Магнетизъм и електромагнетизъм

Естествени и изкуствени магнити

Сред железните руди, добивани за металургичната промишленост, има руда, наречена магнитна желязна руда. Тази руда има свойството да привлича железни предмети към себе си.

Парче от такава желязна руда се нарича естествен магнит, а свойството на привличане, което проявява, е магнетизъм.

В днешно време явлението магнетизъм се използва изключително широко в различни електрически инсталации. Сега обаче използват не естествени, а т.нар изкуствени магнити.

Изкуствените магнити са изработени от специални стомани. Парче от такава стомана се намагнетизира по специален начин, след което придобива магнитни свойства, тоест става постоянен магнит.

Формата на постоянните магнити може да бъде много разнообразна, в зависимост от предназначението им.

В постоянен магнит само неговите полюси имат гравитационни сили. Краят на магнита, обърнат на север, се съгласи да се обади магнит на северния полюс, а краят с южно изложение е магнит на южния полюс. Всеки постоянен магнит има два полюса: север и юг. Северният полюс на магнит е обозначен с буквата C или N, южният полюс с буквата Yu или S.

Магнитът привлича желязо, стомана, чугун, никел, кобалт към себе си. Всички тези тела се наричат ​​магнитни тела. Всички други тела, които не са привлечени от магнит, се наричат ​​немагнитни тела.

Структурата на магнита. Магнетизиране

Всяко тяло, включително магнитното, се състои от най -малките частици — молекули. За разлика от молекулите на немагнитни тела, молекулите на магнитно тяло имат магнитни свойства, представляващи молекулни магнити. Вътре в магнитно тяло тези молекулни магнити са подредени с осите си в различни посоки, в резултат на което самото тяло не проявява никакви магнитни свойства. Но ако тези магнити са принудени да се завъртят около осите си, така че северните им полюси да се обърнат в една посока, а южните им полюси в другата, тогава тялото ще придобие магнитни свойства, тоест ще стане магнит.

Процесът, чрез който магнитното тяло придобива свойствата на магнит, се нарича намагнитване… При производството на постоянни магнити намагнитването се извършва с помощта на електрически ток. Но можете да намагните тялото по друг начин, като използвате обикновен постоянен магнит.

Ако праволинеен магнит се отреже по неутрална линия, тогава ще бъдат получени два независими магнита и полярността на краищата на магнита ще бъде запазена и в краищата, получени в резултат на рязане, ще се появят противоположни полюси.

Всеки от получените магнити също може да бъде разделен на два магнита и колкото и да продължим това разделение, винаги ще получим независими магнити с два полюса. Невъзможно е да се получи щанга с един магнитен полюс. Този пример потвърждава позицията, че магнитното тяло се състои от много молекулни магнити.

Магнитните тела се различават едно от друго по степента на подвижност на молекулярните магнити. Има тела, които бързо се намагнетизират и също толкова бързо се размагнитват. И обратно, има тела, които магнетизират бавно, но запазват магнитните си свойства за дълго време.

Така че желязото бързо се магнетизира под действието на външен магнит, но също толкова бързо и размагнетизирано, тоест губи магнитните си свойства, когато магнитът бъде отстранен.Стоманената, след като се намагнетизира, запазва магнитните си свойства за дълго време, тоест става постоянен магнит.

Свойството на желязото бързо да се намагнетизира и размагнетява се обяснява с факта, че молекулните магнити на желязото са изключително подвижни, те лесно се въртят под въздействието на външни магнитни сили, но също толкова бързо стигат до предишното си неуредено положение, когато намагнитващото тяло е премахнати.

В желязото обаче малка част от магнитите и след отстраняване на постоянния магнит все още остава за известно време в положението, което са заели по време на намагнитването. Следователно, след намагнитване, желязото запазва много слаби магнитни свойства. Това се потвърждава от факта, че когато желязната плоча беше отстранена от полюса на магнита, не всички дървени стърготини паднаха от нейния край — малка част от тях останаха привлечени към плочата.

Свойството на стоманата да остава намагнетизирано за дълго време се обяснява с факта, че молекулните магнити на стоманата почти не се въртят в желаната посока по време на намагнитване, но те запазват стабилното си положение за дълго време дори след отстраняването на намагнитващото тяло .

Способността на магнитното тяло да проявява магнитни свойства след намагнитването се нарича остатъчен магнетизъм.

Феноменът на остатъчния магнетизъм се причинява от факта, че в магнитно тяло действа така наречената забавяща сила, която държи молекулните магнити в позицията, заемана от тях по време на намагнитване.

В желязото действието на забавящата сила е много слабо, в резултат на което бързо се размагнитва и има много малко остатъчен магнетизъм.

Свойството на желязото бързо да се намагнетизира и размагнетизира е изключително широко използвано в електротехниката. Достатъчно е да се каже, че ядрата на всеки електромагнитиизползваните в електрическите устройства са изработени от специално желязо с изключително нисък остатъчен магнетизъм.

Стоманата има голяма сила на задържане, поради което в нея се запазва свойството на магнетизъм. Ето защо постоянни магнити са изработени от специални стоманени сплави.

Свойствата на постоянните магнити се влияят неблагоприятно от удар, удар и резки температурни колебания. Ако например постоянен магнит се нагрее до червено и след това се остави да се охлади, тогава той напълно ще загуби магнитните си свойства. По същия начин, ако изложите постоянен магнит на удари, тогава силата на привличането му значително ще намалее.

Това се обяснява с факта, че при силно нагряване или удари се преодолява действието на забавяща сила и по този начин се нарушава подреденото подреждане на молекулярните магнити. Ето защо с постоянните магнити и устройствата с постоянни магнити трябва да се работи внимателно.

Магнитни силови линии. Взаимодействие на полюсите на магнитите

Около всеки магнит има т.нар магнитно поле.

Магнитно поле се нарича пространството, в което магнитни сили… Магнитното поле на постоянен магнит е тази част от пространството, в която действат полетата на праволинеен магнит и магнитните сили на този магнит.

Магнитните сили на магнитното поле действат в определени посоки… Насоките на действие на магнитните сили се съгласиха да се обадят магнитни силови линии… Този термин е широко използван в изследването на електротехниката, но трябва да се помни, че магнитните силови линии не са материални: това е условно понятие, въведено само за да се улесни разбирането на свойствата на магнитното поле.

Форма на магнитно поле, тоест местоположението на магнитните силови линии в пространството зависи от формата на самия магнит.

Магнитните силови линии имат редица свойства: те винаги са затворени, никога не се пресичат, имат желание да вървят по най -краткия път и да се отблъскват един от друг, ако са насочени в една и съща посока.Общоприето е, че силовите линии излизат от северния полюс на магнита и влизат в неговия южен полюс; вътре в магнита, те имат посока от южния полюс към северния.

Подобно на магнитните полюси се отблъскват, за разлика от магнитните полюси се привличат.

Лесно е да се убедите в правилността на двата извода на практика. Вземете компас и донесете към него един от полюсите на праволинеен магнит, например северния полюс. Ще видите, че стрелката моментално ще обърне южния си край към северния полюс на магнита. Ако бързо завъртите магнита на 180 °, тогава магнитната игла веднага ще се завърти на 180 °, тоест северният му край ще бъде обърнат към южния полюс на магнита.

Магнитна индукция. Магнитен поток

Силата на действие (привличане) на постоянен магнит върху магнитно тяло намалява с увеличаване на разстоянието между полюса на магнита и това тяло. Магнитът проявява най -голямата сила на привличане директно в полюсите си, тоест точно там, където магнитните силови линии са най -плътно разположени. С отдалечаването от полюса плътността на силовите линии намалява, те се намират все по -рядко, заедно с това силата на привличане на магнита също отслабва.

По този начин силата на привличане на магнит в различни точки на магнитното поле не е еднаква и се характеризира с плътността на силовите линии. За характеризиране на магнитното поле в различните му точки се въвежда количество, наречено индукция на магнитно поле.

Магнитната индукция на полето е числено равна на броя на силовите линии, преминаващи през площ от 1 cm2, разположени перпендикулярно на тяхната посока.

Това означава, че колкото по -голяма е плътността на силовите линии в дадена точка на полето, толкова по -голяма е магнитната индукция в тази точка.

Общият брой силови магнитни линии, преминаващи през всяка област, се нарича магнитен поток.

Магнитен поток обозначава се с буквата Ф и се свързва с магнитната индукция чрез следната връзка:

Ф = BS,

където F е магнитният поток, V е магнитната индукция на полето; S е площта, проникнала от даден магнитен поток.

Тази формула е валидна само ако площта S е перпендикулярна на посоката на магнитния поток. В противен случай величината на магнитния поток също ще зависи от ъгъла, под който се намира областта S, и тогава формулата ще придобие по -сложна форма.

Магнитният поток на постоянен магнит се определя от общия брой силови линии, преминаващи през напречното сечение на магнита. Колкото по -голям е магнитният поток на постоянен магнит, толкова по -привлекателен е този магнит.

Магнитният поток на постоянен магнит зависи от качеството на стоманата, от която е направен магнитът, от размера на самия магнит и от степента на намагнитването му.

Магнитна пропускливост

Нарича се свойството на тялото да пропуска магнитен поток през себе си магнитна пропускливост… По-лесно е магнитният поток да преминава през въздуха, отколкото през немагнитното тяло.

Да могат да сравняват различните вещества по техните магнитна пропускливост, обичайно е магнитната пропускливост на въздуха да се счита за равна на единица.

Наричат ​​се вещества с магнитна пропускливост по -малка от единица диамагнитна… Те включват мед, олово, сребро и др.

Алуминият, платината, калайът и др. Имат магнитна пропускливост малко повече от единица и се наричат ​​парамагнитни вещества.

Вещества магнитна пропускливост които са много повече от един (измерени в хиляди) се наричат ​​феромагнитни. Те включват никел, кобалт, стомана, желязо и др. Всички видове магнитни и електромагнитни устройства и части от различни електрически машини се произвеждат от тези вещества и техните сплави.

Практически интерес за комуникационните технологии представляват специалните сплави желязо-никел, наречени пермалоид.