Magnetas: kas tai yra, magnetizmas, savybės ir tipai
Magnetas yra ypatingas metalas. Kai magnetas priartėja prie specialios rūšies metalo ar kito magneto, o besiliečiantys poliai (pusės) yra priešingi, jis traukia arba pritraukia kitą metalą ar magnetą arčiau. Be to, jei abu poliai yra vienodi, abu magnetai vienas nuo kito stumia arba atstumia. Tai vadinama magnetizmu. Magnetai gali paversti kai kuriuos kitus metalus magnetais, kai jie trinasi vienas į kitą.
Elektromagnetuose dažnai naudojami minkštieji magnetai (arba nepastovūs magnetai). Jie sustiprina (dažnai šimtus ar tūkstančius kartų) magnetinį lauką laidu, kuriuo teka elektros srovė ir kuris yra apvyniotas aplink magnetą. "Minkštojo" magneto laukas didėja tekant srovei.
Nuolatiniai magnetai pasižymi feromagnetizmu. Jie natūraliai randami kai kuriose uolienose, ypač lodestone, tačiau dabar dažniausiai gaminami. Magneto magnetizmas mažėja, kai jis įkaitinamas, ir didėja, kai atvėsinamas. Magnetas turi būti kaitinamas maždaug 1 000 °C temperatūroje. Panašūs poliai (S-polio ir S-polio/N-polio ir N-polio) vienas kitą atstumia, o nepanašūs poliai (N-polio ir S-polio) vienas kitą traukia.
Magnetus traukia tik specialūs metalai. Geležis, kobaltas ir nikelis yra magnetiniai. Metalai, kuriuose yra geležies, gerai traukia magnetus. Vienas iš jų yra plienas. Tokie metalai kaip žalvaris, varis, cinkas ir aliuminis magnetų netraukia. Nemagnetinės medžiagos, tokios kaip medis ir stiklas, magnetų netraukia, nes jose nėra magnetinių medžiagų.
Neodimio geležies boro magnetai ir Alnico magnetai yra dviejų rūšių nuolatiniai magnetai.
Žemiau pateikiamas išsamesnis paaiškinimas apie magnetus, jų savybes, tipus ir praktinę reikšmę.
Kas yra magnetinis laukas ir poliai? Magnetas sukuria aplink save magnetinį lauką — erdvę, kurioje veikia magnetinės jėgos. Kiekvienas paprastas magnetas turi du polius: šiaurės (N) ir pietų (S). Poliai, kurių ženklai skiriasi, traukia vienas kitą, o vienodo ženklo poliai stumia. Magnetinio lauko kryptis vaizduojama magnetinio srauto linijomis, kurios išeina iš N poliaus ir įeina į S polių.
Feromagnetizmas, paramagnetizmas ir diamagnetizmas
- Feromagnetizmas: stiprus magnetizmas, būdingas geležiai, kobaltui, nikeliui ir jų lydiniams — šios medžiagos lengvai įmagnetinamos ir išlaiko magnetizaciją (pvz., plienas, neodimio magnetai).
- Paramagnetizmas: labai silpnas pritraukimas magnetinio lauko — kai kurios medžiagos elgiasi nežymiai paramagnetiškai ir praktiškai nėra pritraukiamos įprastais magnetais.
- Diamagnetizmas: medžiagos, kurios silpnai atstumia magnetinį lauką (pvz., kai kurios organinės medžiagos, grafitas). Dauguma kasdienių nemagnetinių metalų (žalvaris, varis, cinkas, aliuminis) yra praktiškai nemagnetiniai.
Magnetų tipai
- Nuolatiniai magnetai: išlaiko magnetines savybes be išorinio lauko. Pavyzdžiai: neodimio (NdFeB), Alnico, keraminiai (ferrit) magnetai. Skiriasi stiprumu, atsparumu temperatūrai ir pasipriešinimu demagnetizacijai.
- Minkšti magnetai: medžiagos, kurios lengvai magnetizuojamos ir demagnetizuojamos — naudojamos elektromagnetų galuose ir šerdyse (pvz., švelni geležis). Jos padidina elektromagnetų efektyvumą.
- Elektromagnetai: magnetinį lauką sukuria elektros srovė, užvyniojusi laidą aplink šerdį. Magnetiškumas išnyksta, kai srovė nutraukiama.
Kaip magnetizuojami ir demagnetizuojami magnetai
- Magnetizavimas: stiprus išorinis magnetinis laukas arba srovė (elektromagnetas) gali orientuoti dalelių (domenų) magnetinius momentus medžiagoje. Taip pat galima trikdant medžiagą smūgiu ar trinimu palikti ją nuolat magnetizuotą.
- Demagnetizavimas: kaitinimas virš kritinės (Curie) temperatūros, stiprūs smūgiai, ilgas laikymas prie priešingo magnetinio lauko arba alternuojančio lauko gali sunaikinti arba sumažinti magnetizaciją. Curie temperatūra skiriasi priklausomai nuo medžiagos (geležies ~770 °C; kiti lydiniai ir retųjų žemių magnetai turi skirtingas reikšmes).
Praktiniai panaudojimai
- Variklių ir generatorių šerdys, elektromagnetai pramonėje.
- Garsiakalbiai, mikrofonai, telefonai — garso konversijai.
- Duomenų saugyklos (kietieji diskai), magnetinės juostos.
- Magnetiniai separatoriai, magnetai surenka geležines daleles pramonėje.
- Medicinos įranga — MRT (magnetinio rezonanso tomografija), kur naudojami itin stiprūs elektromagnetiniai laukai.
- Kasdieniai prietaisai — kompasai, užrakto mechanizmai, laikikliai, magnetinės žaislai.
Saugumas ir priežiūra
- Stiprūs magnetai gali susiurbti metalinius daiktus labai greitai ir sudaryti „žnyples“, todėl reikėtų saugotis pirštų susižeidimų.
- Galingi magnetai gali pažeisti elektroninius prietaisus (kietuosius diskus, kreditines korteles su magnetine juosta, kai kurių medicinos prietaisų veikimą). Laikyti nuo tokių įrenginių atokiau.
- Magnetus geriausia saugoti sausoje aplinkoje, vengti stipraus įkaitinimo, smūgių ar ilgalaikio veikimo priešinam lauko poveikiui.
Apibendrinant: magnetai yra svarbios ir plačiai naudojamos medžiagos, kurios veikia per magnetinius laukus ir turi daug skirtingų tipų, priklausomai nuo to, ar jos išlaiko magnetizmą nuolat, ar tik esant srovei. Teisingas magnetų parinkimas ir eksploatacija užtikrina jų ilgaamžiškumą ir saugų naudojimą.
Strypų magnetas
Gamtiniai magnetai
Natūralūs / nuolatiniai magnetai nėra dirbtiniai. Jie yra tam tikros rūšies uoliena, vadinama lodestonu arba magnetitu.
Kompasas naudoja Žemės magnetinį lauką ir rodo į šiaurinį magnetinį ašigalį. Šiaurinę magneto pusę traukia pietinė kito magneto pusė. Tačiau šiaurinė kompaso pusė rodo į šiaurės magnetinį polių, tai gali reikšti tik tiek, kad "šiaurės magnetinis polius" iš tikrųjų yra magnetiniai pietūs, o "pietų magnetinis polius" iš tikrųjų yra magnetinė šiaurė.
Pirmieji žmonės, atradę natūraliai magnetines uolienas, buvo kinai. Iš pradžių kinai akmenis naudojo ateities spėjimams ir magiškiems triukams atlikti. Vėliau jie šiuos akmenis panaudojo išradę kompasą.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra magnetas?
A: Magnetas yra ypatingos rūšies metalas, turintis savybę pritraukti arba atstumti kitus objektus, kai su jais liečiasi.
K: Kaip magnetas sąveikauja su kitu objektu?
A: Kai magnetas priartėja prie kito objekto, pavyzdžiui, kito magneto ar tam tikrų rūšių metalų, besiliečiantys poliai (pusės) lemia, ar jis trauks, ar stums vienas kitą. Jei abu poliai yra priešingi, magnetas trauks kitą objektą arčiau; jei jie vienodi, jie atstums vienas kitą. Ši trauka ir atstūmimas vadinami magnetizmu.
Klausimas: Kas atsitinka, kai magnetai liečiasi su tam tikrais metalais?
A: Kai magnetai liečiasi su tam tikrais metalais, trindamiesi jie taip pat gali paversti tuos metalus magnetais.
K: Kaip vadinama jėga, veikianti du magnetus?
A: Dviejų magnetų jėga vadinama magnetizmu.
K: Ar visi metalai gali virsti magnetais, trinant juos į magnetą?
Atsakymas: Ne, ne visus metalus galima paversti magnetais trinant juos į magnetinį lauką. Šis procesas gali paveikti tik tam tikrų rūšių metalus.
K: Ar yra skirtingų rūšių magnetų?
A: Taip, yra įvairių rūšių magnetų, priklausomai nuo jų stiprumo ir sudėties.
K: Kaip sužinoti, kuriuo magneto poliumi (puse) pritraukti objektą?
A: Apskritai, jei norite magnetu pritraukti objektą, turėtumėte naudoti jo šiaurinio poliaus pusę; jei norite magnetu atstumti objektą, turėtumėte naudoti jo pietinio poliaus pusę.
