Magnetismus magnetische Eigenschaften von Materialien verwendet, verwendet

Er Magnetismus o Magnetische Energie ist eine Naturkraft, die mit der Bewegung elektrischer Ladungen verbunden ist und in der Lage ist, Anziehung oder Abstoßung in bestimmten Substanzen zu erzeugen. Magnete sind gut bekannte Magnetquellen.

Innerhalb dieser Wechselwirkungen werden erzeugt, die sich in das Vorhandensein von Magnetfeldern übersetzen, die zum Beispiel ihren Einfluss auf kleine Eisen- oder Nickelstücke ausüben.

Die schönen Farben der Nordlichter sind darauf zurückzuführen, dass kosmische Partikel Energie emittieren, wenn sie vom Erdmagnetfeld der Erde abgeleitet werden. Quelle: Pixabay.

Das Magnetfeld eines Magneten wird sichtbar, wenn es unter ein Papier platziert wird, auf dem Eisenakten verteilt sind. Die Grenzen sind sofort entlang der Feldlinien ausgerichtet und erstellen ein Bild davon in zwei Dimensionen.

Eine weitere gut bekannte Quelle sind die Drähte, die elektrischen Strom transportieren. Im Gegensatz zu dauerhaften Magneten verschwindet der Magnetismus jedoch, wenn der Strom aufhört.

Immer wenn ein Magnetfeld irgendwo auftritt, musste ein Agent arbeiten. Die in diesen Prozess investierte Energie wird im erstellten Magnetfeld gespeichert und kann dann als magnetische Energie angesehen werden.

Die Berechnung, wie viel magnetische Energie im Feld gespeichert ist.

Induktor.

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Geschichte und Entdeckung

Alte Anwendungen

Die Legenden von Pliny über das alte Griechenland sprechen von Pastormagnes, die vor mehr als 2000 Jahren ein mysteriöses Mineral gefunden hatten, das Eisenstücke anziehen kann, aber keine anderen Materialien. Es war Magnetit, ein Eisenoxid mit starken magnetischen Eigenschaften.

Der Grund für die magnetische Anziehungskraft blieb seit Hunderten von Jahren verborgen. Im besten Fall wurde es auf übernatürliche Tatsachen zurückgeführt. Obwohl nicht aus diesem Grund sie aufgehört haben, interessante Anwendungen dafür zu finden, wie zum Beispiel den Kompass.

Der von den Chinesen erfundene Kompass nutzt den Magnetismus des Landes selbst, damit der Benutzer während der Navigation orientiert wird.

Erste wissenschaftliche Studien

Die Studie über magnetische Phänomene hatte dank William Gilbert (1544 - 1603) einen großen Fortschritt. Dieser englische Wissenschaftler aus der elisabethanischen Ära untersuchte das Magnetfeld eines sphärischen Magneten und kam zu dem Schluss, dass die Erde ein eigenes Magnetfeld haben sollte.

Aus seiner Studie über die Magnete bemerkte er auch, dass er keine getrennten Magnetpolen erhalten konnte. Wenn ein Magnet in zwei Teile geschnitten wird, haben die neuen Magnete auch beide Pole.

Es war jedoch zu Beginn des 19. Jahrhunderts, als Wissenschaftler die Existenz der Beziehung zwischen elektrischem Strom und Magnetismus bemerkten.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), geboren in Dänemark, hatte 1820 das Auftreten eines elektrischen Stroms durch einen Fahrer und beobachtete die Auswirkungen, die auf einen Kompass hatte. Der Kompass wurde umgeleitet, und als der Strom aufbrach zu fließen, zeigte der Kompass wieder wie immer nach Norden.

Dieses Phänomen kann überprüft werden, indem der Kompass zu einem der Kabel bringt, die die Autobatterie verlassen, während der Start aktiviert ist.

Zum Zeitpunkt des Schließens der Schaltung muss die Nadel eine beobachtbare Auslenkung erleben, da die Batterien von Autos Ströme liefern können, die hoch genug sind, damit der Kompass abweichen kann.

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Auf diese Weise war klar, dass bewegliche Gebühren diejenigen sind, die zu Magnetismus führen.

Moderne Forschung

Einige Jahre nach Oersted -Experimenten markierte der britische Forscher Michael Faraday (1791 - 1867) einen weiteren Meilenstein, als er feststellte, dass die variablen Magnetfelder wiederum zu elektrischen Strömen führen.

Sowohl elektrische als auch magnetische Phänomene sind eng miteinander verbunden, da jeder zum anderen führen kann. Die Vereinigung wurde von Faradays Jüngern James Clerk Maxwell (1831 - 1879) in den Gleichungen, die seinen Namen tragen, in Auftrag gegeben.

Diese Gleichungen enthalten und fassen die elektromagnetische Theorie zusammen und sind in der relativistischen Physik immer noch gültig.

Magnetische Eigenschaften von Materialien

Warum zeigen einige Materialien magnetische Eigenschaften oder erwerben leicht Magnetismus?? Wir wissen, dass das Magnetfeld auf bewegliche Lasten zurückzuführen ist. Daher müssen im Magneten unsichtbare elektrische Ströme vorhanden sein, die zu Magnetismus führen.

Alle Materie enthält Elektronen, die den Atomkern umkreisen. Das Elektron kann mit der Erde verglichen werden, die eine Übersetzungsbewegung um die Sonne hat und auch eine Rotation auf seiner eigenen Achse.

Klassische Physikmerkmale ähnliche Bewegungen wie das Elektron, obwohl die Analogie nicht genau genau ist. Der Punkt ist jedoch, dass beide Eigenschaften des Elektrons es sich wie eine winzige Spira verhalten, die Magnetfeld erzeugt.

Die Eigenschaft, die am meisten zum Magnetfeld des Atoms beiträgt, ist das Elektron. In Atomen mit vielen Elektronen werden diese paarweise und mit gegenüberliegenden Stacheln zusammengefasst. Somit werden seine Magnetfelder miteinander aufgehoben. Das passiert in vielen Materialien.

Es gibt jedoch einige Mineralien und Verbindungen, in denen ein Elektron verschwunden ist. Auf diese Weise ist das Netto -Magnetfeld nicht nichtig. Dies schafft a Magnetisches Moment, Ein Vektor, dessen Größe das Produkt des Stroms durch den Schaltungsbereich ist.

Die zusammenhängenden magnetischen Momente interagieren miteinander und formen Regionen, die genannt werden Magnetische Domänen, in dem viele Spins in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. Das resultierende Magnetfeld ist sehr intensiv.

Ferromagnetismus, Paramagnetismus und Diamagnetismus

Die Materialien mit dieser Qualität werden genannt Ferromagnetisch. Es gibt ein paar: Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinio und einige Legierungen von ihnen.

Der Rest der Elemente in der Periodenzüchter fehlen diese ausgeprägten magnetischen Effekte. In die Kategorie von fallen paramagnetisch entweder diamagnetisch.

In der Tat ist Diamagnetismus eine Eigenschaft aller Materialien, die in Gegenwart eines externen Magnetfelds eine leichte Abstoßung aufweisen. Der Wismut ist das Element mit dem am meisten akzentuierten Diamagnetismus.

Der Paramagnetismus besteht seinerseits aus einer weniger intensiven magnetischen Reaktion als Ferromagnetismus, aber gleichermaßen Anziehungskraft. Paramagnetische Substanzen sind zum Beispiel Aluminium, Luft und einige Eisenoxide wie Goetita.

Verwendung magnetischer Energie

Magnetismus ist Teil der grundlegenden Kräfte der Natur. Da Menschen auch Teil davon sind, sind sie an die Existenz magnetischer Phänomene sowie an den Rest des Lebens auf dem Planeten angepasst. Zum Beispiel verwenden einige Tiere das Magnetfeld der Erde, um geografisch zu leiten.

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In der Tat wird angenommen, dass Vögel ihre langen Migrationen ausführen.

Während Menschen einen solchen Kompass fehlt, haben sie stattdessen die Fähigkeit, die Umgebung vielerer Möglichkeiten zu verändern als der Rest des Tierreichs. So haben die Mitglieder unserer Spezies Magnetismus zu ihrem Nutzen aus demselben Moment verwendet, als der erste griechische Pastor den Stein entdeckte.

Einige magnetische Energieanwendungen

Von da an gibt es viele Anwendungen des Magnetismus. Hier sind ein paar:

- Der bereits erwähnte Kompass, der das geomagnetische Feld der Erde zum geografischen Leitfaden nutzt.

- Alte Fernseher, Computer und Oszilloskope, basierend auf der Kathodenstrahlrohr, die Spulen verwenden, die Magnetfelder erzeugen. Diese sind für die Umleitung des Elektronenstrahls verantwortlich, um bestimmte Orte auf dem Bildschirm zu beeinflussen und so das Bild zu bilden.

- Massenspektrometer, die zur Untersuchung verschiedener Arten von Molekülen und mit vielen Anwendungen in Biochemie, Kriminologie, Anthropologie, Geschichte und anderen Disziplinen verwendet werden. Sie verwenden elektrische und magnetische Felder, um die in Flugbahnen geladenen Partikeln umzuleiten, die von ihrer Geschwindigkeit abhängen.

- Magnetohydrodynamischer Antrieb, bei dem eine Magnetkraft einen Jet aus Meerwasser (guter Fahrer) zurückfördert, so dass ein Fahrzeug oder ein Boot nach Newtons drittem Gesetz einen Impuls vorwärts erhält.

- Magnetresonanz, eine nichtinvasive Methode, um Bilder aus dem Inneren des menschlichen Körpers zu erhalten. Grundsätzlich verwendet es ein sehr intensives Magnetfeld und die Reaktion der in den Geweben vorhandenen Wasserstoffkerne (Protonen) wird analysiert, die die oben genannte Eigenschaft des Spins haben.

Diese Anwendungen sind bereits festgelegt, aber in Zukunft wird angenommen, dass Magnetismus auch Krankheiten wie Brustkrebs durch Techniken beschreiben kann hyperterisch, das erzeugt magnetisch induzierte Wärme.

Die Idee ist, Flüssigkeitsmagnetit direkt in den Tumor zu injizieren. Dank der Wärme, die durch magnetisch induzierte Ströme erzeugt wird, würden Eisenpartikel genug heizen, um maligne Zellen zu zerstören.

Vorteile und Nachteile

Beim Nachdenken über die Verwendung einer bestimmten Energiemype ist seine Umwandlung in einer Art von Bewegung erforderlich, z. B. die einer Turbine, eines Aufzugs oder eines Fahrzeugs beispielsweise; oder dass es in elektrische Energie umgewandelt wird, die ein Gerät einschaltet: Fernsehen, Fernsehen, Geldautomaten und solche Dinge.

Energie ist eine Größe mit mehreren Manifestationen, die in vielerlei Hinsicht modifiziert werden können. Kann die Energie eines kleinen Magneten verstärken, um sich mehr als ein paar Münzen kontinuierlich zu bewegen??

Um nutzbar zu sein, muss Energie eine große Reichweite haben und mit einer sehr reichlichen Quelle fortfahren.

Primär- und Sekundärergien

In der Natur sind solche Energien, aus denen die anderen Typen hergestellt werden. Sie sind als primäre Energien bekannt:

- Solarenergie.

- Atomenergie.

- Geothermische Energie.

- Windkraft.

- Biomassenenergie.

- Fossile und mineralische Kraftstoffenergie.

Sekundäre Energien wie Elektrizität und Wärme treten aus diesen auf. Wo ist die magnetische Energie hier?

Elektrizität und Magnetismus sind keine zwei getrennten Phänomene. Tatsächlich sind beide United als elektromagnetische Phänomene bekannt. Vorausgesetzt, es gibt einen von ihnen, der andere existiert.

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Wo es Strom gibt, wird es in irgendeiner Weise magnetische Energie geben. Dies ist jedoch eine sekundäre Energie, die die vorherige Transformation einiger der primären Energien erfordert.

Eigenschaften der primären und sekundären Energien

Die Vor- oder Nachteile der Nutzung einer Energie werden nach vielen Kriterien festgelegt. Unter ihnen ist, wie einfach und billig ihre Produktion ist und wie viel es in der Lage ist, den Prozess in der Umwelt und den Menschen negativ zu beeinflussen.

Etwas Wichtiges zu berücksichtigen ist, dass Energien viele Male transformiert werden, bevor sie verwendet werden können.

Wie viele Transformationen sollte auftreten, um den Magneten herzustellen, mit dem die Einkaufsliste die Kühlschranktür verlässt? Wie viele bauen ein Elektroauto? Sicher genug.

Und wie sauber ist magnetische oder elektromagnetische Energie? Es gibt diejenigen, die glauben, dass die ständige Exposition gegenüber elektromagnetischen Bereichen menschlicher Herkunft gesundheitliche und Umweltprobleme verursacht.

Derzeit gibt es zahlreiche Forschungslinien, die den Einfluss dieser Bereiche auf Gesundheit und Umwelt untersuchen. Laut renommierten internationalen Organisationen gibt es jedoch keine schlüssigen Beweise dafür, dass sie schädlich sind.

Beispiele für magnetische Energie

Ein Gerät, das magnetische Energie enthält, wird als Induktor bezeichnet. Es ist eine Spule, die durch Rollen von Kupferdraht mit ausreichender Anzahl von Kurven gebildet wird und in vielen Schaltungen nützlich ist, um den Strom einzuschränken und zu verhindern, dass sie sich stark ändert.

Kupferspule. Quelle: Pixabay.

Indem ein Strom durch die Kurven einer Spule zirkuliert, wird ein Magnetfeld im Inneren erzeugt.

Wenn sich der Strom ändert, auch Magnetfeldlinien. Diese Veränderungen führen zu einem Strom, der sich ihnen widersetzt, so Faraday-Lenz 'Induktionsgesetz.

Wenn der Strom plötzlich zunimmt oder abnimmt, widerspricht die Spule ihm, daher kann er Schutzeffekte auf die Schaltung haben.

Die magnetische Energie einer Spule

In dem im Volumen erzeugten Magnetfeld, das durch die Wendungen der Spule begrenzt ist, wird die magnetische Energie gespeichert, die als bezeichnet wird als als ODER_B Und das hängt von:

- Die Intensität des Magnetfeldes B.

- Die Fläche des Querschnitts der Spule ZU.

- Die Länge der Spule l.

- Vakuumpermeabilität μ_entweder.

Es wird wie folgt berechnet:

Das Produkt ZU.l Es entspricht dem von der Spule gesperrten Volumen.

Diese Gleichung gilt in jedem Raumbereich, in dem ein Magnetfeld vorhanden ist. Wenn das Volumen bekannt ist V der Region, der Durchlässigkeit und der Intensität des Feldes ist es möglich zu berechnen, wie viel magnetische Energie er hat.

Übung gelöst

Das Magnetfeld in einer Spule voller Luft von 2.0 cm im Durchmesser und 26 cm lang ist 0.70 t. Wie viel Energie wird in diesem Bereich gespeichert?

Daten: Die Permeabilität von Vakuum ist μ_entweder = 4π . 10^-7 T.m/a

Lösung

Numerische Werte werden in der vorherigen Gleichung ersetzt, um die Werte in die internationalen Systemeinheiten umzuwandeln.

Verweise

1. Giancoli, d.  2006. Physik: Prinzipien mit Anwendungen. Sechste Ausgabe. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, J.D. 2011. Physik 12. Pearson. 135-146.