X'inhuma l-proprjetajiet tal-kalamiti? Il-kalamiti huma oġġetti straordinarji. Jistgħu jimbuttaw jew jiġbdu fuq affarijiet oħra mingħajr ma fil-fatt imisshom! In-nies kienu jafu bihomkalamitigħal eluf ta’ snin. Fil-Greċja tal-qedem, in-nies sabu blat notevoli msejħa lodestones li aġixxew bħal kalamiti. Il-blat jista 'jdur lilhom infushom biex jippuntaw lejn it-tramuntana u n-nofsinhar, li jingħaqdu mal-kamp manjetiku tad-dinja.
Illum, il-kalamiti jintużaw f'ħafna affarijiet li nużaw kuljum. Għad hemm ħafna aktar x'jinkixef dwar x'inhuma l-proprjetajiet tal-kalamiti u kif nistgħu nutilizzawhom.
Materjali manjetiċi
L-affarijiet kollha fid-dinja juru xi tip ta 'manjetiżmu. Iżda s-saħħa tal-manjetiżmu hija differenti ħafna bejn l-affarijiet. Ibbażat fuq il-proprjetajiet tal-kalamiti, għandna ħames gruppi kbar: ferromanjetiċi, paramanjetiċi, dijamanjetiċi, ferrimanjetiċi u antiferromanjetiċi.
Affarijiet ferromanjetiċi bħall-ħadid, il-kobalt u n-nikil juru l-manjetiżmu l-aktar qawwi. L-istruttura ċkejkna tagħhom tista 'tispjega l-ġibda qawwija tagħhom lejn kampijiet manjetiċi. L-atomi fl-affarijiet ferromanjetiċi għandhom elettroni mhux imqabbla li jindikaw fl-istess direzzjoni f'żoni msejħa dominji manjetiċi. Dan il-punt fl-istess direzzjoni jżid il-kamp manjetiku u jagħmel kalamita permanenti.
Affarijiet paramanjetiċi bħall-aluminju u l-platinu jinġibdu wkoll lejn kampi manjetiċi, iżda l-forza hija ħafna aktar dgħajfa milli f'affarijiet ferromanjetiċi. L-elettroni mhux imqabbla fl-atomi paramanjetiċi jippuntaw fid-direzzjoni ta 'kamp applikat iżda ma jżommux l-ebda manjetizzazzjoni ladarba l-kamp jitneħħa.
Affarijiet dijamanjetiċi bħar-ram u d-deheb juru spinta dgħajfa 'l bogħod mill-kampijiet manjetiċi. Meta jitqiegħdu f'kamp estern, l-atomi tagħhom jagħmlu kamp manjetiku indott fid-direzzjoni opposta. Madankollu, m'għandhomx dipoli atomiċi permanenti.
L-affarijiet ferrimanjetiċi juru ordni manjetiku kumpless fejn l-elettroni mhux imqabbla ta 'atomi fuq lattices differenti jopponu lil xulxin, bħal fl-antiferromagnets. Iżda ferrimagnets iżommu magnetization permanenti peress li l-elettroni mhux imqabbla opposti huma inugwali. Ferrites bħall-manjetite huma affarijiet ferromanjetiċi ta 'kuljum.
Tabella 1: Materjali manjetiċi
Materjal | Magnetiżmu | Eżempji |
Ferromanjetiku | Attrazzjoni qawwija ħafna għall-kampijiet manjetiċi | Ħadid, kobalt, nikil |
Paramanjetiċi | Attrazzjoni dgħajfa għall-kampijiet manjetiċi | Aluminju, platinu |
Dijamanjetiċi | Repulsjoni dgħajfa minn kampi manjetiċi | Ram, deheb |
Ferrimanjetiku | Allinjament kumpless, manjetizzazzjoni permanenti | Magnetite, ferrites |
Antiferromanjetiku | Allinjament komplut, l-ebda manjetizzazzjoni netta | Kromju, manganiż |
Dominji manjetiċi
Il-materjali kollha li huma ferromanjetiċi għandhom kalamiti ċkejkna ġewwa fihom imsejħa dipoli atomiċi. Dawn il-kalamiti ċkejkna ġeneralment jindikaw f'direzzjonijiet każwali, u għalhekk jikkanċellaw lil xulxin. Dan ifisser li l-materjal m'għandux manjetiżmu ġenerali meta jitħalla waħdu. Imma meta l-materjal isir manjetizzat, il-kalamiti ċkejkna ġewwa jallinjaw!
Il-manjetizzazzjoni sseħħ meta gruppi ta 'atomi msejħa dominji manjetiċi jġibu l-kalamiti ċkejkna tagħhom jindikaw bl-istess mod. Il-kalamiti ċkejkna jippuntaw flimkien ġewwa kull dominju minħabba li huma konnessi b'mod qawwi. Iżda oqsma differenti se jindikaw f'direzzjonijiet każwali qabel ma sseħħ il-manjetizzazzjoni.
Forzi esterni bħall-kampijiet manjetiċi jistgħu jagħmlu l-oqsma jikbru u jingħaqdu l-kalamiti ċkejkna tagħhom. Dan jagħmel kalamita permanenti. It-tisħin ta 'materjal jagħti wkoll enerġija lill-kalamiti ċkejkna biex jiċċaqilqu. Dan iħalli lid-dominji jingħaqdu l-kalamiti ċkejkna tagħhom.
Affarijiet oħra li jaffettwaw kif oqsma ta 'kalamiti żgħar huma rranġati jinkludu stress, konfini tal-qamħ, impuritajiet, u oqsma demagnetizing. Is-saħħa ta 'kalamita tiddependi fuq kemm oqsma jġibu l-kalamiti ċkejkna tagħhom jingħaqdu u kemm jirreżistu l-forzi esterni li jippruvaw iħammġuhom.
Oqsma manjetiċi
Il-kalamiti jagħmlu żoni inviżibbli madwarhom imsejħa kampi manjetiċi. Il-fluss manjetiku huwa l-ispazju madwar kalamita fejn tista 'tħoss il-forza tagħha. Biex tara l-fluss manjetiku, niġbdu linji tal-kamp manjetiku. Aktar linji jfissru kamp manjetiku aktar b'saħħtu. Il-linji joħorġu mill-arblu tat-tramuntana tal-kalamita u jduru madwar l-arblu tan-nofsinhar tagħha.
Il-kampi manjetiċi jiġru meta ċċarġijiet elettriċi żgħar jiċċaqilqu. Ġewwa l-atomi, l-elettroni jduru u jmorru madwar fl-orbiti. Kull atomu huwa kalamita ċkejkna bil-poli tat-tramuntana u tan-nofsinhar tiegħu stess. Fil-materjali manjetiċi, il-kalamiti ċkejkna fl-oqsma jingħaqdu. Dan jgħaqqad il-kampijiet manjetiċi kollha tagħhom biex jagħmel kamp manjetiku kbir wieħed li jindika direzzjoni waħda. Dan huwa kif kalamiti permanenti jiksbu kampijiet manjetiċi b'saħħithom bħal dawn.
Il-kamp manjetiku inviżibbli huwa aktar b'saħħtu u eqreb lejn il-kalamita. Jidgħajjef hekk kif timxi 'l bogħod. Kalamiti iżgħar għandhom kampi manjetiċi iżgħar u dgħajfa. Kalamiti akbar għandhom kampijiet manjetiċi akbar u aktar b'saħħithom.
Poli manjetiċi
Il-kalamiti għandhom poli tat-tramuntana u tan-nofsinhar. Dawn huma żoni fejn il-forza manjetika hija l-aktar b'saħħitha. Arbli opposti jattiraw lil xulxin. Il-poli tat-tramuntana u tan-nofsinhar jeħlu flimkien. L-istess arbli jimbuttaw 'il bogħod minn xulxin. Żewġ arbli tat-tramuntana jew żewġ arbli tan-Nofsinhar jirripellaw u jimbuttaw 'il bogħod minn xulxin.
Dan jiġri minħabba l-mod kif il-linji tal-kamp manjetiku inviżibbli jimxu. Il-linji jmorru mill-arblu tat-tramuntana għall-arblu tan-nofsinhar ġewwa l-kalamita. Fil-livell atomiku, kull kalamita ċkejkna ġewwa għandha linji tal-kamp manjetiku li jiċċirkolaw mit-tramuntana għan-nofsinhar. F'kalamita, il-kalamiti ċkejkna kollha jingħaqdu l-kampijiet manjetiċi tagħhom.
Kalamiti Permanenti
Filwaqt li xi materjali bħall-ħadid huma manjetiċi b'mod naturali, il-kalamiti permanenti ħafna drabi huma prodotti b'mod artifiċjali permezz tal-manjetizzazzjoni. Ħadid, nikil, kobalt, jew ligi normalment jagħmlu l-aħjar kalamiti permanenti.
Il-manjetizzazzjoni tinvolvi l-esponiment tal-materjal għal kamp manjetiku estern qawwi minn elettrokalamita jew kalamita permanenti oħra. Dan jikkawża li d-dominji manjetiċi jikbru u jallinjaw mal-kamp estern, u jipproduċi kalamita permanenti qawwija. Kalamiti iebsa jirreżistu d-demagnetization, filwaqt li kalamiti rotob jitilfu l-manjetiżmu tagħhom aktar faċilment.
Is-saħħa ta 'kalamita permanenti tikkorrelata mal-koerċività tagħha, l-intensità tal-kamp meħtieġa biex tiddimagnetizzaha. Materjali koerċittivi għoljin jistgħu jagħmlu kalamiti permanenti qawwija iżda huma aktar ta 'sfida biex magnetize inizjalment. Id-densità massima tal-fluss manjetiku jew il-manjetizzazzjoni tas-saturazzjoni u l-manjetizzazzjoni tal-fdalijiet għandhom ukoll impatt fuq is-saħħa tal-kalamita.
Elettrokalamiti
Minbarra kalamiti permanenti, elettrokalamiti jużaw kurrenti elettriċi biex jinduċu manjetiżmu temporanju. Meta kurrent elettriku jgħaddi minn wajer coiled, jiġġenera kamp manjetiku parallel għall-assi tal-coil. Il-qawwa tal-kamp tiżdied b'aktar loops u kurrent ogħla.
Il-materjal ġewwa l-coil huwa wkoll importanti. Ħadid artab jagħmel il-kamp manjetiku aktar b'saħħtu. Il-ħadid jista 'jagħmel lift elettromanjet 100 darba aktar. Iżda l-ħadid inaqqas ukoll kemm il-kalamita tirreaġixxi malajr.
L-elettrokalamiti jeħtieġu l-enerġija biex jibqgħu manjetiċi. Kalamiti permanenti ma. Iżda l-elettrokalamiti jistgħu jinxtegħlu u jitfi malajr. Is-setgħa tagħhom tista 'tinbidel istantanjament, ukoll. Dan jagħmilhom adattati għall-irfigħ ta 'ħadid tqil u skans MRI li jeħtieġu kampijiet manjetiċi li jinbidlu.
Qawwa Manjetika u Mument Manjetiku
Kemm hi xi ħaġa manjetika tiddependi fuq kemm jiġri manjetiżmu ħdejn kamp manjetiku. Kemm hu allinjat sew mal-kamp manjetiku jissejjaħ mument manjetiku. Dan jiddependi fuq il-blokki tal-bini ċkejkna tal-materjal imsejħa atomi, prinċipalment elettroni li huma waħedhom u mhux f'pari. Dawn jaġixxu bħal kalamiti żgħar.
Kalamita qawwija tista 'żżomm ħafna qawwa manjetika li tgħaddi minnha. Din tissejjaħ manjetizzazzjoni tas-saturazzjoni. Kalamita qawwija żżomm aktar tal-manjetiżmu tagħha meta l-kamp estern jisparixxi. Din tissejjaħ rimanenza. Magnetism ġej mill-elettroni għażil u orbita. Allura regoli ċkejkna tal-fiżika kwantistika jikkontrollaw is-saħħa manjetika.
Proprjetajiet manjetiċi
Diversi proprjetajiet fundamentali tal-kalamiti jgħinu biex jikkaratterizzaw il-prestazzjoni manjetika:
● Magnetization tas-Saturazzjoni: Id-densità massima possibbli ta 'fluss manjetiku li materjal jista' jiġġenera f'kamp applikat. Imkejjel f'Teslas.
● Remanenza: Il-manjetizzazzjoni li fadal meta titneħħa l-kamp tas-sewqan. Kemm fadal manjetiżmu?
● B'mod koerċittiv: Is-saħħa tal-kamp manjetiku b'lura meħtieġa biex tiddimagnetizza l-materjal lura għal żero. Jirreżisti demagnetization.
● Permeabilità: Kapaċità li tappoġġja l-formazzjoni ta 'kamp manjetiku fih innifsu. Permeabilità għolja tikkonċentra fluss manjetiku.
● Isteresi: Tendenza li żżomm manjetiżmu impost. Materjali b'isteresi sinifikanti jagħmlu kalamiti permanenti effettivi.
L-ottimizzazzjoni ta 'dawn il-proprjetajiet tal-kalamiti hija essenzjali fl-għażla tal-materjal manjetiku adattat għal applikazzjoni partikolari, kemm jekk tinkiseb l-ogħla qawwa tal-kamp permanenti jew kemm jekk timmassimizza l-bidliet riversibbli tal-fluss.
Isteresi manjetika
Il-kalamiti jistgħu jaġixxu b'modi eċċitanti! Il-kalamiti juru fenomenu msejjaħ istereżi. Il-manjetizzazzjoni tagħhom issegwi triq differenti kull darba li tiċċirkola l-kamp manjetiku estern. Il-mogħdija preċiża tiddependi fuq l-istorja preċedenti tal-kalamita tal-manjetizzazzjoni.
Tista 'tara dan meta tpinġi kif id-densità tal-fluss manjetiku B tinbidel hekk kif jinbidel il-kamp manjetiku H applikat. Din il-plott tagħmel linja msejħa linja ta 'istereżi.
Għall-ewwel, ir-reġjuni manjetiċi ċkejkna fil-kalamita msejħa dominji jingħaqdu bil-mod hekk kif iżżid H. Ladarba jkunu kollha allinjati, żidiet ulterjuri f'H m'għadhomx jibdlu B. Imbagħad, meta tnaqqas H, B issegwi kurva differenti. Meta H huwa żero, xi magnetization jibqa 'fadal mid-dominji allinjati. Għandek bżonn tapplika kamp manjetiku fid-direzzjoni opposta biex iġġib il-manjetizzazzjoni lura għal żero.
Iż-żona ġewwa l-linja ta 'istereżi turi enerġija mitlufa hekk kif id-dominji jinbidlu kull ċiklu. Il-kalamiti iebsa għandhom linji wiesgħa u telf sinifikanti ta 'enerġija. Il-forma tal-linja tgħidlek ukoll dwar il-proprjetajiet tal-kalamita, bħal kemm tibqa 'manjetizzata sew u kemm huwa diffiċli biex tiddimagnetizza.
Effetti tat-Temperatura
L-enerġija tas-sħana tista 'taffettwa kif iġibu ruħhom il-kalamiti! Hekk kif it-temperatura tiżdied, ir-reġjuni manjetiċi allineati ċkejkna f'kalamita msejħa dominji jitmexxew madwar l-enerġija tas-sħana. Dan jagħmel il-manjetizzazzjoni tinżel. F'temperatura għolja ta 'Curie, l-enerġija tas-sħana tħawwad l-ordni manjetika, u l-manjetiżmu permanenti jisparixxi kompletament.
Kemm huwa faċli għal kalamita li titlef il-manjetizzazzjoni tagħha jiddependi mit-temperatura ta 'Curie tagħha. L-ogħla temperatura ta 'Curie ta' kwalunkwe element pur hija ħadid f'1043 K. Iż-żieda ta 'għalf bħal nikil u kobalt biex tagħmel ligi tgħolli l-punt Curie ogħla. Kalamiti permanenti reżistenti għas-sħana jħalluk tuża kalamiti f'applikazzjonijiet bħal ġeneraturi u muturi.
Il-kalamiti tat-tkessiħ taħt il-punt Curie jagħmel il-manjetizzazzjoni terġa 'titla'. Elettrokalamiti superkonduttivi jaħdmu biss f'temperaturi kesħin fejn ir-reżistenza elettrika tisparixxi biex tagħmel kampijiet manjetiċi qawwija u dejjiema.
Tabella 2: Effetti tat-Temperatura fuq il-Majetiżmu
Effett tat-Temperatura | Deskrizzjoni |
Temperatura ta' Curie | Fuq din it-temperatura, il-manjetiżmu permanenti jintilef |
Aġitazzjoni Termali | Jista 'jfixkel l-allinjament ta' oqsma manjetiċi |
Tkessiħ Taħt Curie Point | Iżżid il-manjetizzazzjoni hekk kif il-mozzjoni termali tonqos |
Temperaturi Krijoġeniċi | Jippermettu elettrokalamiti superkonduttivi b'kampi persistenti ta 'qawwa għolja |
Applikazzjonijiet manjetiċi
Il-kalamiti huma għodda versatili li tinsab madwar il-pajsaġġ industrijali f'applikazzjonijiet bħal:
● Muturi - Muturi elettriċi li jdawru jiddependu fuq kalamiti li jikkonvertu bejn enerġija mekkanika u elettrika permezz ta 'induzzjoni elettromanjetika. Muturi żgħar isuqu apparati minn fannijiet għal hard drives.
● Ġeneraturi - Ġeneraturi tat-turbini jipproduċu l-elettriku billi jduru kalamiti ħdejn kojls tal-wajer, li jinduċu fluss tal-kurrent.
● Ħażna manjetika - Il-hard disk drives jiktbu d-dejta billi jinqalbu l-manjetizzazzjoni ta 'dominji ċkejkna fuq disk ferromanjetiku.
● Levitazzjoni - Ferroviji Maglev jużaw kalamiti biex f'wiċċ l-ilma 'l fuq mill-binarju, u jeliminaw il-frizzjoni għal vjaġġar siekta u bla xkiel.
● Apparati mediċi - magni MRI jimpjegaw kalamiti superkondutturi qawwija biex jiskopru bidliet fil-kamp manjetiku tal-ġisem għall-immaġini dijanjostiċi.
● Riċerka - L-ispettrometri tal-massa jgħawġu partiċelli ċċarġjati b'kampijiet manjetiċi biex jiddeterminaw il-massa u l-istruttura kimika tagħhom.
● Enerġija rinnovabbli - Il-bearings manjetiċi jistabbilizzaw il-flywheels, jaħżnu l-enerġija kinetika maħsuda minn sorsi tar-riħ jew solari.
Levitazzjoni manjetika
Levitazzjoni manjetika, jew maglev, tuża kalamiti biex tagħmel l-affarijiet f'wiċċ l-ilma! Il-kalamiti timbotta 'l bogħod minn xulxin. Iżda setups ta 'kalamita uniċi jistgħu jagħmlu f'wiċċ l-ilma stabbli.
Ferroviji maglev veloċi diġà jaħdmu fl-Asja u fl-Ewropa. F'wiċċ l-ilma 'l fuq mill-binarju ifisser l-ebda frizzjoni mir-roti, sabiex il-ferroviji maglev jistgħu jmorru 'l fuq minn 600 km/h! Bla roti jew berings, huma aktar kwieti u bla xkiel biex iħaffu u jieqfu. Huma jużaw ukoll inqas enerġija minn ferroviji regolari.
Maglev huwa validu għal aktar minn sempliċi ferroviji! Jista 'jgħin biex tniedi vetturi spazjali, tagħmel aċċeleraturi tal-partiċelli, toħloq berings mingħajr frizzjoni, u twaqqaf il-vibrazzjoni fil-bini. L-inġiniera għadhom qed itejbu kalamiti super-qawwija. Dan jista 'jħalli ferroviji maglev jgħaqqdu bliet sħaħ fil-futur.
Iż-żieda ta 'aktar dwar kif jaħdem il-maglev, l-użi fid-dinja reali, u l-possibbiltajiet futuri tispjega dan il-kunċett avvanzat sempliċiment. Studenti żgħażagħ jistgħu jifhmu ferroviji f'wiċċ l-ilma permezz ta 'forzi ta' kalamita mingħajr frizzjoni u jimmaġinaw applikazzjonijiet oħra ta 'din it-teknoloġija friska.
Konklużjoni
Minn kalamiti ċkejkna tal-friġġ għal kalamiti twal mil-mili li jħaddmu reatturi tal-fużjoni, il-kalamiti huma imprezzabbli fil-ħajja tagħna ta 'kuljum. Il-fehim tal-proprjetajiet uniċi tal-kalamiti tkompli tixpruna skoperti li jwasslu għal applikazzjonijiet ġodda. Żoni avvanzati bħall-ispintronika u l-monopoli manjetiċi għandhom possibbiltajiet għall-elettronika tal-ġenerazzjoni li jmiss u anke kompjuters quantum.
B'ħafna li għad iridu jifhmu dwar is-sisien quantum tal-manjetiżmu, ir-riċerka tkompli tiżvela l-potenzjal tremend tagħhom. Għad fadal ħafna aktar xi niskopru dwar x'jistgħu nilħqu l-proprjetajiet tal-kalamiti.
FAQs dwar Proprjetajiet ta 'Kalamiti
X'inhuma l-unitajiet tas-saħħa tal-kamp manjetiku?
Is-saħħa tal-kamp manjetiku hija kkwantifikata f'amperes kull metru (A/m) jew teslas (T). Tesla waħda hija ugwali għal newton wieħed għal kull ampere metru. Is-saħħa tal-kamp manjetiku tad-dinja hija ta' madwar 0.5 gauss jew 50 mikrotesla.
Kif tikkalkula l-fluss manjetiku?
Il-fluss manjetiku minn wiċċ huwa kkalkulat billi tiġi mmultiplikata s-saħħa tal-kamp manjetiku, iż-żona perpendikulari u l-kosinu tal-angolu.
Liema materjali huma użati fil-kalamiti superkonduttivi?
Kalamiti superkondutturi tipikament jużaw superkondutturi bħal coils tan-nijobju-titanju jew nijobju-landa mkessħa b'elju likwidu. Superkondutturi aktar ġodda ta 'temperatura għolja jippermettu ħtiġijiet ta' tkessiħ inqas estremi għal qawwiet ta 'kamp għoli.
Meta Deskrizzjoni
Esplora d-dinja captivating tal-kalamiti. Tgħallem dwar materjali, oqsma, oqsma, u proprjetajiet oħra ta 'kalamiti!