Magnetismus a elektromagnetismus

Přírodní a umělé magnety

Mezi železné rudy těžené pro metalurgický průmysl patří ruda zvaná magnetická železná ruda. Tato ruda má tu vlastnost, že k sobě přitahuje železné předměty.

Kus takové železné rudy se nazývá přírodní magnet a přitažlivou vlastností, kterou projevuje, je magnetismus.

V dnešní době je fenomén magnetismu extrémně široce využíván v různých elektrických instalacích. Nyní však nepoužívají přírodní, ale takzvané umělé magnety.

Umělé magnety jsou vyrobeny ze speciální oceli. Kus takové oceli je magnetizován zvláštním způsobem, po kterém získává magnetické vlastnosti, to znamená, že se stává stálý magnet.

Tvar permanentních magnetů může být velmi různorodý v závislosti na jejich účelu.

V permanentním magnetu působí gravitační síly pouze jeho póly. Severně orientovaný konec magnetu se nazývá magnet severního pólu a konec obrácený k jihu je magnet jižního pólu. Každý permanentní magnet má dva póly: severní a jižní. Severní pól magnetu je označen písmenem C nebo N, jižní pól písmenem Yu nebo S.

Magnet k sobě přitahuje železo, ocel, litinu, nikl, kobalt. Všechna tato tělesa se nazývají magnetická tělesa. Všechna ostatní tělesa, která nejsou přitahována magnetem, se nazývají nemagnetická tělesa.

Struktura magnetu. Magnetizace

Každé těleso, včetně toho magnetického, se skládá z nejmenších částic – molekul. Na rozdíl od molekul nemagnetických těles mají molekuly magnetického tělesa magnetické vlastnosti, které představují molekulární magnety. Uvnitř magnetického těla jsou tyto molekulární magnety uspořádány svými osami v různých směrech, takže tělo samotné nevykazuje žádné magnetické vlastnosti. Ale pokud jsou tyto magnety nuceny otáčet se kolem své osy tak, že se jejich severní póly otáčejí jedním směrem a jižní póly druhým, pak tělo získá magnetické vlastnosti, to znamená, že se stane magnetem.

Proces, kterým magnetické těleso získává vlastnosti magnetu, se nazývá magnetizace... Při výrobě permanentních magnetů se magnetizace provádí pomocí elektrického proudu. Tělo ale můžete zmagnetizovat i jinak, pomocí obyčejného permanentního magnetu.

Pokud je přímočarý magnet řezán podél neutrální čáry, získají se dva nezávislé magnety a polarita konců magnetu bude zachována a na koncích získaných řezáním se objeví opačné póly.

Každý z výsledných magnetů lze také rozdělit na dva magnety a ať v tomto dělení budeme pokračovat jakkoli, vždy nám vzniknou nezávislé magnety se dvěma póly. Je nemožné získat tyč s jedním magnetickým pólem. Tento příklad potvrzuje pozici, že magnetické tělo se skládá z mnoha molekulárních magnetů.

Magnetická tělesa se od sebe liší stupněm pohyblivosti molekulárních magnetů. Existují tělesa, která jsou rychle zmagnetizována a stejně rychle demagnetizována. Naopak existují tělesa, která magnetují pomalu, ale své magnetické vlastnosti si zachovávají po dlouhou dobu.

Železo je tedy působením vnějšího magnetu rychle zmagnetizováno, ale stejně rychle demagnetizováno, to znamená, že po odstranění magnetu ztrácí své magnetické vlastnosti.Ocel si po zmagnetování uchovává své magnetické vlastnosti po dlouhou dobu, tzn. , stává se permanentním magnetem.

Vlastnost železa rychle magnetizovat a demagnetizovat se vysvětluje tím, že molekulární magnety železa jsou extrémně pohyblivé, snadno se otáčejí vlivem vnějších magnetických sil, ale stejně rychle se vracejí do své předchozí neuspořádané polohy, když je magnetizující těleso odstraněno .

V železe však malá část magnetů a po odstranění permanentního magnetu ještě nějakou dobu zůstává v poloze, kterou zaujímaly v době magnetizace. Proto si železo po magnetizaci zachovává velmi slabé magnetické vlastnosti. To potvrzuje i fakt, že když byla železná deska sejmuta z pólu magnetu, nespadly z jejího konce všechny piliny — jejich malá část zůstala přitahována k desce.

Vlastnost oceli zůstat dlouho magnetizována se vysvětluje tím, že molekulární magnety oceli se při magnetizaci téměř neotáčí požadovaným směrem, ale i po odstranění magnetizačního tělesa si dlouho udrží stabilní polohu.

Schopnost magnetického tělesa vykazovat magnetické vlastnosti po magnetizaci se nazývá zbytkový magnetismus.

Fenomén zbytkového magnetismu je způsoben tím, že v magnetickém tělese působí tzv. retardační síla, která udržuje molekulární magnety v poloze, kterou zaujímají při magnetizaci.

V železe je působení zpomalovací síly velmi slabé, což má za následek, že se rychle demagnetizuje a má velmi malý zbytkový magnetismus.

Vlastnost železa rychle magnetizovat a demagnetizovat je v elektrotechnice velmi široce využívána. Stačí říci, že jádra každého elektromagnetyty používané v elektrických zařízeních jsou vyrobeny ze speciálního železa s extrémně nízkým zbytkovým magnetismem.

Ocel má velkou přídržnou sílu, díky které je v ní zachována vlastnost magnetismu. proto permanentní magnety jsou vyrobeny ze speciálních ocelových slitin.

Vlastnosti permanentních magnetů jsou nepříznivě ovlivněny otřesy, nárazy a náhlými výkyvy teplot. Pokud se například permanentní magnet zahřeje do červena a pak se nechá vychladnout, pak úplně ztratí své magnetické vlastnosti. Stejně tak, pokud permanentní magnet vystavíte otřesům, jeho přitažlivá síla se výrazně sníží.

To se vysvětluje tím, že při silném zahřátí nebo otřesech je překonáno působení zpomalovací síly a tím je narušeno uspořádané uspořádání molekulárních magnetů. Proto je třeba s permanentními magnety a zařízeními s permanentními magnety zacházet opatrně.

Magnetické siločáry. Interakce pólů magnetů

Kolem každého magnetu je tzv magnetické pole.

Magnetické pole se nazývá prostor, ve kterém magnetické síly... Magnetické pole permanentního magnetu je ta část prostoru, ve které působí pole přímočarého magnetu a magnetické síly tohoto magnetu.

Magnetické síly magnetického pole působí v určitých směrech... Směry působení magnetických sil se shodly na tom, že budou nazývány magnetickými siločárami... Tento termín je široce používán při studiu elektrotechniky, ale je třeba si jej připomenout že magnetické siločáry nejsou hmotné: toto je konvenční termín zavedený pouze pro usnadnění pochopení vlastností magnetického pole.

Tvar magnetického pole, tedy umístění siločar magnetického pole v prostoru závisí na tvaru samotného magnetu.

Magnetické siločáry mají řadu vlastností: jsou vždy uzavřené, nikdy se nekříží, mají tendenci jít nejkratší cestou a vzájemně se odpuzují, pokud směřují stejným směrem. Obecně se uznává, že siločáry vycházejí ze severního pólu magnetu a vstoupí na jeho jižní pól; uvnitř magnetu mají směr od jižního pólu k severu.

Stejně jako se magnetické póly odpuzují, na rozdíl od magnetických pólů se přitahují.

O správnosti obou závěrů se lze v praxi snadno přesvědčit. Vezměte kompas a přiveďte k němu jeden z pólů přímočarého magnetu, například severní pól. Uvidíte, že šipka okamžitě otočí svůj jižní konec k severnímu pólu magnetu. Pokud rychle otočíte magnet o 180 °, magnetická střelka se okamžitě otočí o 180 °, to znamená, že její severní konec bude směřovat k jižnímu pólu magnetu.

Magnetická indukce. Magnetický tok

Síla působení (přitahování) permanentního magnetu na magnetické těleso klesá se zvětšující se vzdáleností mezi pólem magnetu a tímto tělesem. Magnet vykazuje největší přitažlivou sílu přímo na svých pólech, tedy přesně tam, kde jsou magnetické siločáry nejhustěji umístěny. Pohybem od pólu se hustota siločar snižuje, vyskytují se stále vzácněji, spolu s tím také slábne přitažlivá síla magnetu.

Přitažlivá síla magnetu v různých bodech magnetického pole tedy není stejná a je charakterizována hustotou siločar. Pro charakterizaci magnetického pole v jeho různých bodech je zavedena veličina nazývaná indukce magnetického pole.

Magnetická indukce pole je číselně rovna počtu siločar procházejících plochou 1 cm2, umístěných kolmo k jejich směru.

To znamená, že čím větší je hustota siločar v daném bodě pole, tím větší je v tomto bodě magnetická indukce.

Celkový počet magnetických siločar procházejících libovolnou oblastí se nazývá magnetický tok.

Magnetický tok je označen písmenem F a souvisí s magnetickou indukcí prostřednictvím následujícího vztahu:

Ф = BS,

kde F je magnetický tok, V je magnetická indukce pole; S je plocha, kterou proniká daný magnetický tok.

Tento vzorec je platný pouze v případě, že plocha S je kolmá ke směru magnetického toku. V opačném případě bude velikost magnetického toku záviset také na úhlu, pod kterým se oblast S nachází, a vzorec pak nabude složitější podoby.

Magnetický tok permanentního magnetu je určen celkovým počtem siločar procházejících průřezem magnetu.Čím větší je magnetický tok permanentního magnetu, tím je magnet atraktivnější.

Magnetický tok permanentního magnetu závisí na kvalitě oceli, ze které je magnet vyroben, velikosti samotného magnetu a stupni jeho magnetizace.

Magnetická permeabilita

Vlastnost tělesa propouštět magnetický tok skrz sebe se nazývá magnetická permeabilita... Magnetický tok prochází vzduchem snadněji než nemagnetickým tělesem.

Umět porovnávat různé látky podle jejich magnetická permeabilita, je obvyklé považovat magnetickou permeabilitu vzduchu za rovnou jednotě.

Říká se jim látky s magnetickou permeabilitou menší než jednota diamagnetická... Patří mezi ně měď, olovo, stříbro atd.

Hliník, platina, cín atd. Mají magnetickou permeabilitu o něco větší než jednota a nazývají se paramagnetické látky.

Látky s magnetickou permeabilitou mnohem větší než jedna (měřeno v tisících) se nazývají feromagnetické. Patří mezi ně nikl, kobalt, ocel, železo atd. Z těchto látek a jejich slitin se vyrábí všechny druhy magnetických a elektromagnetických zařízení a části různých elektrických strojů.

Prakticky zajímavé pro komunikační technologie jsou speciální slitiny železa a niklu zvané permaloid.