Jag är säker på att du har hört uttrycket "motsats lockar." Magneter fungerar i stort sett på samma sätt. Vi kommer att täcka de grundläggande principerna och du kommer att förstå dem med hjälp av vardagliga objekt.

Magneter är fantastiska och används överallt. De hjälper till att generera elektricitet, lagra data på vår dator, hjälper till att hålla påminnelser på kylen och de spelar till och med en framträdande roll inom transportsektorn (slå upp maglev-tåg om du är intresserad).

Hur vågar jag glömma jorden själv! Det är en gigantisk magnet utan vilken vi inte skulle vara här idag. Dess magnetfält skyddar oss ständigt från skadlig solstrålning från solen och andra stjärnor.

Rolig fakta: Mobilen i fickan, hörlurarna anslutna till öronen samt klockan på din hand, alla använder magneter!

Hur fungerar de?

Om du inte alla har gjort det ännu, låt mig påpeka att det absolut inte skulle finnas någon el i de flesta delar av världen utan magneter. Ett scenario jag inte kan föreställa mig.

Genom den här artikeln skulle jag vilja förklara hur en magnet fungerar så att både vuxna och studenter lätt kan förstå principen bakom detta fenomen. Det bästa sättet att lära sig är via intressanta och interaktiva metoder, låt oss göra just det!

Vad är dem?

Magneter är inte element med komplexa strukturer, i stället tenderar de att ha enklare strukturer än de flesta av de kända elementen. Du kan säga att de är vanliga element som har extraordinär kraft på grund av den enkla och fascinerande inre strukturen och anpassningen som de besitter.

En magnet är alla element som har förmågan att attrahera eller avvisa som föremål.

Definition

En magnet definieras som den substans som kan locka till sig ferromagnetiska substanser på grund av närvaron av kraftledningar runt materialet benämnd magnetiska kraftlinjer. Det är denna kraft som kallas magnetkraften.

Ferromagnetiska ämnen

De ämnen som bildar magneter när elektricitet förs genom materialet eller när det kommer i kontakt med ett magnetiseringsfält kallas ferromagnetiska ämnen. Denna magnetisering kan kvarstå även efter att det orsakande fältet har tagits bort (elektriskt eller magnetiskt). Till exempel Iron (Fe)

Om du är intresserad av att lära dig mer om Ferromagnetism har jag ett gäng användbara länkar i referensavsnittet mot slutet. Kolla också in den fantastiska videon nedan:

Förstå Dipoles

För att du ska förstå hur magnet fungerar kommer du att veta vad som händer inuti.

Element består av atomer, och varje element har ett bestämt arrangemang av dessa atomer som bildar någon form av gitter (arrangemang). Men detta händer i alla material och är inte orsaken till magnetism. Det som verkligen orsakar magnetism är de magnetiska dipolerna. Varje element innehåller magnetiska dipoler, men de är ordnade slumpmässigt avbryter varandra. Men i magnetiska material är de alla i linje.

Att förstå magnetiska Dipoles är nyckeln till att förstå hur magneter fungerar. Därför har jag tagit problem med att förklara detta fenomen på olika sätt (nedan). Om du fortfarande har frågor, tveka inte att lämna en kommentar.

Lärande med legokvarter

Ett enkelt sätt för mig att förklara inriktningen av magnetiska dipoler är via lego-block. Låt oss säga att du har ett gäng legoklossar och att du kastar dem på marken. De kommer att vara orienterade i alla riktningar.

Låt oss säga att varje block kan tillämpa en kraft eller har kapacitet att dra. Föreställ dig att den här dragningen är från basen till riktningen för pinnarna (bulorna på toppen av blocken). Ett annat antagande här är att vart och ett av blocken kan tillämpa samma mängd kraft.

Välj en slumpmässig punkt i mitten av din hög och föreställ dig att alla Lego-blocken har en osynlig kedja som förbinder blockets centrum till denna punkt. Låt nu blocken börja dra och dra på punkten. Om du har många block, skulle poängen hamna lika från alla riktningar och har därför ingen rörelse alls.

Icke-inriktade legoblock |

Men när det gäller inriktning av de magnetiska dipolerna, skulle du stapla blocken på varandra och placera dem horisontellt på marken. Tänk nu på samma punkt på golvet som du gjorde tidigare. Alla block drar runt denna punkt i samma riktning, vilket resulterar i dess rörelse (och denna resulterande kraft är det som lockar metall och andra magnetiska ämnen).

Obs! Detta är bara en analogi som hjälper till att förstå processen.

Riktade legokvarter |

Förståelse genom kemi

Bilden som du ser nedan är en enhetscell av Boron Fosfat (inte en magnet). Betrakta varje atom (boll) som en dipol. Dessa dipoler kan föreställas vara slumpmässigt orienterade. Det resulterande effektiva ögonblicket kommer att vara noll eftersom vi har miljoner dipoler som drar omkring en punkt i alla riktningar. Därför förblir punkten stillastående. Återigen är detta bara en analogi för att förstå konceptet.

Borfosfid |

Observera med hjälp av matchsticks

Vissa tycker att det är lättare att förstå med tändstickor, så jag hoppas att du har en fylld tändsticka eller något liknande som ligger runt (till exempel öronknoppar). Öppna rutan och släpp alla tändstickor på marken. Titta nu väl på dem - de kommer alla att pekas i slumpmässiga riktningar. Detta är vad som händer när det gäller alla material som inte är magnetiska.

Lägg märke till formationen noga, du kommer att märka att om en pekar till höger kommer det att finnas en annan som pekar till vänster. Så här avbryter magnetiska dipoler för icke-magnetiska element varandra.

Ojusterade dipoler |

Använd nu en annan matchbox, den här gången istället för att släppa matchstickarna på marken. Vänd försiktigt lådan upp och ner när den är precis ovanför marken. Du kommer att märka att matchsticks är ordnade snyggt. I detta fall läggs alla dipolmoment upp i en viss riktning - det här är vad som händer i magnetiska material.

Magnetiska domäner - Vad är de?

Kort sagt, magnetiska dipoler leder till magnetiska domäner. Tänk på planeten Jorden eftersom ditt material och varje land som separeras av sina gränser är en domän. Materialet består av många sådana domäner, var och en med sin egen riktning och syfte.

Låt mig förklara detta med hjälp av matchstick-experimentet. Varje match är en magnetisk dipol och när de alla pekar i samma riktning leder det till magnetisering. Men du kan alltid gruppera pinnar som pekar ungefär i samma riktning tillsammans och hamnar med många sådana grupper när pinnarna slumpmässigt sprids över golvet. Var och en av dessa grupper anses vara en domän.

Magnetiska domäner kan tänkas separeras från varandra med en domänvägg. Vid väggarna roterar magnetiseringen koherent från en riktning till nästa. Under magnetiseringsprocessen (mer om detta senare) anpassas de enskilda domänerna och smälter samman för att peka i samma riktning.

Ferromagnetiska material som järn, nickel, kobolt samt deras olika legeringar är magnetiska på grund av magnetiska domäner. Du behöver inte oroa dig för detaljerna om magnetiska domäner, men videon nedan förklarar det vackert. Jag kunde personligen inte göra det bättre.

Magnetiska domäner förklarade

Olika typer av magneter

Baserat på deras fysiska egenskaper kan magneter i stort sett klassificeras i två kategorier:

  1. Permanenta magneter och
  2. Elektromagneter

Permanenta magneter

Permanenta magneter är bra ... Permanenta. Naturligtvis varar ingenting för evigt, och i tid (mycket lång tid) tenderar de till och med att förlora sin magnetism. Beroende på var och hur de används förlorar de sina magnetiska egenskaper i en accelererad takt.

I permanentmagneter är de magnetiska domänerna perfekt inriktade. Naturligtvis kan det finnas några få domäner som inte är inriktade, men en majoritet av domänerna är inriktade vilket leder till att dessa material har permanenta magnetiska egenskaper.

Varje magnet har två distinkta poler, nämligen - Nordpolen och sydpolen.

Permanenta magnetfakta

  1. Jorden är en permanent magnet som skyddar oss och allt liv på planeten.
  2. Kompassarna vi använder för navigering använder jordens magnetfält.
  3. Permanenta magneter kan användas för att radera all data från din dators hårddisk liksom dina kreditkort! När du tar bort en fil från din dator raderas den inte, den flyttas och kan skrivas över (mindre energi förbrukas på detta sätt). Men om du sveper en kraftfull magnet över hårddisken kan du förlora dina data.

elektro~~POS=TRUNC

En elektromagnet är ett ämne som har magnetismens egendom endast när elektricitet passeras genom den. När du passerar elektricitet genom en ferromagnetisk substans som en järnspik kommer du att märka att den fungerar som en magnet. När ström passerar genom spiken, anpassar dipolerna sig precis som i en permanent magnet. Men i det ögonblick som strömmen slutar flyta börjar de gå tillbaka till en slumpmässig justering av dipoler. Vissa material behåller magnetismen längre än andra.

Faradays lag: En förbipasserande ström ger ett magnetfält.

Detta innebär att ett magnetfält produceras (snarare existerar) varje gång el strömmar genom en ledare. Därför benämns elektromagneter ofta även tillfälliga magneter.

Elektromagnetfakta

En del människor säger att elektromagneter är mycket bättre än permanentmagneter och jag kanske håller med dem. Permanenta magneter extraheras inte så lätt och är därför inte bara dyra utan också skadliga för miljön på grund av all gruvdrift.

  1. De är mycket starkare än permanenta magneter och styrkan kan varieras.
  2. Magnetiska tåg används på spår som består av elektromagneter.
  3. De uppfanns / upptäcktes först år 1823.

Att göra en elektromagnet hemma

Om du aldrig har gjort det förut, är jag säker på att du kommer att älska att göra det. Att göra en elektromagnet är det enklaste vetenskapliga experimentet någonsin. Precis som alla recept kommer det att behöva en lista med material:

  • En tunn tråd, men lång (isolerad tråd föredragen)
  • En järnspik - cirka 8-10 centimeter
  • En enda cell (AA-celler fungerar också)
  • En annan spik eller klipp för att testa din hemlagade magnet!
  • Någon form av tejp för att hålla tråden på plats (dock inte en nödvändighet)

Nu när du har fått allt material som behövs är det detta du behöver göra:

  1. Linda spiralen runt spiken spiralt och lämnar absolut inga luckor
  2. Klipp av spetsarna på isoleringen (om det är en isolerad tråd)
  3. Anslut ändterminalerna till batteriet positivt och negativt.
  4. Tejpa på den eller håll den med fingrarna medan du testar din magnet!
  5. Ja, det är så enkelt. Ha så kul!

Ytterligare klassificering

Det finns många olika typer av magneter som faller under de grundläggande kategorierna av permanentmagneter och elektromagneter, till exempel Alnico-magneter, sällsynta jordartsmagneter, gummimagneter, arkmagneter etc.

Magnetiska stolpar

Inriktningen av magnetiska dipoler resulterar i att hela metallstycket har två poler - ett norr och ett söder. Tror inte att dipoler och stolpar är desamma - de är släkt, men inte samma.

Förstå magnetpoler

Var och en av oss har hört talas om Nordpolen och Sydpolen. Du vet åtminstone att jultomten stannar vid Nordpolen om inte mer. Jorden som är en permanent magnet har sin egen nord- och sydpol. Detta ligger inte på samma plats som det geografiska norr och söder utan förskjuts med cirka 10 grader.

Vi är redan bekanta med begreppen magnetiska dipolmoment och de magnetiska krafterna orsakade av dem. Dessa krafter är inte enhetliga kring någon magnet. Istället tenderar de att koncentreras vid magnetändarna. Dessa ändar är kända som polerna.

Nästa logiska fråga att ställa är: Hur är det med runda magneter? Vid närmare observation av cirkulära magneter kommer du att märka att en cirkulär yta är nordpolen medan den andra är sydpolen.

Magnetkraften i mitten av vilken magnet som helst är den svagaste - för att vara exakt delen på magnetplanets mittplan norr och söder. För cirkulära magneter är den svagaste magnetiska kraften längs ett helt cirkulärt plan mellan de två ytorna.

Fakta om magnetiska poler

  1. Styrken vid båda magnetpolerna är densamma.
  2. Som poler med två olika magneter avvisar varandra och till skillnad från poler lockar.
  3. Du kan aldrig separera polerna på en magnet. Anta att du försöker hugga en magnet i halva kassera den ursprungliga sydpolen, den nya änden blir den nya sydpolen. Oavsett storleken kommer en magnet alltid att ha en nord- och sydpol

Magnetiska kraftlinjer

Nord- och sydpoler. Kraftlinjer börjar vid en pol och slutar vid den andra. |

Experiment för att observera magnetiska linjer av kraft

Du kommer att behöva några järnfilningar, en stångmagnet och vilken klar yta som helst så att du enkelt kan se vad som händer. Ett vitt papper på ett glasbord fungerar bäst (ett pappersark föredras eftersom det är lättare att bli av med järnfyllningarna).

Placera stångmagneten platt på pappersarket. Sprid nu några järnfilningar runt magneten. Du kommer att märka att ansökningarna lockas till magneten på ett visst sätt.

Observera att ändarna på stångmagneten kommer att ha en högre koncentration av arkiv medan mängden minskar när du rör dig bort från ändarna. Om du ser noggrant och om din magnet är tillräckligt kraftfull kommer du att märka halvcirkelformade ringar som skjuter ut från en pol till en annan på båda sidorna. Dessa är kända som magnetiska kraftlinjer.

Polerna har fler järnfilningar som samlas runt dem eftersom det finns en högre täthet av magnetiska linjer som passerar genom dem.

Placera stångmagneten under ett glasskiva / bord och järnfilterna ovanpå plattan. Annars skulle ansökningarna lockas till magneten och det skulle vara svårt att rensa bort dem.

Egenskaper hos magnetiska kraftlinjer

  1. Alla magnetiska kraftlinjer anses ha sitt ursprung i nordpolen och slutar vid en magnets sydpol - detta är en konvention
  2. Magnetiska kraftlinjer tenderar att vara mycket täta mot polerna och är längre isär när du rör dig mot magnetens centrum.
  3. Magnetiska kraftlinjer korsar varandra aldrig
  4. Placera en kompass på de magnetiska polerna på jorden så att den bara fortsätter att rotera och aldrig vila

Distinktion av magnetpolerna

Det finns två sätt som jag känner till för att bestämma en magnetpoler:

  1. Du kan använda en annan magnet som har sina poler markerade - Det väldigt enkla sättet
  2. Använd lagen om magnetpoler för att bestämma Nordpolen - Det enkla sättet

Om du helt har förstått konceptet bakom användning av magneter, är jag säker på att du har en uppfattning om vad som måste göras för att bestämma polerna med en där polerna redan är markerade.

Låt oss säga att du har en barmagnet där nordpolen och sydpolen redan är markerade. Du har också fått en magnet av okända polariteter. Håll magneten norr om denna stångmagnet. Växla riktning tills magneterna stöter varandra. Den ände som avvisas är Nordpolen för den andra magneten, och motsatt ände är uppenbarligen Sydpolen.

Eftersom vi redan vet att liknande poler stöter bort och till skillnad från poler lockar ovanstående slutsats. Om du verkligen tänker, kan du fråga varför kan du inte få sydpolen med nordpolen? Detta beror på att magneten kommer att ha en liten attraktiv effekt oavsett vilken del du håller mot den såvida du inte har en liknande polaritet mot den. Alternativt kan du använda avvisningen av södra poler för att bestämma polerna.

Lagen om magnetiska poler

Du skulle behöva en stångmagnet och en tråd som hjälper dig att bestämma magnetens poler. Bind tråden runt magnetens centrum så att du kan hålla fast i tråden och hålla magneten horisontell. Lyft upp magneten så kommer du att märka att varje enskild ände av magneten pekar mot Nordpolen (av jorden) - Detta slut är Nordpolen för din magnet och den andra änden är Sydpolen.

Nu kan du fråga - Skall inte jordens nordpol avvisa magnetens nordpol? Kom ihåg: Jordens nordpol är inte det magnetiska norr om världen. Men i denna riktning hittar du jordens magnetiska sydpol.

För att förstå konceptet kan du betrakta det magnetiska söder som beläget i det geografiska norr och vice versa; även om det finns en liten förskjutning.

Var används de?

Jag kan inte tänka på någonting i det moderna samhället som skulle vara möjligt utan användning av magneter. Elproduktionen använder magneter (såvida du inte använder solenergi). Återigen skulle det vara nära omöjligt att skapa din första solpanel utan att ha en befintlig elkälla.

  • Försök stänga din kylskåpsdörr, den stängs automatiskt när den lämnas lite i magneter!
  • Pendlar du till jobbet eller skolan via tunnelbanan? Det är mycket troligt att det körs på magnetiska spår.
  • Hur ofta använder du din dator? Om det inte var för magneter, kunde det inte uppfinnas.
  • Mikrovågor - För att värma maten eller tillverka popcorn.
  • Dina hörlurar och musikspelare, din mobil också.
  • Listan fortsätter och på, alla prylar och elektroniska enheter använder dem.

De arbetar också i rymden

Jorden är en gigantisk magnet och dess magnetiska kraftlinjer sträcker sig ut i rymden. Men skulle en vanlig kylmagnet fungera i rymden?

Detta är en ganska bra fråga, men om du tänker på grunderna för magnetiska krafter bör du veta att magnetisk dipolinriktning är oberoende av atmosfär och andra sådana fysiska faktorer. Därför fungerar magneter i rymden.

På samma sätt fungerar magneter också under vatten. Detta är en annan fråga som kommer ihåg när barn lär sig magneter.

referenser

  • En teori om ferromagnetism
    Arbet av Linus Pauling: Gates and Crellin Laboratories of Chemsitry, California Institute of Technology.
  • Hyperphysics
    HyperPhysics är en resurs som initieras av gymnasielärare och sprids nu över 81 länder. Den här artikeln är min favorit om du letar efter en snabb men fullständig översikt över Ferromagnetism.
  • Fysikhandbok
    Fysikhandbok är en webbplats för korta intros till allt fysik. En kort 3-minutersläsning så lär du dig tillräckligt med Ferromagnets för att fortsätta bekvämt.
  • Wikipedia Ferromagnetiska material
    Hur kan jag utelämna den berömda Wikipedia, det har en ganska intressant artikel om Ferromagnetism som täcker historien och inte så vetenskapliga aspekter också.
  • Ytterligare klassificering av magneter
    Themagnetguide ger en komplett klassificering av magneter som används i olika industrier över hela världen. Det är en mycket användbar länk om du skapar en presentation för skolan.
  • Vetenskapliga frågor med överraskande svar
    Det här blogginlägget innehåller information som skiljer mellan den geografiska nordpolen och den magnetiska nordpolen på jorden och förklarar också varför en kompass pekar mot det geografiska nordpolen.

© 2017 Brandon Lobo