Av Karen G. Blaettler
Uppdaterad 24 mars 2022
Magnetism är ett subtilt men kraftfullt fenomen som driver allt från kompasser till modern elektronik. Att förstå materialen som skapar magnetfält hjälper till att avmystifiera de osynliga krafterna som attraherar och stöter bort föremål omkring oss.
En magnet är alla föremål som genererar ett magnetfält och kan interagera med andra magnetfält. Varje magnet har två poler - nord (positiv) och syd (negativ) - och fältlinjerna går från nordpolen till sydpolen. Motsatta poler lockar, medan liknande poler stöter bort.
Permanentmagneter kan klassificeras efter de material de innehåller. De vanligaste inkluderar:
Naturlig lodestone, magnetit är den svagaste permanentmagneten hittills den första som används för navigering. Dess magnetiska styrka är blygsam, men den spelade en avgörande roll i tidig kompassutveckling.
Alnico utvecklades på 1930-talet och består av ungefär 35 % aluminium, 35 % nickel, 15 % kobolt, med spårmängder av koppar, titan och ytterligare aluminium. Alnico-magneter utmärker sig i högtemperaturmiljöer (upp till 540°C) och motstår korrosion, vilket gör dem idealiska för ljudutrustning och industriella applikationer. De är dock mindre kraftfulla än moderna sällsynta jordartsmagneter och kan avmagnetisera om de utsätts för starka yttre fält.
Ferritmagneter kombinerar järnoxid med antingen bariumoxid (BaO·6Fe2 O3 ) eller strontiumoxid (SrO·6Fe2 O3 ). De är billiga, korrosionsbeständiga och mycket motståndskraftiga mot avmagnetisering, men deras sprödhet begränsar vissa applikationer.
Dessa sällsynta jordartsmagneter introducerades först 1967 och har en baskomposition av SmCo5 och sedan 1976 en legering Sm2 (Co,Fe,Cu,Zr)17 . De bibehåller prestanda vid temperaturer upp till ~500°C och förblir stabila i fuktiga förhållanden, men deras höga kostnad och sprödhet begränsar utbredd användning.
NdFeB-magneter uppfanns 1983 och innehåller cirka 70 % järn, 5 % bor och 25 % neodym. De är de starkaste kommersiellt tillgängliga permanentmagneterna och erbjuder exceptionella kraft-till-vikt-förhållanden (upp till 1 300×). På grund av deras låga Curie-temperatur (~350°C) och känslighet för korrosion är de vanligtvis pläterade med nickel, aluminium, zink eller epoxi.
Mjuka järnmaterial - som spikar och gem - blir magnetiserade när de placeras i ett magnetfält. Inriktningen av atomiska magnetiska moment är tillfällig; när magnetismen väl tagits bort från fältet eller utsatts för värme, stötar eller tid försvinner den. I vissa fall kan tillräckligt stark exponering till och med inducera permanent magnetisering.
När elektrisk ström flyter genom en trådspole förstärks det resulterande magnetfältet av en kärna av mjukt järn. Ökad strömstyrka ökar fältet; Att bryta strömmen stänger av magneten omedelbart. Elektromagneter är oumbärliga i applikationer som sträcker sig från MRI-maskiner till industriella lyftmagneter.
Planetens magnetfält härrör från en dynamoeffekt:en roterande yttre kärna av flytande järn-nickel som omger en solid inre kärna. Denna rörelse genererar ett fält som är jämförbart med en stavmagnet som lutas ungefär 11° från rotationsaxeln. Jordens magnetiska poler är motsatsen till dess geografiska poler, vilket förklarar varför en kompassnål pekar mot det geografiska norr. Detta geomagnetiska fält bildar magnetosfären, avleder solvinden och skapar norrsken. Dessutom präglar fältet sig på kylande lava, vilket ger avgörande bevis för plattektonik och magnetfältsvängningar.
Genom att utforska de olika materialen som producerar magnetfält får vi insikt i vetenskapen bakom vardagsteknik och de dynamiska krafter som formar vår planet.
