magneter. Du har dem i kylskåpet, du har spelat med dem som barn, du har till och med hållit en kompass i handen när kompassnålen pekade mot jordens magnetiska nordpol. Men hur fungerar de? Vad är detta fenomen av magnetism?
Vad är magnetism?

Magnetism är en aspekt av den grundläggande elektromagnetiska kraften. Den beskriver fenomen och krafter associerade med magneter eller magnetiska föremål.

Alla magnetiska fält genereras genom rörlig laddning eller byte av elektriska fält. Detta är anledningen till att fenomenen elektricitet och magnetism kallas för elektromagnetism. De är verkligen en och samma!

Inom alla material innehåller atomerna elektroner, och dessa elektroner bildar ett moln runt atomkärnan, med deras totala rörelse som skapar en miniatyr magnetisk dipol. I de flesta material gör emellertid den slumpmässiga fördelningen av orienteringarna för dessa minimagneter fälten att avbryta. Ferromagnetiska material är undantaget.

Många material uppvisar magnetiska fenomen, inklusive järn, mangan, magnetit och kobolt. Dessa kan existera som permanentmagneter eller vara paramagnetiska (det vill säga lockade till magnetiska material men inte bibehålla permanent magnetism själva). Elektromagneter skapas genom att leda elektrisk ström genom en tråd som är lindad runt ett material som järn (eller genom någon situation där det rör sig om elektrisk laddning).

Magnetiska material kan antingen locka varandra eller stöta varandra, beroende på vilka delar av dessa material samlas.
Magnetiska fält

Precis som med den elektriska kraften och gravitationskraften genererar föremål som utövar magnetiska krafter på varandra ett fält kring dem. En stavmagnet skapar till exempel ett magnetfält i utrymmet runt det, vilket gör att alla andra magneter eller ferromagnetiska material som föras in i det fältet känner en kraft som ett resultat.

Ett sätt att visualisera magnetfältet är att använda järnfilter. Järnfilningar är små järnstycken som, när de strids runt en magnet, kommer att anpassa sig till de yttre magnetfältlinjerna, så att du kan visualisera dem.

SI-enheten associerad med magnetfältstyrkan är tesla.
1 \\ text {Tesla} \u003d 1 \\ text {T} \u003d 1 \\ frac {\\ text {kg}} {\\ text {As} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {Vs}} {\\ text {m} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {N}} {\\ text {Am}}

En annan vanlig enhet förknippad med magnetfältstyrka är gauss.

1 Gauss \u003d 1 G \u003d 10 ^{-4 T - Typer av magnetism}

Det finns många olika typer av magnetism:

Paramagnetism och beskriver vissa material som kan vara svagt lockade till magneter men som gör inte behålla ett permanent magnetfält själva. I närvaro av ett yttre fält, kommer de att bilda interna, inducerade magnetfält som är i linje. Detta kan resultera i tillfällig förstärkning av magnetfältet totalt sett. Det finns många olika typer av paramagnetiska material, även några ädelstenar.

Diamagnetism
är en egenskap som visas av alla material, men som vanligtvis är mest uppenbar i material vi anser vara icke-magnetiska . Diamagnetiska material avvisas mycket svagt av magnetfält. I permanenta magneter och paramagnetiska material är effekterna av diamagnetism försumbar.

Elektromagnetism
uppstår när elektrisk ström passeras genom en tråd. Den tråden kan lindas runt en järnstång för att förstärka effekten eftersom järnet kommer att skapa sitt eget magnetfält som är i linje med det yttre fältet. Denna form av magnetism är ett direkt resultat av det faktum att rörelsen hos elektroner skapar ett magnetfält. (Återigen, elektricitet och magnetism är två sidor av samma grundläggande fysiska egenskap!)

Ferromagnetism och beskriver hur vissa material - kallade ferromagnetiska material - bildar permanentmagneter, som diskuteras mer detaljerat nästa avsnitt.
Ferromagnetiska material

Material som är starkt lockade till magneter kallas ferromagnetiska. Järn är det vanligaste materialet av denna typ. (Inte överraskande eftersom det latinska prefixet ferro
- betyder "järn.")

Ferromagnetiska material har vad som kallas magnetiska domäner; det vill säga regioner inom dem som är som magneter, men orienterade i olika riktningar så att den totala effekten avbryts och de generellt inte fungerar som magneter. Om emellertid dessa material placeras i magnetfält, kan detta orsaka en inriktning av domänerna så att de alla är inriktade i samma riktning, och följaktligen blir de (ofta tillfälligt) som magneter själva.

Ferromagnetiska material inkluderar lodsten, järn, nickel, kobolt och olika sällsynta jordartsmaterial inklusive neodym.
Barmagneter, Dipoles och magnetiska egenskaper.

En stavmagnet är en rektangulär eller cylindrisk stav av magnetiskt material. Ändarna på en stångmagnet är norr- och sydpoler. Dessa är de två typerna av magnetpoler, och de interagerar med varandra via en magnetisk kraft på ett sätt som liknar hur positiva och negativa laddningar interagerar via den elektriska kraften.

Stångmagneter är magnetiska dipoler. De har motsatta poler separerade med ett avstånd, liknande en elektrisk dipol. En huvudskillnad är dock att med magneter kan du inte ha en monopol (en isolerad pol) som du kan ha med laddningar. En magnet existerar alltid som en dipol och aldrig som en nordpol av sig själv eller en sydpol av sig själv. (Om du skär en stångmagnet i hälften för att försöka separera polerna, kommer du helt enkelt att sluta med två mindre dipolära magneter!)
Jordens magnetfält

Som du sannolikt vet har jorden ett magnetiskt fält. Detta gör det möjligt för människor att använda kompasser för att bestämma vilken riktning de vänder relativt polerna. En magnetisk kompass består av en liten magnet som kan röra sig fritt och anpassa sig till alla externa fält. Den röda änden av kompassnålen pekar norrut. Jordens magnetfält fungerar som en jättestångmagnet. Denna imaginära stångmagnet är orienterad så att magnetens norra ände är vid jordens södra pol och magnetens södra ände är på jordens norra pol.

Jordens magnetfält är inte heller parallellt med ytan på Jorden på de flesta platser. Du kan bestämma deklinationen av jordens magnetfält med en doppnål. Orientera först nålen horisontellt och anpassa den mot jordens magnetiska norr. Vrid sedan det vertikalt och observera doppvinkeln. Vinkeln är större ju närmare polerna du är.

Jordens magnetfält skapar ett område i rymden som omger planeten som kallas en magnetosfär. Magnetosfären ser väsentligen ut som magnetfältet hos en mycket stor stavmagnet som är inriktad nära jordens axel, även om magnetosfären kan deformeras när den interagerar med laddade partiklar.

Magnetosfären skyddar oss från solvind, som innehåller laddade partiklar . Interaktioner mellan dessa partiklar och magnetfältlinjerna är det som ger upphov till auroror.
Exempel

Fenomenet magnetism används i alla typer av vardagliga applikationer.

Fenomenet elektromagnetism tillåter vi konverterar mekanisk energi till elektrisk energi i elektriska generatorer. Elektriska generatorer använder mekaniska medel för att vrida en turbin (blåser vind eller rinnande vatten) som förändrar ett magnetfält i förhållande till trådspolar, vilket inducerar ström att flöda.

Elektriska motorer är i huvudsak motsatsen till elektriska generatorer, med elektromagnetism för att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi, oavsett om det är att driva en borrmaskin, en mixer eller ett elektriskt fordon. .

MR-maskiner använder starka magnetfält för att skapa bilder av dina insidor och gör att läkare kan diagnostisera en hel mängd medicinska tillstånd.