkileşimi iki tek kutup arasındaki etkileşim olarak tanımlamak cazip gelebilir, ancak bu fikir olgunun doğru bir şekilde tanımlanmasına yol açmaz.

Düzgün olmayan bir alana yerleştirilen manyetik dipolün, dipolün manyetik momentinin manyetik alanla aynı hizada olması için onu döndürme eğiliminde olan bir kuvvete maruz kaldığını söylemek daha doğru olacaktır.

Manyetik momentli manyetik dipole etki eden kuvvet M formülle ifade edilir:

Düzgün olmayan bir manyetik alandan mıknatısa etki eden kuvvet, mıknatısı oluşturan temel dipollere etki eden tüm kuvvetlerin toplanmasıyla da belirlenebilir.

Manyetik alan enerjisi aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir:

burada: F - manyetik akı, I - akım, L - bobinin endüktansı veya akımla dönüş.

3. Kalıcı mıknatıs- mıknatıslanma durumunu uzun süre koruyan, yüksek artık manyetik indüksiyona sahip sert malzemeden yapılmış çeşitli şekillerde bir ürün. Kalıcı mıknatıslar, otonom (enerji tüketmeyen) manyetik alan kaynakları olarak kullanılır.

Bir mıknatısın özellikleri, mıknatıs malzemesinin manyetik histerezis döngüsünün manyetikliği giderme bölümünün özellikleri tarafından belirlenir: artık indüksiyon Br ve zorlayıcı kuvvet Hc ne kadar yüksek olursa, mıknatısın mıknatıslanması ve kararlılığı da o kadar yüksek olur.

Kalıcı bir mıknatıs Bd'nin indüksiyonu Br'yi aşamaz: Bd = Br eşitliği yalnızca mıknatısın kapalı bir manyetik devre olması durumunda mümkündür, yani bir hava boşluğuna sahip değildir, ancak kalıcı mıknatıslar genellikle bir manyetik oluşturmak için kullanılır. havadaki (veya dolu başka ortamdaki) boşluktaki alan, bu durumda Bd
Kalıcı mıknatıs üretmek için kullanılan dört ana malzeme sınıfı vardır:

seramik (ferritler)


neodimyum-demir-bor (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB)


samaryum kobalt (SmCo)


Alniko

Ferrit mıknatıslar en yaygın kullanılanlardır.

Normal sıcaklıklardaki uygulamalar için en güçlü kalıcı mıknatıslar neodimyum içeren alaşımlardan yapılır. Manyetik rezonans görüntüleme, sabit disk servoları ve yüksek kaliteli hoparlörler gibi alanlarda kullanılırlar.

Fizik derslerinde kalıcı mıknatıslar genellikle kutupları mavi ve kırmızı renkte olan at nalı şeklinde gösterilmektedir.

Güçlü manyetik özelliklere sahip bireysel toplar ve silindirler, ileri teknoloji takılar/oyuncaklar olarak kullanılır; bunlar, bilezik olarak takılabilen ek bağlantı elemanları olmadan zincirler halinde birleştirilir. Ayrıca bir dizi silindirik manyetik çubuk ve çelik bilyalardan oluşan inşaat setleri de satıştadır. Onlardan, çoğunlukla kafes tipi olmak üzere birçok yapıyı monte edebilirsiniz.

Ek olarak, örneğin buzdolapları, dekorasyon ve diğer işler için dekoratif mıknatısların üretiminde kullanılan, manyetik katkı maddeleri içeren bir polimer bazlı esnek düz mıknatıslar vardır. Genellikle yapışkan bir tabaka ve onu koruyan bir film uygulanmış bantlar ve levhalar şeklinde üretilirler. Böyle düz bir mıknatısın manyetik alanı şeritlidir - pozitif ve negatif kutuplar tüm yüzey boyunca yaklaşık iki milimetrelik artışlarla dönüşümlüdür.

Kalıcı mıknatısın çekici kuvveti(veya kalıcı mıknatıs gücü) gibi birçok parametreye bağlıdır.

Mıknatısların ahşap, kağıt, plastik gibi maddelere ve hatta içecek kutularında kullanılan alüminyum gibi bazı metallere hiçbir etkisi yoktur. Mıknatıslar demir içeren nesnelerin yakınına konursa onları görünmez bir kuvvetle kendilerine doğru çekerler. İki mıknatıs birbirine yakın olduğunda, çekebilirler (birbirlerine yaklaşma eğilimi gösterirler) veya itebilirler (birbirlerinden uzaklaşırlar).

Mıknatıs nedir?

Mıknatıs, manyetizma adı verilen bir kuvvet üreten bir nesnedir. Manyetik alan, manyetik kuvvetlerin bulunduğu bölgedir. En büyük manyetizma, mıknatısın iki yerinde, yani kutuplarında kendini gösterir. Birine kuzey veya artı, diğerine güney veya eksi denir. Bir mıknatısın kuzey kutbu diğerinin kuzey kutbunu iter, ancak güneyini çeker. Manyetizmanın temel yasası, benzer kutupların birbirini ittiğini ve zıt kutupların birbirini çektiğini belirtir.

Tipik bir çubuk şeklindeki mıknatıs çelikten yapılmıştır. Manyetik alan çizgileri bir kutuptan diğerine yay şeklinde uzanır. Bir mıknatıs başka bir şekilde olabilir: örneğin, at nalı şeklinde - her iki ucunda bir direk bulunan; bir disk şeklinde - her iki tarafta bir direk bulunur; halka şeklinde - bir kutbu dış kısmında (kenar) ve diğer kutbu iç kısımda.

Manyetizma nasıl oluşur?

Elektrik yaratan aynı parçacıkların, yani atomların elektronlarının hareketinden kaynaklanır. Elektronlar atomdaki çekirdeklerin etrafında ve kendi etrafında hareket eder ve atomların çekirdekleri de döner. Genellikle elektronlar rastgele, farklı açılarda daire çizerler. Ancak bir mıknatısta, görünüşe göre, elektronların dönüşü düzenlidir, küçük kuvvetleri toplanır ve ortak bir kuvvet - manyetizma yaratır.

Mıknatıs hangi maddelerdir?

En basit mıknatıs yani mıknatısın çektiği malzeme demirdir. Çelik büyük oranda demir içerir, bu da onun aynı zamanda manyetik olduğu anlamına gelir. Daha az yaygın olan nikel ve kobalt metalleri ve nadir metaller olan neodimyum, godolinyum ve disprosiyum ihmal edilebilir manyetik özellikler sergiler.

Demir açısından zengin olan ve manyetit veya manyetik demir cevheri adı verilen bir kaya, doğal manyetizmaya sahiptir. Bu kayanın uzun ve ince parçaları ilk manyetik pusulaların yapımında kullanıldı.

Yalıtkan olarak üst üste yerleştirilen seramik diskler kullanılır. Bu, yüksek gerilim hatlarında güçlü elektrik enerjisi kayıplarının önlenmesine, yani enerjinin sızıntılarının veya ani enerji transferlerinin toprağa aktarılmasının önlenmesine yardımcı olur. Ancak elektriğin gücü yüksekse 0,5 milyon. volt (V) veya daha fazlaysa ve hava çok nemliyse (su iyi bir elektrik iletkenidir), elektrik kıvılcım şeklinde toprağa kaçabilir.

Manyetik çekim

Dünya bir mıknatıs gibidir

Gezegenimiz devasa bir mıknatıs. Önemli miktarda demir içeren kayalardan oluşan yerkürenin çekirdeğinde çok yüksek basınç ve yüksek sıcaklık vardır. Dünya sürekli döndüğü için çekirdekteki erimiş kayalar durmadan akıyor. Dünya yüzeyine ulaşan ve uzayda onun etrafında devam eden manyetik alanı oluşturan, hareket eden demir içeren kütlelerdir. Herhangi bir manyetik alan gibi, büyük mesafelerde zayıflar. Dünyanın manyetik kutupları coğrafi kutuplarla örtüşmez ve Kuzey ve Güney Kutuplarından biraz uzakta bulunur. Dünyanın etrafında döndüğü coğrafi eksen bu coğrafi kutuplardan geçer.

Dünyanın doğal manyetizması çekirdeğinden kaynaklanır. Ancak manyetik alan yüzlerce kilometre uzaya kadar uzanıyor. Manyetik Kuzey Kutbu, Kanada'nın kuzeyindeki Bathurst Adası yakınında, coğrafi Kuzey Kutbu'ndan 1000 km uzaklıkta yer almaktadır. Manyetik Güney Kutbu, Wilkes Land (Antarktika) yakınındaki okyanusta, coğrafi Güney Kutbu'na 2000 km uzaklıkta yer almaktadır.

Mıknatıslar genellikle motorlarda, dinamolarda, buzdolaplarında, kredi ve banka kartlarında ve elektro gitar manyetikleri, stereo hoparlörler ve bilgisayar sabit diskleri gibi çeşitli elektronik cihazlarda kullanılır. Mıknatıslar kalıcı olabilir ve doğal manyetik malzemelerden (demir veya alaşımlar) oluşabileceği gibi elektromıknatıs da olabilir. Elektromıknatıslarda, bir elektrik alanının demir bir çekirdeğin etrafına sarılmış bir tel bobinden geçirilmesiyle bir manyetik alan yaratılır. Manyetik alanın gücünü etkileyen çeşitli faktörler vardır ve bu güç çeşitli şekillerde değiştirilebilir. Bu faktörler ve yöntemler bu makalede açıklanmaktadır.

Adımlar

Manyetik alanın gücünü etkileyen faktörleri belirleyin

Bir mıknatısın özelliklerine bakalım. Bir mıknatısın özellikleri aşağıdaki parametrelerle tanımlanır:

Kalıcı mıknatısın hangi malzemeden yapıldığını düşünün. Kalıcı mıknatıslar genellikle aşağıdaki malzemelerden yapılır:

• Neodim, demir ve bordan oluşan bir alaşım. Bu malzeme en yüksek manyetik indüksiyona (12.800 gauss), zorlayıcı manyetik alan kuvvetine (12.300 oersted) ve maksimum manyetik akı yoğunluğuna (40) sahiptir. Aynı zamanda en düşük maksimum çalışma sıcaklığına ve Curie sıcaklığına (sırasıyla 150 ve 310 santigrat derece) sahiptir, sıcaklık katsayısı -0,12'dir.
• Samaryumun kobalt ile alaşımı, 9.200 oersted olan manyetik alanın zorlayıcılığı açısından ikinci sırada yer almaktadır. 10.500 gauss'luk bir manyetik indüksiyon ve 26'lık maksimum manyetik akı yoğunluğu üretir. Maksimum çalışma sıcaklığı, 300 santigrat derece olan neodimyum-demir-bor alaşımından çok daha yüksektir ve Curie sıcaklığı 750 santigrat derecedir. Bu ürünün sıcaklık katsayısı 0,04'tür.
• Alnico alüminyum, nikel ve kobalttan oluşan bir alaşımdır. Manyetik alan indüksiyonu (12.500 gauss) neodimyum-demir-bor alaşımınınkine yakındır, ancak çok daha düşük bir manyetik alan zorlayıcılığına (640 oersted) ve dolayısıyla daha düşük bir maksimum manyetik akı yoğunluğuna (5,5) sahiptir. Samaryum-kobalt alaşımıyla karşılaştırıldığında bu malzeme daha yüksek bir maksimum çalışma sıcaklığına (540 santigrat derece) ve daha yüksek bir Curie sıcaklığına (860 santigrat derece) sahiptir. Sıcaklık katsayısı 0,02'dir.
• Seramik ve ferrit mıknatıslar çok daha düşük manyetik alan indüksiyonu ve maksimum manyetik akı yoğunluğu değerlerine sahiptir, sırasıyla 3.900 gauss ve 3.5'tir. Bununla birlikte, bunların manyetik alan zorlayıcılığı Alnico'dan çok daha yüksektir ve 3.200 oersted'e tekabül etmektedir. Maksimum çalışma sıcaklıkları samaryum-kobalt alaşımına benzerken Curie sıcaklığı çok daha düşüktür (460 santigrat derece). Bu malzemelerin sıcaklık katsayısı -0,2'dir, yani sıcaklık arttıkça manyetik alan kuvveti diğer malzemelere göre çok daha hızlı azalır.

1. Elektromanyetik bobinin dönüş sayısını sayın. Bobinin birim uzunluğu başına dönüş sayısı ne kadar fazla olursa, manyetik alanın gücü de o kadar yüksek olur. Standart elektromıknatıslar, çevresinde büyük dönüşlerin bulunduğu, yukarıda açıklanan malzemelerden birinden yapılmış oldukça büyük bir çekirdekle donatılmıştır. Bununla birlikte, basit bir elektromıknatısın kendi başınıza yapılması kolaydır: sadece bir çivi alın, tel ile sarın ve uçlarını 1,5 voltluk bir aküye bağlayın.

   Elektromıknatıs sargısından akan akımı kontrol edin. Bunun için bir multimetre kullanın. Akım ne kadar yüksek olursa, yarattığı manyetik alan da o kadar güçlü olur.

   • Metrik sistemdeki manyetik alan kuvvetinin bir diğer ölçüm birimi amper dönüşüdür. Bu değer artan akım ve/veya sarım sayısıyla birlikte manyetik alan kuvvetinin ne kadar artacağını belirler.

   Ataş kullanarak manyetik alanı değerlendirin

   1. Çubuk şeklinde kalıcı bir mıknatıs için bir tutucu yapın. Bunu yapmak için bir mandal ve bir kağıt veya plastik bardak kullanabilirsiniz. Bu yöntem, manyetik alanın etkisini ilkokul çocuklarına göstermek için çok uygundur.

      • Mandalın uzun uçlarından birini camın altına yapıştırmak için bant kullanın.
      • Mandal takılı bardağı baş aşağı masanın üzerine yerleştirin.

   2. Bir kanca oluşturmak için ataşı bükün. Bunu yapmak için ataşın dış kenarını bükmeniz yeterlidir. Bu kanca diğer ataşları asacağınız yerdir.

      Manyetik alanın gücünü ölçmek için başka ataçlar ekleyin. Mıknatısın kutuplarından birine tığ işi bir ataç takın. Bu durumda tığ işi alanı serbestçe sarkmalıdır. Kancaya diğer ataçları asın. Ataşların ağırlığı kancayı mıknatıstan kaldırana ve tüm ataşlar masanın üzerine düşene kadar ataş eklemeye devam edin.

      Kancanın mıknatıstan çıktığı ataç sayısını not edin. Yeterince ataç ekledikten ve üstteki ataç mıknatıstan çıktıktan sonra, bunun gerçekleştiği ataç sayısını dikkatlice sayın ve not edin.

      Mıknatısın alt kutbuna yalıtım bandı uygulayın. Mıknatısın kutbuna üç küçük elektrik bandı şeridi yapıştırın ve kancalı ataşı tekrar asın.

      Tekrar mıknatıstan çıkana kadar kancaya ataç ekleyin.Önceki prosedürü tekrarlayın ve ataşları kancaya asın, böylece sonunda tekrar mıknatıstan çıkıp masanın üzerine düşsünler.

      Bu sefer kaç ataş gerektiğini yazın. Ataç sayısının yanı sıra mıknatısın kutbuna yerleştirdiğiniz elektrik bandı şeritlerinin sayısını da yazın.

      Önceki adımı her şeyle birkaç kez tekrarlayın Ö daha fazla yalıtım bandı şeridi. Her seferinde ataşların mıknatıstan kaç kez çıktığını ve elektrik bandı şeritlerinin sayısını kaydedin. Şerit sayısı arttıkça bunları mıknatıstan koparmak için daha az ataş gerekli olacaktır.

   Manyetik alanı bir gaussmetreyle ölçün

   1. Tabanı veya başlangıç ​​voltajını belirleyin. Bu, manyetometre veya EMF (elektromotor kuvvet) detektörü olarak da adlandırılan bir gaussmetre kullanılarak yapılabilir. Bu, manyetik alanın gücünü ve yönünü ölçmenizi sağlayan, elde taşınan bir cihazdır. Gaussmetre bir elektronik mağazasından satın alınabilir ve kullanımı kolaydır. Bu yöntem, manyetik alanın etkisini lise öğrencilerine ve öğrencilerine göstermek için uygundur. Başlamak için aşağıdakileri yapın:

      • Maksimum voltaj değerini 10 volt DC (doğru akım) olarak ayarlayın.
      • Mıknatıstan uzaktayken gösterge ekranındaki okumaya dikkat edin. Bu, baz veya başlangıç ​​voltajı V0 olacaktır.